海洋工程鋼結構焊接橫向裂紋產生原因及控制措施探討

劉俊陽

中海油能源發展裝備技術有限公司上海分公司 上海 200335

引言

在海洋工程施工中，鋼結構作為一種強度較高、承受荷載能力較好的結構，它有著諸多的優勢，在海洋工程中應用廣泛。對于鋼結構的連接方式，常見的有三種：焊縫連接、螺栓連接和鉚釘連接。其中在焊接連接施工中，由于焊接施工工藝控制不到位，很容易導致焊接橫向裂紋，影響了焊接連接效果，降低了鋼結構的整體性，是海洋工程鋼結構的質量缺陷之一。為了提升海洋工程鋼結構質量，本文深入分析了鋼結構焊接的橫向裂紋產生原因及有效的控制措施。

1 海洋工程鋼結構焊接橫向裂紋及其產生原因

在海洋工程鋼結構焊接施工中，常見的焊接橫向裂紋有熱裂紋、冷裂紋和層狀撕裂裂紋，這幾種裂紋的產生原因各不相同，焊接裂紋都是鋼結構的質量隱患，一定要深入分析其產生原因，并采取有效的措施控制好焊接施工質量，消除焊接橫向裂紋。

（1）熱裂紋。在海洋工程鋼結構焊接施工過程中，如果焊接施工時的溫度較高，那么可能會導致鋼結構焊接連接處出現橫向裂紋，這種裂紋由焊縫向周圍橫向延伸，有時會伴有氧化的色彩。導致熱裂紋的主要原因是在焊接施工時，鋼材中的有害元素硫和磷含量較高，在高溫度的焊接環境下，這些低熔點的有害物質形成了晶體物質，晶體物質滲入了鋼結構的焊縫中，影響了焊縫的通透性，最終形成一層晶體薄膜使得焊接位置出現橫向裂縫，在后期鋼結構使用中受到拉力作用時，會使得焊縫處出現裂紋，使得鋼結構出現質量缺陷[1]。

（2）冷裂紋。在海洋工程鋼結構焊接施工時，鋼材在高溫焊槍作用下，內部的結構會發生變化，接頭會慢慢融合在一起，但是如果焊接材料中氫元素含量較高，會使得焊接時出現氫溶解，這樣會導致焊接位置出現冷裂紋。冷裂紋的表現特點就是它是在后期的使用中產生的，在焊接施工進行質量檢查時，無法發現，在后期使用中出現裂縫嚴重地降低了鋼結構的連接強度，有著較大的安全隱患。

在焊接施工時，焊接材料和接頭處的氫含量過高是引發冷裂紋的主要原因。由于焊接過程中會出現氫溶解，等到焊接結束后，多余的氫就會釋放，在釋放的過程中可能部分氫進入了鋼材內部，這樣會導致焊接接頭的位置出現壓力。在一段時間的冷卻作用下，會逐漸使得焊接裂紋變大。所以，焊接過程中氫元素的含量會造成焊接冷裂紋，一定要控制好焊接材料氫元素的含量，消除焊接冷裂紋。

（3）層狀撕裂裂紋。層狀撕裂的產生主要分為兩種，其中一種是裂點出現的位置在焊縫的根部或腳趾，接著由根部向四周延伸。還有一種是焊熱區的分布，主要是焊接過程中出現的收縮應力造成很強的拉伸，使非金屬雜物擴散形成的。在鋼材料的選擇時，要選擇合適的材料，其中對于一些不合格的材料應當摒棄，比如雜志含量過多的鋼材料，這種材料在焊接過程中會發生應力，極易導致開裂的產生。層狀撕裂裂紋對于鋼結構連接處的危害較大，在外界應力的作用下，可能會導致焊縫脫落結構斷裂，所以一定要嚴格控制焊接施工質量，消除此類裂紋質量問題。

2 海洋工程鋼結構焊接橫向裂紋的控制措施

結合上文中提到的海洋工程鋼結構焊接施工中的橫向裂紋特性及其產生原因，我們要結合其產生原因從源頭上采取有效的控制措施來避免焊接裂紋的產生，這樣可以消除焊接質量問題，提升鋼結構焊接施工質量，下文具體介紹了這三種橫向裂紋的控制措施：

（1）熱裂紋的控制措施。一般我們要求鋼結構中有害元素的含量要控制在規定的范圍內，由于有害硫和磷元素會導致鋼結構焊接熱裂紋，所以要嚴格控制鋼結構原材料質量，控制雜質的含量。在焊接施工時，為了避免局部位置溫度過高造成質量缺陷，要避免受熱不均，提高預熱溫度，有效控制熱裂紋的產生[2]。

（2）冷裂紋的控制措施。由于冷裂紋的危害性較大，在鋼結構后期的使用過程中出現裂紋，影響結構安全性。所以一定要采取有效措施控制冷裂紋的產生。在選用焊接材料時，要選用含氫元素低的材料，并且要完善焊接的操作工藝，控制好溫度變化對于焊接作業質量的影響。

（3）層狀撕裂的控制措施。在選用鋼材料時，不僅需要選用抗冷裂性能好的鋼材，而且鋼材還應當具有抗層狀撕裂性能。在焊接過程中，需要注意的是，對焊接的接頭的合理性設計，并注重焊接過程中的預熱環節，以此防止不必要的應力現象。

3 常規裂紋產生解決方案

2018年東部某井口平臺上層甲板部分梁損壞，需要進行結構修復，修復方案采用切除現有損壞梁，對現有梁進行打磨，安裝替換的新梁方案，新梁預制完畢后需要運輸到海上焊接安裝，由于是現場施工，在現場檢驗沒有焊接缺陷，在2019年檢查發現部分位置產生裂紋，經過分析確認為焊接質量缺陷[3]。由于裂紋影響鋼構壽命，因此對結構焊縫進行切割打磨補焊解決問題。

4 結束語

綜上所述，在海洋工程鋼結構項目施工過程中，鋼結構焊接工作是常見的連接方式，鋼結構的焊接施工質量直接影響著整體的項目質量，所以針對焊接施工中經常出現的橫向裂紋質量問題，要深入分析產生原因，并采取有效的措施加以控制，消除焊接質量問題，替身鋼結構的連接穩定性，從而提升整體結構的質量，促進我國海洋工程鋼結構施工水平的提升，促進我國海洋建設事業的發展。