海洋钢结构关键节点的焊接变形控制

李明

中海石油（中国）有限公司天津分公司 天津 300459

1、前言

我国经济和社会在不断的发展，海洋的工程受到了广泛的关注。在海洋工程装备制造的工程里面，主要的加工制造技术是焊接。焊接作为一种重要的应用技术，有着广泛的应用和许多显著的优点。然而，钢结构的焊接变形是不可避免的。

2、焊接在海洋平台钢结构中的特点

因为海洋平台的特殊工作环境，与一般的钢结构相比，海洋平台的钢结构在设计上也有所不同，对其综合焊接性能和钢材本身都有较高的要求。一般来说，在低碳钢的二次结构里面，钢结构是热轧和正火的高强度钢，低碳回火的高强度钢。为可以更好地发挥出钢结构的作用，对钢结构在钢的化学成分和性能方面的应用有了明确的要求。所用钢板大多用于轧管和复合梁焊接。焊接工艺对焊接质量要求高，要严格的按照有关的规定执行。焊接后，钢结构的接头和关键部位或多或少存在残余的应力。为可以减少到热应力对平台稳定性的影响，一定要在有热应力的地方进行热处理。

3、海洋钢结构关键节点的焊接变形控制

3.1、焊前控制

在这个过程里面，不仅要确定到构件的位置、尺寸以及材料，还要控制好构件的槽角、角度以及间隙。同时，对易变形的关键节点进行支撑和加固。分析了坡口角度、组间隙和支撑形式对焊接变形的影响。在焊接的时候，因为电弧的热效应，电弧周围的金属温度会明显的升高，而远离电弧的金属温度相对的比较低，导致焊接部位热膨胀不均匀。加热部分的金属按不同的加热程度延伸，但加热部分的金属长度不能保持原来的固定。所以，冷金属的加热阻碍了金属的延伸，限制了金属加热部件的延伸自由度。在加热部分产生的应力超过金属的屈服强度的时候，就会发生塑性的变形。一般来说，金属的屈服强度随温度的升高而降低。在600℃的时候，钢的屈服强度实际上等于零。可见，焊接量越大，钢的后续变形越明显。焊前支架能有效抑制焊接变形。然而，对海洋钢结构的关键节点，焊前支撑的形式不同，一些特殊节点处支撑的增加会产生不利的影响。因为母材厚度大，板材尺寸小，后续的热矫直方法不易矫直。焊接前应该要加必要的支撑，防止焊接的变形。

3.2、冷裂纹控制

在焊接的过程里面，如果温度得不到有效的控制，冷却温度会降到200℃以下，导致了钢结构产生裂纹。冷裂纹作为海洋超大型钢结构焊接里面常见的质量问题，其发生对钢结构本身的强度、稳定性和安全性都有着非常不利的影响。对这种情况，有必要对焊接过程里面的冷裂纹质量进行控制。具体而言，在科学的原则指导下，在整个焊接的时候，应该要建立一个灵活有效的温度冷却机制，避免温度过快的冷却，同时，应该要提高到预热的温度，有效地减缓焊接的冷却速度；在施工的时候，应该要实时的监测好含氢指标，一旦发现含氢量高，应该及时的响应。为可以控制到焊条和焊剂的吸水率，工人可以增加焊丝来科学地处理多余的水分。通过上述的操作方法，能够最大限度地保证了海上超大型钢结构焊接过程里面出现冷裂纹的概率，实现了钢结构的生产功能。

3.3、应该对焊接设备的质量进行检查

在施焊之前，施工的人员一定要对可能用于施焊的设备、工具进行一个检查以及整理。设备的有效性决定了焊接后的最终质量。在焊接的时候，如果焊接设备的质量不合格，无论焊接工艺多么专业，最终都会影响到焊接的整体质量，从而形成焊接的缺陷。所以，在进行海洋平台焊接工艺的时候，有必要进行详细的检验。此外，在日常工作的过程里面，还应该定期对焊接所需设备进行维护保养，确保每台设备处于良好的状态，以加快焊接过程，取得良好的经济效益。

3.4、坡口情况检验

钢结构主体焊接前，有关的技术人员应该要详细的检查好坡口的实际情况，确保到所有焊接工作都符合有关的标准。焊接标准和要求包括了许多的方面，斜角、钢板预热和焊接材料的选择。在实际施工的时候，需要张贴焊接标准，以便所有的工人都可以看到。在坡口的焊接里面，应该要特别的注意到以下几个方面：1.根部间隙不宜过大或过小，间隙过大不能填满焊接的材料，电极过小不能进入；2.坡口角度和坡口坡度过大，传热过大，焊接的时间会延长，且效率降低。如果坡度太小，根部不易焊穿，从而影响到钢结构的稳定性。所以，相关的技术人员需要严格的按照焊接要求进行操作，这样才可以减少到焊接的误差，保证钢结构的质量。

3.5、抗疲劳性控制

超大型海洋钢结构中存在大量的T、y、K节点，节点应力非常复杂，可以有效地避免到了大型钢结构节点应力集中的金属疲劳。在接头焊接过程里面，对接焊缝需要手工的打磨，以保证焊缝的平整度，实现焊缝的轮廓控制。具体来说，需要明确整个焊缝的打磨工作，在实用原则的指导下规划轮廓方向和打磨。例如，在实际磨削的时候，磨削方向应垂直于焊缝轴线，以提高焊缝的性能并使其成为焊缝。磨削过程里面出现凹形，提高了接头的抗应力性能，提高了大型船用钢结构的质量和抗疲劳控制水平，提高了焊接质量控制的水平。

4、结束语

综上所述，因为海洋平台工作环境的特殊性，施工的最终质量会直接的影响到平台人员的生命安全。所以，海洋平台钢结构焊接的时候，一定要严格的按照有关规定进行施工。超大钢结构焊接质量检测与控制技术的发展，对钢结构的实用性、稳定性和安全性都有着深远的影响。通过对海上特大型钢结构的分析，在科学原理与实用原理相结合的框架体系下，从多维的角度逐步形成了现代焊接质量控制与检测体系。