海洋工程钢结构焊接横向裂纹产生原因及控制措施探讨

刘俊阳

中海油能源发展装备技术有限公司上海分公司 上海 200335

引言

在海洋工程施工中，钢结构作为一种强度较高、承受荷载能力较好的结构，它有着诸多的优势，在海洋工程中应用广泛。对于钢结构的连接方式，常见的有三种：焊缝连接、螺栓连接和铆钉连接。其中在焊接连接施工中，由于焊接施工工艺控制不到位，很容易导致焊接横向裂纹，影响了焊接连接效果，降低了钢结构的整体性，是海洋工程钢结构的质量缺陷之一。为了提升海洋工程钢结构质量，本文深入分析了钢结构焊接的横向裂纹产生原因及有效的控制措施。

1 海洋工程钢结构焊接横向裂纹及其产生原因

在海洋工程钢结构焊接施工中，常见的焊接横向裂纹有热裂纹、冷裂纹和层状撕裂裂纹，这几种裂纹的产生原因各不相同，焊接裂纹都是钢结构的质量隐患，一定要深入分析其产生原因，并采取有效的措施控制好焊接施工质量，消除焊接横向裂纹。

（1）热裂纹。在海洋工程钢结构焊接施工过程中，如果焊接施工时的温度较高，那么可能会导致钢结构焊接连接处出现横向裂纹，这种裂纹由焊缝向周围横向延伸，有时会伴有氧化的色彩。导致热裂纹的主要原因是在焊接施工时，钢材中的有害元素硫和磷含量较高，在高温度的焊接环境下，这些低熔点的有害物质形成了晶体物质，晶体物质渗入了钢结构的焊缝中，影响了焊缝的通透性，最终形成一层晶体薄膜使得焊接位置出现横向裂缝，在后期钢结构使用中受到拉力作用时，会使得焊缝处出现裂纹，使得钢结构出现质量缺陷[1]。

（2）冷裂纹。在海洋工程钢结构焊接施工时，钢材在高温焊枪作用下，内部的结构会发生变化，接头会慢慢融合在一起，但是如果焊接材料中氢元素含量较高，会使得焊接时出现氢溶解，这样会导致焊接位置出现冷裂纹。冷裂纹的表现特点就是它是在后期的使用中产生的，在焊接施工进行质量检查时，无法发现，在后期使用中出现裂缝严重地降低了钢结构的连接强度，有着较大的安全隐患。

在焊接施工时，焊接材料和接头处的氢含量过高是引发冷裂纹的主要原因。由于焊接过程中会出现氢溶解，等到焊接结束后，多余的氢就会释放，在释放的过程中可能部分氢进入了钢材内部，这样会导致焊接接头的位置出现压力。在一段时间的冷却作用下，会逐渐使得焊接裂纹变大。所以，焊接过程中氢元素的含量会造成焊接冷裂纹，一定要控制好焊接材料氢元素的含量，消除焊接冷裂纹。

（3）层状撕裂裂纹。层状撕裂的产生主要分为两种，其中一种是裂点出现的位置在焊缝的根部或脚趾，接着由根部向四周延伸。还有一种是焊热区的分布，主要是焊接过程中出现的收缩应力造成很强的拉伸，使非金属杂物扩散形成的。在钢材料的选择时，要选择合适的材料，其中对于一些不合格的材料应当摒弃，比如杂志含量过多的钢材料，这种材料在焊接过程中会发生应力，极易导致开裂的产生。层状撕裂裂纹对于钢结构连接处的危害较大，在外界应力的作用下，可能会导致焊缝脱落结构断裂，所以一定要严格控制焊接施工质量，消除此类裂纹质量问题。

2 海洋工程钢结构焊接横向裂纹的控制措施

结合上文中提到的海洋工程钢结构焊接施工中的横向裂纹特性及其产生原因，我们要结合其产生原因从源头上采取有效的控制措施来避免焊接裂纹的产生，这样可以消除焊接质量问题，提升钢结构焊接施工质量，下文具体介绍了这三种横向裂纹的控制措施：

（1）热裂纹的控制措施。一般我们要求钢结构中有害元素的含量要控制在规定的范围内，由于有害硫和磷元素会导致钢结构焊接热裂纹，所以要严格控制钢结构原材料质量，控制杂质的含量。在焊接施工时，为了避免局部位置温度过高造成质量缺陷，要避免受热不均，提高预热温度，有效控制热裂纹的产生[2]。

（2）冷裂纹的控制措施。由于冷裂纹的危害性较大，在钢结构后期的使用过程中出现裂纹，影响结构安全性。所以一定要采取有效措施控制冷裂纹的产生。在选用焊接材料时，要选用含氢元素低的材料，并且要完善焊接的操作工艺，控制好温度变化对于焊接作业质量的影响。

（3）层状撕裂的控制措施。在选用钢材料时，不仅需要选用抗冷裂性能好的钢材，而且钢材还应当具有抗层状撕裂性能。在焊接过程中，需要注意的是，对焊接的接头的合理性设计，并注重焊接过程中的预热环节，以此防止不必要的应力现象。

3 常规裂纹产生解决方案

2018年东部某井口平台上层甲板部分梁损坏，需要进行结构修复，修复方案采用切除现有损坏梁，对现有梁进行打磨，安装替换的新梁方案，新梁预制完毕后需要运输到海上焊接安装，由于是现场施工，在现场检验没有焊接缺陷，在2019年检查发现部分位置产生裂纹，经过分析确认为焊接质量缺陷[3]。由于裂纹影响钢构寿命，因此对结构焊缝进行切割打磨补焊解决问题。

4 结束语

综上所述，在海洋工程钢结构项目施工过程中，钢结构焊接工作是常见的连接方式，钢结构的焊接施工质量直接影响着整体的项目质量，所以针对焊接施工中经常出现的横向裂纹质量问题，要深入分析产生原因，并采取有效的措施加以控制，消除焊接质量问题，替身钢结构的连接稳定性，从而提升整体结构的质量，促进我国海洋工程钢结构施工水平的提升，促进我国海洋建设事业的发展。