FPSO多点系泊铬镍合金堆焊焊接工艺

2015-10-19蒋成龙

广东造船 2015年6期

邓凯，蒋成龙

（中船澄西船舶（广州）有限公司，广州511462）

1 前言

铬镍合金材料作为一种高强度、高温抗氧化和耐磨、耐腐蚀的材料，在轴系和发动机等领域很受人们的青睐。但由于其材料成本高、加工难度大，所以在一般的结构中往往都采用在母体材料上面堆焊的方式，即在母体材料上面敷上一层铬镍合金材料，从而使母体材料达到使用要求。但是该种材料的焊接难度较大，对焊接的控制要求较高，同时在焊接过程中极易产生各种缺陷，特别是裂纹。

2 基本要求

FPSO作为海上大型的浮式生产储存卸货平台长期在海上作业，系泊系统的可靠性直接影响到FPSO的正常运作和使用安全性。在海上作业的过程中，系泊系统每时每刻都受到海水从各个方向的冲击力，使得锚链导向支座不断地受到冲击与摩擦。为了提高支撑面的耐磨能力，延长设备的使用周期，所以在普通钢材支撑面上堆焊一层耐磨材料。由于FPSO的特殊工作环境，使得对堆焊层的质量要求特别严格，除了要达到规定的物理性能之外，对堆焊层的各种化学元素也作出严格的要求,任何元素都不能超出规定的范围。

由于镍基材料对母材表面的杂质元素和焊接热输入量比较敏感，以及液态熔敷金属流动性差和焊缝金属熔深浅的特点，这些特性对焊缝的质量会造成较大的影响，容易导致气孔及裂纹的产生，如何避免或将这些因素的影响降到最低是该工艺成功的关键。

3 实工方案

3.1 焊前清理

由于镍基焊接材料对焊件表面的油污、湿锈等杂质非常敏感，同时氧气、氢气、二氧化碳气体在熔化的液态镍基合金中溶解度极大，而在固态溶解度大大减小，镍基合金焊接过程中从高温变冷时，气体在熔敷金属中的溶解度也随之下降，游离出来的气体在流动性较差的液态镍中不能在镍基合金焊缝凝固前完全逸出而形成气孔，所以堆焊前应将母材表面打磨干净或抛光，并用丙酮溶液将表面擦干净。

3.2 焊前预热

由于母材是厚度为50 mm的EH36D的Z向钢，在母材表面清理完成后用烤枪对母材进行预热，预热温度为90℃，防止在第一层焊接的过程中冷却速度过快造成热裂纹。

3.3 焊接

采用手工电弧焊的焊接方法，选用ENiCrMo-3焊条，焊接参数见表1。焊条在使用前需进行烘干处理，然后用保温桶插电使用。

焊接时应选用较小的焊接线能量，并严格控制层间温度。由于镍基材料导热性差，如果焊接电流过大、电弧电压过高、焊接速度较慢及层间温度过高都易使焊接接头过热，产生粗大的晶粒，在粗大的柱状晶粒边界上集中了一些低熔点共晶体，他们的强度低、脆性大，在焊接应力的作用下很容易形成裂纹。因此在保证熔合良好的情况下，尽量选用较小的焊接电流、较低的电弧电压和较快的焊接速度，同时严格控制好层间温度，在温度降到150℃以下后再进行下一道的焊接。

表1 焊接参数

由于镍基材料焊缝的熔深比较浅，焊接过程中要保证焊缝的平整度，尽量避免两道焊缝之间出现凹槽，当出现凹槽时要将凹槽打磨光顺填平后再进行下一层的焊接。在焊下一道前焊道上面的焊渣和其他的杂质必须清理干净，每道焊缝的接头要错开。焊接过程中，同一层的焊缝尽量保证相同的工艺参数，保证焊材中的合金元素在每一层都能够均匀的分布，防止元素偏析，从而影响堆焊层的使用性能。

焊接过程中如果局部有少量气孔或者裂纹产生，要用打磨机将缺陷全部打磨掉，并作着色探伤合格后再补焊，补焊完成后再对该区域进行着色探伤。