海洋鋼結構關鍵節點的焊接變形控制

李明

中海石油（中國）有限公司天津分公司 天津 300459

1、前言

我國經濟和社會在不斷的發展，海洋的工程受到了廣泛的關注。在海洋工程裝備制造的工程里面，主要的加工制造技術是焊接。焊接作為一種重要的應用技術，有著廣泛的應用和許多顯著的優點。然而，鋼結構的焊接變形是不可避免的。

2、焊接在海洋平臺鋼結構中的特點

因為海洋平臺的特殊工作環境，與一般的鋼結構相比，海洋平臺的鋼結構在設計上也有所不同，對其綜合焊接性能和鋼材本身都有較高的要求。一般來說，在低碳鋼的二次結構里面，鋼結構是熱軋和正火的高強度鋼，低碳回火的高強度鋼。為可以更好地發揮出鋼結構的作用，對鋼結構在鋼的化學成分和性能方面的應用有了明確的要求。所用鋼板大多用于軋管和復合梁焊接。焊接工藝對焊接質量要求高，要嚴格的按照有關的規定執行。焊接后，鋼結構的接頭和關鍵部位或多或少存在殘余的應力。為可以減少到熱應力對平臺穩定性的影響，一定要在有熱應力的地方進行熱處理。

3、海洋鋼結構關鍵節點的焊接變形控制

3.1、焊前控制

在這個過程里面，不僅要確定到構件的位置、尺寸以及材料，還要控制好構件的槽角、角度以及間隙。同時，對易變形的關鍵節點進行支撐和加固。分析了坡口角度、組間隙和支撐形式對焊接變形的影響。在焊接的時候，因為電弧的熱效應，電弧周圍的金屬溫度會明顯的升高，而遠離電弧的金屬溫度相對的比較低，導致焊接部位熱膨脹不均勻。加熱部分的金屬按不同的加熱程度延伸，但加熱部分的金屬長度不能保持原來的固定。所以，冷金屬的加熱阻礙了金屬的延伸，限制了金屬加熱部件的延伸自由度。在加熱部分產生的應力超過金屬的屈服強度的時候，就會發生塑性的變形。一般來說，金屬的屈服強度隨溫度的升高而降低。在600℃的時候，鋼的屈服強度實際上等于零。可見，焊接量越大，鋼的后續變形越明顯。焊前支架能有效抑制焊接變形。然而，對海洋鋼結構的關鍵節點，焊前支撐的形式不同，一些特殊節點處支撐的增加會產生不利的影響。因為母材厚度大，板材尺寸小，后續的熱矯直方法不易矯直。焊接前應該要加必要的支撐，防止焊接的變形。

3.2、冷裂紋控制

在焊接的過程里面，如果溫度得不到有效的控制，冷卻溫度會降到200℃以下，導致了鋼結構產生裂紋。冷裂紋作為海洋超大型鋼結構焊接里面常見的質量問題，其發生對鋼結構本身的強度、穩定性和安全性都有著非常不利的影響。對這種情況，有必要對焊接過程里面的冷裂紋質量進行控制。具體而言，在科學的原則指導下，在整個焊接的時候，應該要建立一個靈活有效的溫度冷卻機制，避免溫度過快的冷卻，同時，應該要提高到預熱的溫度，有效地減緩焊接的冷卻速度；在施工的時候，應該要實時的監測好含氫指標，一旦發現含氫量高，應該及時的響應。為可以控制到焊條和焊劑的吸水率，工人可以增加焊絲來科學地處理多余的水分。通過上述的操作方法，能夠最大限度地保證了海上超大型鋼結構焊接過程里面出現冷裂紋的概率，實現了鋼結構的生產功能。

3.3、應該對焊接設備的質量進行檢查

在施焊之前，施工的人員一定要對可能用于施焊的設備、工具進行一個檢查以及整理。設備的有效性決定了焊接后的最終質量。在焊接的時候，如果焊接設備的質量不合格，無論焊接工藝多么專業，最終都會影響到焊接的整體質量，從而形成焊接的缺陷。所以，在進行海洋平臺焊接工藝的時候，有必要進行詳細的檢驗。此外，在日常工作的過程里面，還應該定期對焊接所需設備進行維護保養，確保每臺設備處于良好的狀態，以加快焊接過程，取得良好的經濟效益。

3.4、坡口情況檢驗

鋼結構主體焊接前，有關的技術人員應該要詳細的檢查好坡口的實際情況，確保到所有焊接工作都符合有關的標準。焊接標準和要求包括了許多的方面，斜角、鋼板預熱和焊接材料的選擇。在實際施工的時候，需要張貼焊接標準，以便所有的工人都可以看到。在坡口的焊接里面，應該要特別的注意到以下幾個方面：1.根部間隙不宜過大或過小，間隙過大不能填滿焊接的材料，電極過小不能進入；2.坡口角度和坡口坡度過大，傳熱過大，焊接的時間會延長，且效率降低。如果坡度太小，根部不易焊穿，從而影響到鋼結構的穩定性。所以，相關的技術人員需要嚴格的按照焊接要求進行操作，這樣才可以減少到焊接的誤差，保證鋼結構的質量。

3.5、抗疲勞性控制

超大型海洋鋼結構中存在大量的T、y、K節點，節點應力非常復雜，可以有效地避免到了大型鋼結構節點應力集中的金屬疲勞。在接頭焊接過程里面，對接焊縫需要手工的打磨，以保證焊縫的平整度，實現焊縫的輪廓控制。具體來說，需要明確整個焊縫的打磨工作，在實用原則的指導下規劃輪廓方向和打磨。例如，在實際磨削的時候，磨削方向應垂直于焊縫軸線，以提高焊縫的性能并使其成為焊縫。磨削過程里面出現凹形，提高了接頭的抗應力性能，提高了大型船用鋼結構的質量和抗疲勞控制水平，提高了焊接質量控制的水平。

4、結束語

綜上所述，因為海洋平臺工作環境的特殊性，施工的最終質量會直接的影響到平臺人員的生命安全。所以，海洋平臺鋼結構焊接的時候，一定要嚴格的按照有關規定進行施工。超大鋼結構焊接質量檢測與控制技術的發展，對鋼結構的實用性、穩定性和安全性都有著深遠的影響。通過對海上特大型鋼結構的分析，在科學原理與實用原理相結合的框架體系下，從多維的角度逐步形成了現代焊接質量控制與檢測體系。