谈海洋工程焊接裂纹的防治措施

摘要：随着工业的蓬勃发展，焊接作为一门重要的金属加工工艺在各项海洋工程中得到了广泛的应用。焊接作为生产的一个重要环节，尤其是在海工焊接中对焊缝的要求更高。但是，焊接缺陷，尤其是焊接裂纹是生产过程中十分危险的不利因素，会导致产品报废，严重时对整个工程产生致命的影响。本文从焊接裂纹产生的原因出发，从冶金和工艺方面提出了海工

焊接冷裂纹的防治措施。

关键词：海洋工程、焊接、冷裂纹、防治措施

引言

随着海洋事业的发展，海洋石油的开发领域已经由浅海领域逐渐向深海领域拓展，相应地，海区的温度也由温暖地带逐步过渡到低温寒冷区域。除此之外，海洋平台会受到风浪袭击、海水腐蚀及恶劣气候条件等严峻工作环境的影响，以及工作平台的结构不断大型化、复杂化，以致焊接的工作量增大，工作难度增加。随着钢种和焊接材料的应用，加之海工作业中的不利因素，焊接生产过程中产生了许多问题，尤为严重的是焊接裂纹，轻则导致停工停产，重则带来灾难性事故。因此，为了保证海工作业正常进行，非常有必要找出焊接裂纹产生原因，制定相应的防治措施。

1.焊接裂纹的分类

在海洋工程作业中，由于不合适的焊工工艺规程以及选用的钢种的类型和结构的不同，会产生焊接裂纹。根据焊接时的温度及产生时间可以将裂纹分为热裂纹、再热裂纹、冷裂纹、层状撕裂以及应力腐蚀裂纹五类。根据形态和分布特征可以分为表面寒焊缝裂纹、内部裂纹。横向裂纹、纵向裂纹等形态。目前我国液压支架结构件大部分采用低合金高强度钢，由于焊接热循环不稳定，高强钢淬透性提高的同时脆硬组织增加的概率也大大提高，而且冷却速度的快速提高又会导致较多的晶格缺陷。基于上述原因，冷裂纹是海洋工程焊接中最普遍的一种裂纹。

2.海洋工程焊接裂纹产生的原因

在海工作业中，焊接冷裂纹的产生与三种因素有关，即钢材的淬硬倾向、焊接接头的含氢量及焊接应力[1]。

钢材的淬硬倾向。根据海洋工程所用钢材的化学成分，计算得到其中的含碳量为0.40-0.41，意味着这种钢材存在着很强的淬硬倾向，而钢材的淬硬倾向越大，越容易出现裂纹。这是因为，其一，钢材淬硬之后易形成马氏体组织，这是一种脆硬组织，其含量越多，裂纹越易形成和扩展;其二，钢材淬硬后会出现晶格缺陷，主要是空位和位错，在热力不平衡时，就会 晶格缺陷会发生转移，当浓度达到一定值时，就会出现裂纹源。

焊接接头的含氢量。尤其是在较低的温度下残余扩散氢的影响，并且具有一定的延迟性。当焊缝中的氢浓度达到一定值时，裂纹会在在应力作用下产生，一般裂纹会出现在热影响区。但是当焊接高强钢时，由于焊缝的合金成分复杂，氢会从热影响区向焊缝扩散，此时延迟裂纹就会出现在焊缝上。

焊接应力。焊接裂纹的产生也与焊接接头所处的应力状态有关，甚至在某些情况下，应力状态起决定作用。在不均匀加热和冷却过程中，产生的热应力和金属相变所产生的组织应力会导致裂纹的产生。一般钢材厚度越大，产生的拘束应力越大，产生裂纹的倾向越大。

3. 海工焊接裂纹的防治措施

3.1  从冶金方面采取防治措施

首先，采取优质的低氢焊接材料。对于超高强度钢的焊接，需要采用含氢量为H10或H5的低氢焊接材料。但是这种材料DNV规范要求非常严格，而且不易找到。经过反复的实验研究证明采用药芯焊丝CO2保护气体保护焊，也可获得低氢环境，减少裂纹。除此之外，还需要严格控制氢的来源。在焊接过程中，需要仔细烘干焊条、焊剂，保证一定的环境温度，低氢焊条温度保持在350摄氏度左右，超低氢焊条温度保持在400-450摄氏度。此外，对于钢材及其他材料上的油污、铁锈等仔细清理，避免其制造含氢环境。

最后，可以向材料中加入适量的合金元素，提高焊缝金属的韧性，同时也要控制磷、硫等有害杂质的含量，也可减少裂纹的产生。硒、硼、碲、稀土等合金元素的加入，可以改变焊接接头所处的应力状态，利用焊缝的塑性储备，可以减轻热影响区的负担[2]，使焊接接头降低冷裂纹敏感性。此外，奥氏体焊条塑性好，同时奥氏体焊缝可以溶解更多的氢，制造低氢环境，采用这种焊条焊接某些高强钢，产生冷裂纹的概率也会大大降低。

3.2 从工艺方面采取防治措施

3.2.1焊前预热，焊后热处理

通过焊接前的预热，可以降低钢材淬硬后转变为马氏体的冷却速度，同时也通过马氏体的“自回火”作用降低裂纹的产生。但是需要控制预热温度，防止其冷却速度低于出现马氏体的临界冷却速度，致使焊接热影响区的韧性降低。焊前预热温度的确定需要考虑如下因素：碳当量、裂纹敏感系数以及焊件的厚度之和，在不同的焊接外界条件下，采取相应的预热温度，不仅给施焊带来方便，冷裂纹也比较好控制。在焊接完成后需要立即后热，温度为200摄氏度，保温2个小时，自然冷却。这样做有利于氢的逸出，防止冷裂纹。

3.2.2严格控制层间温度和线能量

层间温度与预热温度所起作用相似，最低温度控制在预热温度的下限，最高温度也不能过高，范围控制在75-200摄氏度。为了保证立焊位置与其他位置的冲击值分别达到34J与47J之上，需要采用小线能量，即多层小焊道焊缝，最大线能量需控制在21600J/cm。这样可以保证焊接热影响区和焊缝金属有较好的韧性，如果控制的较好，也可保证熔合线处粗晶区处有较好的冲击韧性，防止裂纹的产生。

4.结语

本文详细的阐述了在海洋工程作业中焊接裂纹产生的原因及防治措施，为以后的施工过程提供了可靠的科学依据，有助于以后的焊接生产工作。同时，在以后的海工焊接作业中，要采取措施尽量减少冷裂纹的产生，保证焊接结构质量，延长焊缝寿命。

参考文献：

[1]杨萍.实际施焊过程中焊接裂纹及防止措施探讨[J].科技创新与应用.2012.10：39-40.

[2]刘庆.焊接热裂纹的危害及其防治措施[J].科技风.2012.09：151.

作者简介：孔凡玉（1973.7.15-），中海油能源发展装备技术有限公司，大本，工程师。

0pt; li? W e g? ?o? background：rgb（255，255，255）; " >5.液压阀的未来发展

新出台的关于一万公里以上的高速铁路建设，加大中部地区的建设，实质性的实践东北老工业基地的改造及1000亿元农村公路建设等，都可以从一定程度上使中国工程机械在超高速的发展基础上会再次腾飞。通过这一次的次超高速发展，中国工程机械在数量上超过美国，成为世界上第一大工程机械产销大国，同时也将成为世界上工程机械出口的大国及制造强国。因此，在此期间中国工程机械准备对液压件不管是从数量、质量、技术水平上都会提出更高的要求。中国超高液压压件在此期间将再次迎来千载难逢的发展的历史机遇，如何抓住这次发展机遇，是所有相关工作人员需要提起足够重视的问题。

6.结束语

随着社会经济的不断发展，我国的工程机械尤其是小型工程机械的市场前景逐渐变的更加广阔，小型挖掘机的市场也十分明确。预但迄今为止，小型工程机械所需要的泵、阀、液压件等配件在基本上全部依靠进口。而国外配套件企业，第一要满足国内企业的要求，第二满足在华外资企业的需要，第三才能考虑到我国本土企业的需要。这一局面对我国工程机械的生产企业的制约作用将越来越明显，使我国机械液压阀的发展始终处于发达国家之后，影响我国综合经济的发展，想要改善这一情况，必须要不断的完善机械液压阀的研究工作，创造更符合市场发展需求的营销模式与研发模式，通过该方式来提升机械液压阀的市场份额，促进国家经济发展。

参考文献：

[1]刘小康，李家乐，叶伟标，李勇.机床与液压[J]2012（20）：22-24.

[2]刘良臣.我国工程机械液压件的现状及前景展望[J].流体传动与控制.2010.12（02）：111-113.