海洋钢结构埋弧焊的小角度坡口焊接工艺

作者:陈哲;程显平;费东;刘书慧;朱大喜 刊名:焊接技术 上传者:聂赣娟

【摘要】焊接在海洋工程的建造中占据较大比例,特别是埋弧焊对于大壁厚钢结构的建造具有重要作用。本文针对大壁厚(38 mm)全熔透海洋工程用钢,将X形坡口(无衬垫)的坡口角度减小至45°,选用GMAW封底,SAW填充盖面,双面焊双面成形进行了试验,并与传统60°坡口的焊接工艺进行了对比。结果表明,新工艺的焊接试件的无损检测结果及焊接接头的力学性能试验结果均符合海洋工程标准规范要求,较传统工艺而言,该工艺可提高效率,有效减少焊材用量。

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海洋工程焊接结构是一种大型、复杂、特殊的工程结构,分为动态定位式和固定式两大类,涉及到大量的钢材加工,在海洋工程结构的建造过程中,焊接贯穿在各个环节中,焊接工作量占有相当大的比例。因此,如何在保证质量的前提下,节省焊接材料,提高焊接效率具有重要的研究价值。电弧焊是海洋工程结构应用最广泛的焊接方法,包括焊条电弧焊(SMAW)、埋弧焊(SAW)、熔化极气体保护电弧焊(GMAW)、药芯气体保护电弧焊(FCAW-G)、钨极氩气保护电弧焊(GTAW)等。对大壁厚构件,采用SAW在焊接效率上的优势明显。根据美国焊接学会AWSD1.1的WPS免除评定的相关要求[1],对于大壁厚的全熔透对接X形(双面V形)坡口,坡口角度普遍采用60(+10,-5)。对此,将X形坡口的角度减小为45(无衬垫),采用GMAW封底、SAW填充、盖面的焊接方法进行了焊接工艺评定试验,其中第三方认证机构为挪威船级社(DNV)。同时将新工艺与公司以往的60坡口的焊接工艺进行了对比。1焊接工艺评定试验1.1母材为保证良好的综合性能,对海洋工程结构用钢材的化学成分、强度、韧性等都有严格的规定。本次试验母材采用了舞钢产品GB7122000D36,该钢韧性高,焊接性良好,能够满足海洋平台结构的性能要求。采用壁厚38mm的板材进行了焊接工艺评定试验,编号定为No.1,将公司以往60坡口的焊接工艺评定试样定为No.2,具体材质和尺寸见表1。表1母材试件编号和尺寸试件编号母材牌号规格/mm板材厚度/mmNo.1GB7122000D3610001803838No.2GB7122000D3614002003838母材试件的化学成分和力学性能分别见表2、表3,满足GB7122000[2]相关要求。表2母材金属的主要化学成分(质量分数)(%)试件CSiMnPSCrCuVNiNo.10.1400.2801.4500.0180.0040.0500.0900.0050.040No.20.1740.3901.2000.0070.0060.0230.1700.0060.190表3母材金属的力学性能试件屈服强度/MPa抗拉强度/MPa伸长率(%)冲击吸收功/J(-20)No.144056025.5133189149No.241254428.9210179149钢材焊性的差异主要受化学成分的影响,钢材的焊接性采用了国际焊接学会推荐的碳当量w(C)eq和日本提出的焊接冷裂纹敏感性Pcm加以评价,w(C)eq反映了钢中化学成分对淬硬程度的影响。w(C)eq=w(C)+16w(Mn)+51(w(Cr)+w(Mo)+w(V))+115(w(Cu)+w(Ni)),(1)Pcm=w(C)+210(w(Mn)+w(Cr)+w(Cu))+310w(Si)+610w(Ni)+115w(Mo)+110w(V)+5w(B),(2)经计算,得试件1的w(C)eq=0.40%,Pcm=0.25%;试件2的w(C)eq=0.40%,Pcm=0.26%。在Graville焊接性评价图上,该钢属第位置可焊区(图1),焊接性较好,依据日本焊接协会规定Pcm0.20%作为评定焊接冷裂纹敏感性高低的指标之一,该钢有一定冷裂纹倾向[3]。1.2焊接方法与填充材料结合施工现场,本试验采用的焊接方法及焊接材料见表4,焊材的化学成分与力学性能见表5和表6,其中GMAW的保护气体采用纯CO2(体积分数99.95%),SAW采用的焊剂为锦泰公司生产的SJ101。1.3焊缝尺寸特点对于壁厚超过20mm的结构件,全熔透坡口一般采用X形(对称或非对称)双面焊,一面焊接完成后,背面

参考文献

引证文献

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