[發明專利]一種海洋平臺用鋼板焊接方法

有效

• 申請號: 201410516996.1
• 申請日: 2014-09-30
• 公開（公告）號: CN104384670A
• 公開（公告）日: 2015-03-04
• 發明（設計）人: 李敏;劉曉東;朱延山;徐洪慶;李旺生;王勇;王煥洋;李建磊;王南輝
• 申請（專利權）人: 山東鋼鐵股份有限公司
• 主分類號: B23K9/16
• 分類號: B23K9/16;B23K9/18;B23K101/18
• 代理公司: 濟南舜源專利事務所有限公司 37205
• 代理人: 趙佳民

技術領域

本發明涉及的是一種焊接方法，尤其是一種滿足海洋平臺用厚鋼板焊接接頭裂紋尖端張開位移實驗（CTOD）的焊接方法。

背景技術

焊接接頭CTOD試驗是對海洋平臺用厚鋼板焊接接頭韌度進行評價的重要實驗方法。海洋平臺在服役期間要承受風暴、潮汐，甚至地震等沖擊載荷，這要求平臺焊接接頭需具備必要的韌度以避免出現脆性斷裂的危險情況。伴隨海上石油開采越來越向深海發展，采油平臺結構的鋼板厚度不斷增加，而鋼板越厚，鋼板的韌度越難以保障。另外為了提高焊接效率，厚板的焊接多采用較大的焊接熱輸入量，這致使厚板焊接接頭的韌度成為平臺結構最為薄弱的環節。為了確保厚板焊接接頭的韌度滿足海洋平臺服役要求，在采油平臺建造前對所用厚板的焊接接頭進行CTOD試驗十分必要。

焊接接頭CTOD試驗要求預制疲勞裂紋通過的區域中特定的焊接熱影響區應達到一定比例，比如要求該區域中粗晶區的比例不低于15%，為此在焊接用于CTOD試驗的焊接接頭時應盡量焊出一條直的熔合線。為了達到上述要求，傳統的滿足厚板焊接接頭CTOD試驗要求的焊接方法多采用帶有一個直邊的單斜面型坡口設計，這種設計焊接金屬填充量大，只在一面焊接使得被焊鋼板角變形不易控制，而且這種焊接方法焊后鋼板內應力大，在預制CTOD試驗所需的疲勞裂紋時，往往容易造成疲勞裂紋在試樣表面和試樣心部的擴展深淺不一，最終導致試驗無效。

傳統的用于厚板焊接接頭CTOD試驗要求的焊接方法也有的采用K型坡口設計，傳統方法的K型坡口上下對稱，留有約5mm的鈍邊，根部間隙小，一般不超過2mm，焊接時先進行正面打底焊，隨后背面碳弧氣刨清根，最后進行填充和蓋面焊接。這種焊接方法主要存在以下兩點不足之處，一是焊縫根部位于鋼板厚度中心位置，眾所周知根部最易存在未熔合、夾渣更缺陷，這使得取自心部的夏比沖擊樣極易因存在焊接缺陷而導致試驗結果無效；二是背面必須進行碳弧氣刨清根，碳弧氣刨會嚴重降低試驗效率，更主要的是極易使得直邊側的熔合線變的不直，使得焊接接頭CTOD試驗要求預制疲勞裂紋通過的區域中特定的焊接熱影響區達不到規定比例，最終導致試驗無效。

于是，就需要一種有效避免傳統焊接方法缺點，又滿足厚板焊接接頭CTOD試驗要求的焊接方法。

發明內容

本發明的目的就是針對現有技術所存在的不足，而提供一種海洋平臺用鋼板焊接方法的技術方案，該方案的方法，可以控制被焊鋼板角變形，降低焊接內應力，減少心部夏比沖擊樣焊接缺陷，易于獲得直的熔合線。滿足厚鋼板焊接接頭CTOD試驗要求。

本方案是通過如下技術措施來實現的：一種海洋平臺用鋼板焊接方法，包括如下步驟：

1）對鋼板接頭加工坡口，并裝配坡口，使坡口呈K字型；

2）在K字型坡口的背面夾裝可移除的水冷銅條，水冷銅條用于托舉正面打底焊時的熔池；?

3）使用實芯焊絲氣保焊對正面進行打底焊接，并防止在水冷銅條上起弧；

4）將水冷銅條移除，使用實芯焊絲氣保焊對背面進行打底焊接；

5）使用藥芯焊絲氣保焊或埋弧焊，對被焊鋼板接頭的正面和背面交替進行填充焊接；

6）使用藥芯焊絲氣保焊或埋弧焊，對填充后的鋼板焊接頭進行蓋面焊接。

所述的步驟1)中坡口正面深度和背面深度的比為2：1或3:2，坡口角度為44±1°，K字型坡口的根部為間隙6～7mm。所述的坡口鈍邊尺寸為0～1mm。這種K字型坡口設計可以根據被焊鋼板在焊接過程中的角變形情況，交替進行背面和正面焊接，能夠始終將被焊鋼板的角變形控制在2°以內，并有效降低焊接內應力。坡口上下深度比為2:1或3:2，避免了焊縫根部位于被焊鋼板心部的情況，有利于減少心部夏比沖擊樣存有焊接缺陷的情況，增加試驗有效性比率。

所述的步驟3）中，采用實芯焊絲氣保焊，焊絲直徑為φ1.2mm，保護氣體為80%Ar+20%CO₂混合氣，保護氣體流量15～18L/Min，焊接電流為120～180A，焊接電壓為23～25V，焊接速度為100～200?mm/?Min。

所述的步驟4）中，采用實芯焊絲氣保焊，焊絲直徑為φ1.2mm，保護氣體為80%Ar+20%CO₂混合氣，保護氣體流量15～18L/Min，焊接電流為220～240A，焊接電壓為24～26V，焊接速度為300～400?mm/?Min。在背面打底焊接時采用焊接電流較大的實芯焊絲氣保焊，利于消除焊縫根部可能存在的微小缺陷，比直接采用埋弧焊進行焊接利于清渣。?

在所述的步驟5）中填充焊接過程中應始終將被焊鋼板的角變形控制在2°以內。