海洋工程《設(shè)計指南》第二冊 第七篇 加工設(shè)計 3章

1、1海洋石油工程海洋石油工程設(shè)計設(shè)計指南指南第二冊（審查稿）第七篇第七篇 海上石油工程加工海上石油工程加工設(shè)計設(shè)計第三章 焊接加工設(shè)計海洋石油工程海洋石油工程設(shè)計設(shè)計指南指南編編寫寫組組二二四年十一月四年十一月2第七篇 海上石油工程加工設(shè)計第三章第三章 結(jié)構(gòu)焊接設(shè)計結(jié)構(gòu)焊接設(shè)計第一節(jié)第一節(jié)緒論緒論石油、天然氣作為當(dāng)今世界的主要能源，既蘊(yùn)藏在陸地的地層深處，也蘊(yùn)藏在海底的地層深處。我國既是一個陸上大國,也是一個海洋大國，隨著我國陸上石油工業(yè)的發(fā)展，海洋石油工業(yè)也在迅速崛起。如今在我們遼闊富饒的國土上已經(jīng)呈現(xiàn)出陸海并進(jìn)的局面，共同承擔(dān)起為中國現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供寶貴能源的責(zé)任。據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計，海洋中石油

2、和天然氣的資源量，約占世界石油、天然氣總儲量的30%以上，因而近幾十年來美、英、日、法、德和俄羅斯等國家在海洋石油開發(fā)方面做了大量工作，海洋石油的開發(fā)已成為當(dāng)前世界各國極為重視的一件大事。海洋工程包含的內(nèi)容極其廣泛，海上油、氣開發(fā)，包括勘探、開發(fā)和集輸系統(tǒng)等是當(dāng)今海洋工程的主要內(nèi)容之一，而人們設(shè)計和建造的海洋結(jié)構(gòu)物，如勘探鉆井用平臺（船） 、生產(chǎn)采油用平臺、海上儲油輪及海底管線等，與陸地鋼結(jié)構(gòu)相比，這些海洋結(jié)構(gòu)物除因變換作業(yè)地點而在海上轉(zhuǎn)移外，常年均在固定的海域作業(yè)，被含鹽的大氣包圍，要經(jīng)受風(fēng)暴、波浪、潮流和流冰等的侵蝕，處在非常嚴(yán)酷的腐蝕環(huán)境中。此外，石油、天然氣的易燃易爆的特性對結(jié)構(gòu)有一定

3、的威脅和危險。由于海洋資源開發(fā)的高風(fēng)險性，所以海洋工程結(jié)構(gòu)在設(shè)計、制造過程中必須嚴(yán)格按照相應(yīng)的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)要求執(zhí)行。海洋石油、天然氣的開發(fā)加大了對海洋工程的需求量。近幾年來，我國海洋石油開發(fā)力度不斷加大，工程開發(fā)建設(shè)量遞增。今后幾年，我公司將面臨著前所未有的艱巨的生產(chǎn)建設(shè)任務(wù)，要保質(zhì)保量的完成這些生產(chǎn)任務(wù)，一項很重要的舉措就是加強(qiáng)工藝革新，提高整體生產(chǎn)效率，其中焊接技術(shù)水平是很重要的一個環(huán)節(jié)。海洋工程焊接結(jié)構(gòu)是一種大型、復(fù)雜、特殊的工程結(jié)構(gòu)。它的工作環(huán)境和結(jié)構(gòu)形式都與一般普通船舶和陸上結(jié)構(gòu)有很大區(qū)別。海洋工程焊接結(jié)構(gòu)分為動態(tài)定位式和固定式兩大類，涉及到大量的鋼材加工，在海洋工程結(jié)構(gòu)的建造過程中，

4、焊接貫穿在各個環(huán)節(jié)中，焊接工作量占有相當(dāng)大的比例。為縮短建造周期，降低建造成本，必須提高焊接的技術(shù)水平，推廣自動化和半自動化焊接技術(shù)，一方面可以提高公司的整體生產(chǎn)效率，另一方面可以降低工人的勞動強(qiáng)度。1. 焊接設(shè)計的任務(wù)和內(nèi)容海洋石油開發(fā)工程設(shè)施的鋼結(jié)構(gòu)、工藝管線、海底管線、壓力容器的焊接加工設(shè)計的任務(wù)是根據(jù)顧客提供的詳細(xì)設(shè)計的材料規(guī)格書、焊接技術(shù)規(guī)格書和設(shè)計圖紙等的技術(shù)要求，綜合考慮焊接成本、施工條件、焊接的難易及焊接變形等因素，按照現(xiàn)有制造施工單位具備完成施工要求所需的技術(shù)、人員和設(shè)備條件，制訂切實可行的焊接施工文件。其焊接加工設(shè)計包括以下內(nèi)容，其設(shè)計流程圖如圖 7-3-1 所示:3對導(dǎo)管

5、架結(jié)構(gòu)、上部設(shè)施結(jié)構(gòu)、配管、海底管道壓力容器的節(jié)點組對詳圖、焊接要求進(jìn)行確認(rèn)。并依據(jù)收集的資料、規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)對不合理和不適當(dāng)?shù)牟糠?，向項目組提出，并應(yīng)得到顧客及第三方監(jiān)檢機(jī)構(gòu)的批準(zhǔn)。根據(jù)相關(guān)專業(yè)提供的圖紙等文件計算焊接材料用量，編制焊接材料訂貨計劃。根據(jù)相關(guān)專業(yè)提供的基礎(chǔ)資料、圖紙、技術(shù)規(guī)格書等文件，依據(jù)有關(guān)的規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)確定是否需要進(jìn)行焊接工藝評定試驗，并確定焊接工藝評定試驗數(shù)量及試驗項目。編制焊接工藝評定試驗用鋼材訂貨計劃和試驗用焊材訂貨計劃。制訂焊接工藝評定試驗計劃、執(zhí)行部門及試驗項目等文件提交設(shè)計項目組，轉(zhuǎn)交顧客及第三方監(jiān)檢機(jī)構(gòu)，得到批準(zhǔn)后，發(fā)往有關(guān)部門進(jìn)行試驗。焊接工藝評定試驗合格經(jīng)顧客

6、及第三方監(jiān)檢機(jī)構(gòu)確認(rèn)后，方可進(jìn)行相應(yīng)焊接工藝規(guī)程的編制。根據(jù)相關(guān)專業(yè)提供的基礎(chǔ)資料、圖紙、技術(shù)規(guī)格書等文件及有關(guān)的規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)編制焊接工藝規(guī)程及其他需提交給顧客的焊接程序文件，如焊接材料控制程序、焊后熱處理程序，變形熱調(diào)直程序等。按計劃提交給工程項目組，由工程項目組轉(zhuǎn)交顧客，得到顧客及第三方監(jiān)檢機(jī)構(gòu)的批準(zhǔn)后， 按照文件發(fā)放規(guī)定發(fā)往有關(guān)部門遵照執(zhí)行。對有特殊要求的焊接結(jié)構(gòu)，需另行編制焊接工藝規(guī)程或焊接方案。所有焊接專業(yè)發(fā)出的文件，均需由本專業(yè)技術(shù)人員校核。顧客的技術(shù)規(guī)格書明確要求必須提供報批的焊接工藝規(guī)程，即 WPS；焊接工藝評定報告，即 PQR；焊接材料控制程序；焊后熱處理程序等。這些程序通常用

7、英文編制，其他的焊接施工文件如果技術(shù)規(guī)格書和圖紙等規(guī)定必需提交給顧客時，可另行編制。另外，焊接施工過程中如需要，需制訂相應(yīng)的指導(dǎo)性焊接技術(shù)文件，如熱處理施工方案、焊接缺陷（如裂紋）返修程序、焊接變形控制程序等。對于壓力容器的焊接加工設(shè)計，依據(jù) ASME 美國鍋爐及壓力容器規(guī)范或 GB150 鋼制壓力容器 標(biāo)準(zhǔn)要求及制造單位的壓力容器質(zhì)量保證體系和質(zhì)量保證手冊的規(guī)定，制訂相應(yīng)的焊接技術(shù)文件。在工程開工之前，承包商應(yīng)匯集全部經(jīng)顧客批準(zhǔn)的焊接工藝文件以及被采用的每一過程的工藝評定，這些文件應(yīng)該作為永久記錄提交給顧客并存檔。4圖 7-3-1 焊接設(shè)計流程圖2. .海洋工程結(jié)構(gòu)特點海洋工程平臺的分類按照

8、用途一般分為鉆井、生產(chǎn)采油、儲存、處理、居住、或其中幾項的一些組合，其結(jié)構(gòu)除一部分具有一般船舶的結(jié)構(gòu)形式外，主要結(jié)構(gòu)特點為由各種弦桿和斜桿等組成的鋼管桁架結(jié)構(gòu)，如勘探用的可移動自升式鉆井平臺、半潛式鉆井平臺、浮船式鉆井平臺、導(dǎo)管架式生產(chǎn)采油平臺。平臺的上部為生活模塊結(jié)構(gòu)，通常就是指集鉆井、采油氣、生活、動力供應(yīng)于一體的海上綜5合生產(chǎn)平臺。模塊上除生活辦公設(shè)施外，并配有空調(diào)通風(fēng)、生活用水、電力供應(yīng)、通訊氣象、火/氣探測及報警等系統(tǒng)。1） 自升式鉆井平臺結(jié)構(gòu)自升式鉆井平臺具有三個以上的可上下移動的樁腿，通過升降機(jī)構(gòu)將平臺結(jié)構(gòu)上升到海面以上一定高度進(jìn)行作業(yè)。大多數(shù)自升式鉆井平臺為三樁腿式三角形平臺型

9、式，其關(guān)鍵結(jié)構(gòu)的樁腿起支撐平臺的作用，為減少波浪對樁腿的沖擊，多采用桁架結(jié)構(gòu)。也有筒式樁腿，其管壁厚度較大，樁腿很高，其重量占整個平臺的一半。2） 半潛式鉆井平臺半潛式鉆井平臺適用于水深 500m 以內(nèi)的近海海域。這種平臺大都采用三根樁腿的三角形平臺。樁腿是平臺的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)，分圓柱型和桁架型兩種。3） 導(dǎo)管架式平臺導(dǎo)管架式平臺是海上石油開采用典型裝置，導(dǎo)管架是用鋼管相貫焊接而成的空間構(gòu)架，它們是打樁時樁的導(dǎo)向架和側(cè)向樁的支撐，樁將平臺永久地固定在海床上，并同時承受水平力和垂直力。上部結(jié)構(gòu)由承受操作載荷和其他載荷的珩架和甲板間的空間組成。其特點是大型管節(jié)點結(jié)構(gòu)多，焊接工作量大，焊接質(zhì)量及焊接變形都

10、要嚴(yán)格控制。管相交的節(jié)點(T、K、Y 節(jié)點)是導(dǎo)管架應(yīng)力集中的明顯區(qū)。典型管節(jié)點接頭形式如圖 7-3-2 所示。該部位最容易產(chǎn)生疲勞破壞，因此對該疲勞節(jié)點通常要打磨焊縫外形及切割邊緣以及接頭全焊透等措施以有效地改善焊縫疲勞性能，典型全熔透 T、K、Y 節(jié)點接頭形式對厚截面或有疲勞要求時的對焊縫外觀的要求如圖 7-3-3 所示。6圖 7-3-2 典型管節(jié)點接頭形式主管與支管的連接呈T、K、Y或復(fù)合形相貫節(jié)點形式時，支管端為馬鞍形曲線。按國外標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，把此類圓管相貫形接頭分為四個區(qū)，即趾部、兩側(cè)部、根部區(qū)（見圖7-3-2） 。方管相貫形接頭除了上述四個區(qū)以外，還增加四個角部區(qū)。相貫形節(jié)點的焊縫可以

11、分為全焊透、部分焊透和角焊縫三類，依據(jù)設(shè)計計算承載要求選擇確定。要求全焊透時，支管馬鞍形端部（圓管時）的邊緣管壁處必須切割出一定的坡口面角度以與弦桿表面之間形成適于焊透的坡口角度，所須切割的坡口面角度值隨支管與主管斜交角度不同以及接頭各區(qū)支管母線與主管交點切線的斜面交角（一般稱為二面角）角度不同而異，坡口面角度值還與各區(qū)位置以及支管與主管的管徑比有關(guān)。支管端坡口面角度的切割要求用數(shù)控多軸自動馬鞍形曲線管子切割機(jī)，在切割管端馬鞍形曲線的同時一次完成。而只切割馬鞍形曲線不能同時切出坡口面的設(shè)備或利用計算機(jī)繪制展開圖形于支管管端作仿形切割的方法均不能完成支管端面7坡口角度的切割，使接頭（除跟部區(qū)外）

12、難于實現(xiàn)焊透要求（主管與支管斜交角小于60時的根部區(qū)除外） ，而只能進(jìn)行部分焊透的接頭連接。主管與支管斜交角小于30時，根部區(qū)更難于施焊，必須在夾角底部填焊至一定寬度后才可正常施焊，其焊縫有效厚度值必須用切取斷面試樣作酸蝕宏觀檢驗的方法進(jìn)行焊接工藝評定加以驗證。圖7-3-3所示為管材T、K、Y形節(jié)點完全焊透焊縫外形經(jīng)打磨成下凹形剖面形狀的細(xì)節(jié)要求。當(dāng)磨痕深度小于1mm，如承受AWS D1.1 規(guī)定的I級疲勞荷載時，tb的限制為小于25mm，如承受AWS D1.1 規(guī)定的II級疲勞荷載或不承受疲勞荷載則tb不限制。如焊縫經(jīng)充分打磨，且使磨痕垂直于焊縫軸線，則適用于AWS D1.1 規(guī)定的I級疲勞

13、荷載，且tb不限制。圖 7-3-3 全熔透 T、K、Y 節(jié)點接頭形式對厚截面或有疲勞要求時的焊縫外觀的要求3. 海洋工程結(jié)構(gòu)用鋼材1）. 海洋工程結(jié)構(gòu)用鋼材選擇原則鋼材的選擇是各種鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)品設(shè)計中極為重要的環(huán)節(jié)，正確、合理選材是保證海洋鋼結(jié)構(gòu)性能、壽命、使用安全和經(jīng)濟(jì)性的基礎(chǔ)。海洋工程在鋼材選擇上，必須滿足海洋工程對鋼材的特殊要求，并取得相應(yīng)船級社的認(rèn)可?，F(xiàn)就鋼材的選用原擇介紹如下：（1） 滿足服役條件要求海洋結(jié)構(gòu)常年在固定的海域作業(yè)，被含鹽的大氣包圍，要經(jīng)受風(fēng)暴、波浪、潮流和流冰等的侵蝕，處在非常嚴(yán)酷的腐蝕及外力作用環(huán)境中，因此對8關(guān)鍵部位的鋼材必須有特殊要求，具有各種特殊性能，尤其是 Z

14、向性能、塑性疲勞及低溫韌性如夏比沖擊功及 CTOD 試驗等。固定式采油平臺一般根據(jù) ASTM、API 、DnV 及 BS 等標(biāo)準(zhǔn)選用鋼材。（2） 滿足工藝性能要求鋼材工藝性能的好壞，對產(chǎn)品加工的難易程度、生產(chǎn)效率和生產(chǎn)成本等方面起著十分重要的作用。由于海洋結(jié)構(gòu)比較龐大，多為露天制造，工作環(huán)境比較惡劣。因此，要求鋼材必須具有良好的熱切割性能及良好的焊接性能。一般以焊縫處出現(xiàn)裂紋、脆性、氣孔或其他缺陷的傾向來衡量焊接性能的好壞。（3） 滿足經(jīng)濟(jì)的要求對設(shè)計選材來說，保證經(jīng)濟(jì)性的前提是準(zhǔn)確的計算，按照產(chǎn)品服役條件選用適合的材料，而不能單純追求高質(zhì)量選用更高級的材料或以優(yōu)代劣。此外，選材時應(yīng)盡量立足于

15、國內(nèi)條件，同時盡量減少材料的品種、規(guī)格等。2）. 海洋工程結(jié)構(gòu)用鋼材性能要求海洋工程結(jié)構(gòu)用鋼為保證良好的綜合性能，對鋼材的化學(xué)成分、強(qiáng)度、韌性等都有嚴(yán)格的規(guī)定。各國規(guī)范對鋼材的韌性作出特別規(guī)定。挪威船級社 (DnV) 規(guī)范對移動式鉆井平臺用鋼材韌性規(guī)定見圖 7-3-4；DnV 規(guī)范規(guī)定，結(jié)構(gòu)按照重要性分為特殊的、主要的、次要的三類，按照強(qiáng)度級別分為三類。對沖擊功的要求見圖 7-3-5 所示。圖 7-3-4 DnV 規(guī)定的移動鉆井平臺用鋼材厚度圖 7-3-5 DnV 對不同鋼材要求的沖擊功02030405001020304050B ADE265MPar265MPar265MPaDHEHAH高強(qiáng)鋼

16、(HS)厚度(mm)ED普通鋼(NS)20304050010200300400500縱向最小沖擊功(J)橫向材料最小屈服強(qiáng)度 MPa9對固定式導(dǎo)管架平臺結(jié)構(gòu)用鋼材，API SPEC-RP2A 規(guī)定, 推薦使用 ASTM 及 API 規(guī)范的鋼材，見表 7-3-1。表 7-3-1 API SPEC-RP2A 規(guī)定的固定式導(dǎo)管架平臺結(jié)構(gòu)用鋼標(biāo)準(zhǔn)鋼材類別項目級別說明Is280Mpa, Ceq0.40%的低碳鋼，焊接可采用 AWS D1.1 中推薦的任何一種焊接方法施焊II280MPas360Mpa, Ceq0.45%的中等強(qiáng)度鋼，焊接需采用低氫焊接方法施焊鋼材組別強(qiáng)度級別和焊接性III360MPas4

17、20Mpa, 需驗證焊接性和特殊的焊接方法；疲勞強(qiáng)度和韌性C沖擊試驗無特別要求B在預(yù)期的最低使用溫度下，沖擊功要求：I 類鋼最低值 20J; II 類鋼最低值 34J鋼材級別適應(yīng)工作條件下的缺口韌性A保證沖擊試驗在低于最低預(yù)期工作溫度 20-30進(jìn)行。對于大厚度管相交的 T、K、Y 管節(jié)點，在厚度方向上拘束度大，并承受局部應(yīng)力集中，容易在臨近焊縫的母材上產(chǎn)生層狀撕裂，因此該部位的鋼材需采用具有厚度方向斷面收縮率大、具有良好性能的Z 向鋼，我國船級社平臺規(guī)范規(guī)定了抗層狀撕裂的 Z 向鋼，見表 7-3-2。為防止層狀撕裂，除選用 Z 向鋼外，施焊時應(yīng)防止焊縫擴(kuò)散氫引起冷裂紋而誘發(fā)層狀撕裂，尤其在焊

18、接高拘束度接頭時，必需使用AWS D1.1 推薦的低氫或超低氫(H1,H2)的焊接材料施焊。表 7-3-2 我國船級社平臺規(guī)范規(guī)定的抗層狀撕裂 Z 向鋼板厚方向斷面收縮率 RA (%)Z 向鋼等級平均值(六個)最小單個值S 含量(%)Z1515100.01Z2525150.007Z3535250.005對超靜定導(dǎo)管架平臺水下部分的拉筋桿件的鋼材 API SPEC-RP2A 規(guī)定的沖擊試驗溫度，見表 7-3-3，沖擊試驗?zāi)芰恳螅簩?I 類鋼最低值 20J; II 類鋼最低值 34J；III 類鋼最低值 47J。表 7-3-3 API SPEC-RP2A 規(guī)定的水下桿件鋼材韌性D/t (徑-厚比

19、)試驗溫度試驗條件大于 30低于預(yù)計最低工作溫度 20平板20-30低于預(yù)計最低工作溫度 30平板小于 20低于預(yù)計最低工作溫度 10按制造對于暴露于低溫和可能遭受冰載及船舶撞擊的水上節(jié)點，或要求防止各種脆性斷裂的任何關(guān)鍵部位的連接，應(yīng)采用韌性較好的 A 級鋼。海洋平臺結(jié)構(gòu)母材及焊縫接頭對韌性要求見表 7-3-4。表 7-3-4 海洋平臺結(jié)構(gòu)母材及焊縫接頭對韌性要求10母材ABCD母材沖擊韌性 Akv (J)34/27(-40)55/47(-40)34/30(-40)36/30(T12mm,0)36/30(2525404063-20-40-40-20-30-402525404063-20-40

20、-40-30c(-10)焊接焊態(tài)節(jié)點單面雙面0.350.25焊縫金屬CTOD(mm)c(0)0.25mm適用板厚：4063mm焊后熱處理板接頭單面雙面0.300.20c0.35mm試驗溫度：濺水區(qū)、空氣：-10水中 0適用板厚：40T63mmc(-10) 0.35mm(焊態(tài))0.25mm(PWHT)適用板厚： 4063mm(焊后熱處理)線能量范圍1.05.0(kJ/mm)4.0(kJ/mm)4.5(kJ/mm)4.5(kJ/mm)焊縫接頭熱影響區(qū)CTOD規(guī)定線能量范圍外-規(guī)定線能量范圍外20 世紀(jì) 80 年代我國海洋石油開發(fā)剛剛起步，到 20 世紀(jì) 90 年初我國海洋石油開發(fā)進(jìn)入成熟期，期間海

21、洋平臺結(jié)構(gòu)用鋼材主要依賴于進(jìn)口，日本、美國、德國的中厚板、管材及型材等應(yīng)用于平臺主要結(jié)構(gòu)的制造。20 世紀(jì) 90 年代中期，隨著我國鋼鐵工業(yè)的發(fā)展，一些適合海洋平臺結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品相繼問世，如高強(qiáng)度的低屈強(qiáng)比鋼、極低裂紋敏感性、高韌性及焊接性良好的中厚板材、型材完全能夠滿足海洋平臺結(jié)構(gòu)的性能要求，完全替代進(jìn)口，實現(xiàn)了鋼材的國產(chǎn)化。如寶鋼、舞鋼、馬鋼、武鋼等企業(yè)的鋼材產(chǎn)品現(xiàn)已廣泛的應(yīng)用于海洋平臺結(jié)構(gòu)制造。國內(nèi)、國外鋼材產(chǎn)品對照如表 7-3-5、表 7-3-6 所示：11表 7-3-5 國內(nèi)、外海洋平臺結(jié)構(gòu)用鋼對照表序鋼材執(zhí)行機(jī)械性能要求低溫沖擊韌性要求等同鋼材機(jī)械性能要求低溫沖擊韌性要求其他號級別標(biāo)準(zhǔn)

22、屈服拉伸強(qiáng)溫度最小沖擊韌性值(J)國內(nèi)級別屈服強(qiáng)拉伸強(qiáng)溫度沖擊韌性值特殊要求強(qiáng)度(Mpa)度(Mpa)( )平均值單個值標(biāo)準(zhǔn)度(Mpa)度(Mpa)( )平均值(J)單個值(J)1API 2HGr.50API SPEC 2H345(t65mm)324(t65mm)483-620-404134GB/T1591-94Q345E345(t16mm)325(t16-35mm)295(t35-50mm)275(t50-100mm)470-630-4027212API 2HGr.42API SPEC 2H289(t65mm)289 (t65mm)427-565-403427GB/T1591-94Q345E

23、295(t16mm)275(t16-35mm)255(t35-50mm)235(t50-100mm)390-570-4027213A633Gr.EASTM415(t65mm)415(t65-100mm)380(t100-150mm)515-690-403427GB/T1591-94Q420E420(t16mm)400(t16-35mm)380(t35-50mm)360(t50-100mm)520-680-402721.t19mm,可能有厚度方向性能要求，斷面收縮率不小于 35%.最大含硫量0.006%；.t50mm,可能有焊接熱影響區(qū)裂紋尖端張開位移(CTOD)試驗要求.4A633Gr.CAS

24、TM345(t65mm)315(t65-100mm)450-62003427GB/T1591-94Q345C345(t16mm)325(t16-35mm)295(t35-50mm)275(t50-100mm)470-630034275A633Gr.AASTM290(t65mm)290(t65-100mm)430-570/GB/T1591-94Q295A295(t16mm)275(t16-35mm)255(t35-50mm)235(t50-100mm)390-570/6A131 Gr.AASTM235400-490203427GB 712-2000A235(t50mm)400-490202720

25、127A131 Gr.BASTM235400-49003427GB 712-2000B235(t50mm)400-490027208A131 Gr.DASTM235400-490-203427GB 712-2000D235(t50mm)400-490-1027209A131 Gr.EASTM235400-490-403427GB 712-2000E235(t50mm)400-490-40272010A131 Gr.DH32ASTM315470-585-203427GB 712-2000D32315(t50mm)440-590-20221611A131 Gr.EH32ASTM315490-610

26、-403427GB 712-2000E32315(t50mm)440-590-40221612A131Gr.DH36ASTM360490-620-203427GB 712-2000D36355(t50mm)490-620-20241813A131Gr.EH36ASTM360490-620-403427GB 712-2000E36355(t50mm)490-620-402418.t19mm,可能有厚度方向性能要求，斷面收縮率不小于 35%.最大含硫量0.006%；t50mm,可能有焊接熱影響區(qū)裂紋尖端張開位移(CTOD)試驗要求.14ASTMA36ASTM250400-550/GB 700-88

27、Q235B235(t16mm)225(t16-40mm)215(t40-60mm)205(t60-100mm)375-5002027(縱向)2015API 5L Gr.X52API 5L358455-403427GB/8162-1999Q345325(t22mm)315(t22-30mm)305(t30mm)490-403427低溫沖擊為附加要求16API 5L Gr.BAPI 5L241413-403427GB/8162-199920245(t22mm)235(t22-30mm)225(t30mm)390/低溫沖擊為附加要求13表 7-3-6 國外海洋平臺結(jié)構(gòu)用型鋼性能、公差要求機(jī)械性能要求

28、低溫沖擊韌性要求碳當(dāng)量要求寬度(B)公差(mm)高度(H)公差(mm)厚度 t1,t2公差(mm)翼緣斜度 T彎曲度屈服拉伸強(qiáng)溫度()Akv(J)壁厚(t) mm腹板厚度(t1)翼板厚度(t2)高度范圍高度范圍中心偏差S(1-b2)/2腹板彎曲度 W序號鋼材級別強(qiáng)度(Mpa)度(Mpa)延伸率(%)標(biāo)準(zhǔn)要求附加要求標(biāo)準(zhǔn)要求附加要求5050 且100100100且200200400400且6006001616且2525且40401616且2525且3003003300H300B200H300B200H400H400且16-40)215(t40)400-51021(t5)17(t5-16)21(t

29、16-50)/2.02.53.023.04.00.71.01.5211.51.722.53.52.532JIS G 3103-1995SS490285(t16)275(t16-40)255(t40)490-61019(t5)15(t5-16)19(t16-50)0-20或-4047470.380.42.02.53.023.04.00.71.01.5211.51.722.53.52.533JIS G 3103-1995SS540400(t16)390(t16-40)54016(t5)13(t5-16)17(t16-50)0-20或-4147470.40.422.02.53.023.04.00.7

30、1.01.5211.51.721.0%B且最小1.5mm1.2%B且最小1.5mm0.15%長度0.1%長度2.53.522.534JIS G 3106-1999SM400A/22.535 SM400B23(t5)18(t5-16)22(t16-50)24(t50)02747/6 SM400C245(t16)235(t16-40)215(t40-75)400-5100-20或-404747/2.02.53.023.04.00.71.01.5211.51.721.0%B且最小1.5mm1.2%B且最小1.5mm0.15%長度0.1%長度2.53.57JIS G 3106-1999SM490A/2

31、2.538 SM490B22(t5)17(t5-16)21(t16-50)027479 SM490C325(t16)315(t16-40)295(t40-75)490-61023(t50)0-20或-4047470.380.42.02.53.023.04.00.71.01.5211.51.721.0%B且最小1.5mm1.2%B且最小1.5mm0.15%長度0.1%長度2.53.51410JIS G 3106-1999SM490YA/4722.5311JIS G 3106-1999SM490YB365(t16)355(t16-40)335(t40-75)490-61019(t5)15(t5-1

32、6)19(t16-50)21(t50)0-20或-4027470.380.42.02.53.023.04.00.71.01.5211.51.721.0%B且最小1.5mm1.2%B且最小1.5mm0.15%長度0.1%長度2.53.512JIS G 3106-1999SM520B0-20或-40274722.5313JIS G 3106-1999SM520C365(t16)355(t16-40)335(t40-75)520-64019(t5)15(t5-16)19(t16-50)21(t50)0-20或-4047470.40.422.02.53.023.04.00.71.01.5211.51.

33、721.0%B且最小1.5mm1.2%B且最小1.5mm0.15%長度0.1%長度2.53.5153. 海洋工程結(jié)構(gòu)物用鋼材焊接特點海洋工程結(jié)構(gòu)物由于服役條件比較惡劣，結(jié)構(gòu)設(shè)計不同于普通鋼結(jié)構(gòu)，對焊縫綜合機(jī)械性能要求比較高，因此，要求母材必需有良好的可焊性。海洋工程結(jié)構(gòu)用鋼通常有用于次要結(jié)構(gòu)的低碳鋼；主要結(jié)構(gòu)的熱軋和正火高強(qiáng)度鋼及重要構(gòu)件的低碳調(diào)質(zhì)高強(qiáng)度鋼及油水處理系統(tǒng)的工藝管線用的低碳鋼、不銹鋼、雙相不銹鋼、銅-鎳合金管材等，這幾種鋼的焊接特點如下：（1） 低碳鋼的焊接低碳鋼的含碳量0.25%，可焊性良好。其焊縫金屬中的含碳量一般均低于母材，焊縫金屬依靠提高硅、錳的含量和弧焊所具有的較高的冷

34、卻速度而達(dá)到與母材等強(qiáng)。但冷卻速度過快會使接頭塑性及韌性下降。因此在寒冷的冬季施工，焊接厚板、大拘束度結(jié)構(gòu)時需要焊前預(yù)熱及焊后保溫緩冷。AWS D1.1 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，環(huán)境溫度低于-20時禁止施焊。當(dāng)母材的含碳量接近上限時，焊縫的抗熱裂性能下降，如焊接不當(dāng)，有產(chǎn)生熱裂紋的傾向，因此采用堿性低氫型焊材有利于避免產(chǎn)生熱裂紋。為避免焊縫接頭過熱，焊接時應(yīng)避免熱輸入過大。（2） 熱軋和正火高強(qiáng)度鋼的焊接屈服強(qiáng)度在 294-345Mpa 的熱軋鋼屬于 C-Mn 和 Mn-Si 系的鋼種，同時添加 V、Nb 微量元素，起細(xì)化晶粒及沉淀強(qiáng)化的作用。這類鋼有較好的塑性和韌性，碳當(dāng)量低，可焊性較好，熱影響區(qū)的淬硬傾

35、向比低碳鋼大，一般不需采取特殊的焊接工藝措施。在厚板、接頭拘束度大及低溫環(huán)境下焊接時，為防止冷裂紋的產(chǎn)生，必須嚴(yán)格控制熱輸入、焊前預(yù)熱及焊后熱處理等工藝措施。這類鋼材是海洋工程主結(jié)構(gòu)主要用料。屈服強(qiáng)度在 345-490Mpa 的正火鋼，是在固溶強(qiáng)化的基礎(chǔ)上，通過細(xì)化晶粒及沉淀強(qiáng)化來進(jìn)一步提高強(qiáng)度及保證韌性的一類低合金高強(qiáng)度鋼。此類鋼隨碳當(dāng)量的增加，淬硬傾向加大，因此，碳當(dāng)量控制在 0.43%以下，以防止焊縫熱影響區(qū)出現(xiàn)硬脆馬氏體組織而導(dǎo)致熱影響區(qū)塑、韌性的降低；抗應(yīng)力、腐蝕性能惡化；增大冷裂紋傾向。因此，在制定這類鋼的焊接工藝時要特別注意“軟組織或臨界硬度”的控制。要根據(jù)結(jié)構(gòu)形式和母材厚度，確

36、定熱輸入和預(yù)熱溫度，以控制熱影響區(qū)的冷卻速度。焊接預(yù)熱有利于改善母材的焊接性，防止焊縫與熱影響區(qū)產(chǎn)生裂紋，減小焊接變形，提高焊縫金屬與熱影響區(qū)的塑性及沖擊韌性。AWS D1.1 標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)所采用的焊接方法和所焊鋼材的強(qiáng)度、厚度，推薦了這類鋼的最低預(yù)熱溫度與層間溫度。目前，我國的鋼鐵冶煉技術(shù)達(dá)到了較高的水平，同時，隨著工業(yè)的不斷發(fā)展，對鋼材的綜合性能要求越來越高，促進(jìn)了鋼鐵行業(yè)的發(fā)展。海洋鋼結(jié)構(gòu)用鋼由于要求比較高，其綜合機(jī)械性能必須滿足相關(guān)國際規(guī)范規(guī)定的技術(shù)要求，如碳當(dāng)量、低溫韌性、斷面收縮率等。對海洋鋼結(jié)構(gòu)的管節(jié)點處等特殊部位鋼材還要求為具有“Z”向性能，衡量鋼材抗層狀撕裂性能（“Z”向性能）的

37、指標(biāo)一是鋼材的Z向塑性，二是鋼材的夾雜物含量。通常要求Z-35鋼。對于這種抗層狀撕裂鋼，要求鋼材的厚度方向的斷面收縮率最低35%（Z-35） 。這種鋼材在冶煉時需特殊的工藝，特別是控制“S”的含量，要求硫的含量小于0.006%，同時采取控制軋制及正火處理。焊接具有抗層狀撕裂鋼時必需采用合適的焊接工藝，減少焊道數(shù)，采用對稱的焊接順序。合適的線能量、預(yù)熱溫度，以及采用低氫型焊接材料一方面減少了冷裂傾向，同時也減少了由于冷裂紋誘發(fā)的熱影響區(qū)層狀撕裂及熱影響區(qū)脆化傾向，也增加了金屬本身的抗層狀撕裂傾向。在上個世紀(jì)九十年代之前，海洋鋼結(jié)構(gòu)的主結(jié)構(gòu)用管材、板材及型材，包括工藝管線用管材及管件均需要進(jìn)口，如

38、美國、日本、德國及韓國等。從上個世紀(jì)九十年代初期開始，隨著國內(nèi)鋼鐵冶煉技術(shù)的不斷發(fā)展，已經(jīng)有多家鋼鐵公司具備了生產(chǎn)海洋鋼結(jié)構(gòu)用鋼的條件，進(jìn)口鋼材逐漸被國產(chǎn)鋼材所替代。現(xiàn)在的海洋工程鋼結(jié)構(gòu)用鋼已全部國產(chǎn)化，無論從質(zhì)量、性能，特16別是可焊性方面都達(dá)到了海洋鋼結(jié)構(gòu)用鋼的要求，并且制定了相關(guān)的國家標(biāo)準(zhǔn)。目前海洋鋼結(jié)構(gòu)用鋼普遍采用 GB 712-2000船體用結(jié)構(gòu)鋼標(biāo)準(zhǔn)，主要是中、厚板材，最厚板材厚度達(dá)到100mm，低溫沖擊溫度達(dá)到-60，在焊接性方面已達(dá)到國外同等水平，是目前我國海洋鋼結(jié)構(gòu)主要的使用鋼材。（3） 低碳調(diào)質(zhì)高強(qiáng)度鋼的焊接低碳調(diào)質(zhì)高強(qiáng)度鋼的強(qiáng)度一般在 441-980Mpa，在控制含碳量

39、0.22%以下時，能保證良好的綜合性能和焊接性，不僅具有高強(qiáng)度和高塑、韌性。而且有良好的可焊性。這類鋼熔化焊的基本原則有： 從奧氏體化的熱影響區(qū)冷卻下來的速度達(dá)到一定程度，以便獲得低碳馬氏體或下貝氏體組織。為避免產(chǎn)生冷裂紋，必須嚴(yán)格保持低氫條件。這類鋼的熱影響區(qū)的高強(qiáng)度和高塑、韌性是靠低碳馬氏體或下貝氏體提供的。如熱影響區(qū)的冷卻速度過低，則奧氏體將轉(zhuǎn)變成粗大的貝氏體，其強(qiáng)度及韌性下降。所以在擬定此類鋼的焊接工藝時必須協(xié)調(diào)好焊件厚度、預(yù)熱溫度和線能量等參數(shù)之間的關(guān)系，以便在避免產(chǎn)生冷裂紋的同時，保證熱影響區(qū)有合適的冷卻速度，從而獲得所要求的機(jī)械性能。焊接低碳調(diào)質(zhì)鋼時，盡管熱影響區(qū)最高硬度不太高并

40、有高的韌性，但氫仍是促成冷裂紋的重要因素，在整個工藝過程中要嚴(yán)格保持低氫條件。焊接材料中的氫和水分，坡口表面的潮濕、油跡等都嚴(yán)重影響焊接質(zhì)量。此外，焊接工藝及參數(shù)的選擇，應(yīng)力求有利于使焊縫金屬中的擴(kuò)散氫含量最低。在保持冷卻速度不低于臨界值的條件下，除適當(dāng)選用預(yù)熱溫度和焊接線能量外，還需適當(dāng)控制層間溫度。必要時采用后熱以加速氫的擴(kuò)散逸出。（4） 不銹鋼的焊接1) 不銹鋼的種類不銹鋼是通俗稱呼，按用途來講能抗大氣腐蝕就叫不銹鋼；能抵抗化學(xué)介質(zhì)酸腐蝕的稱為不銹耐酸鋼；能耐高溫的稱為抗氧化熱強(qiáng)鋼。按組織狀態(tài)分為馬氏體、鐵素體、奧氏體、奧氏體鐵素體及沉淀硬化型不銹鋼。不銹鋼中最重要的元素是鉻，按性能需要

41、還添加一些其它合金元素如Ni、Mo、Ti、Nb等。氧化鉻的致密薄膜對鋼起保護(hù)作用，防止內(nèi)部繼續(xù)腐蝕。按照電位腐蝕理論，鉻的抗腐性能隨含量為13%、17%、25%而跳躍上升，所以不銹鋼的含鉻量都圍繞這種含量。碳能與鉻化合使鉻失去抗腐能力，特別是在晶間易產(chǎn)生晶間腐蝕，所以不銹鋼幾乎都是低碳、超低碳的。加入Ti或Nb就是使之優(yōu)先與碳化合，保證鉻的有效含量，加入的Ti量約為5倍碳含量，Nb為8倍碳含量，這樣，在敏化溫度（450-850）加熱，不會有碳化鉻析出。其它元素的作用分別化成鉻當(dāng)量和鎳當(dāng)量，不銹鋼通常要在熱處理后使用；馬氏體不銹鋼在淬火加回火狀態(tài)下使用；鐵素體不銹鋼在退火狀態(tài)使用；超低碳不銹鋼可

42、不經(jīng)固溶處理使用。固溶處理是把奧氏體不銹鋼加熱到1050-1080，鐵素體不銹鋼加熱到1050，按工件截面大小保溫2-4h，使鉻的碳化物重新擴(kuò)散溶入固溶體中，然后把鋼放入水或油中迅速冷卻，使碳化鉻來不及析出而獲得抗晶間腐蝕能力。含Ti或Nb的奧氏體不銹鋼在800以下使用時，一般要經(jīng)過穩(wěn)定化處理，即在固溶化處理后，再加熱到850-900保溫2-4h，使Ti或Nb與碳化合，從而保護(hù)鉻，起抗腐蝕作用。2) 不銹鋼的焊接特點不同類型的不銹鋼，焊接性能是不一樣的。鉻鎳奧氏體型不銹鋼的焊接性，一般說是比較好的，它雖然是高合金鋼，但不要求預(yù)熱，然而焊接材料選擇不當(dāng)，焊接工藝不合理或沒嚴(yán)格遵守焊接工藝，都是會

43、出現(xiàn)問題。主要問題是降低焊接接頭的抗晶間腐蝕能力和焊縫出現(xiàn)熱裂紋。另外還可能有下面所說的475脆性和!相脆性問題。17焊接鐵素體型不銹鋼時有產(chǎn)生脆化和冷裂紋的傾向。過熱區(qū)晶粒粗大難以熱處理細(xì)化，常溫沖擊韌性低。鉻含量越高，高溫停留時間越長，脆性傾向越嚴(yán)重。當(dāng)焊縫或熱影響區(qū)在400-600或650-850溫度范圍停留時間過長，還可能出現(xiàn)所謂475脆性或相脆性。前者有人認(rèn)為與鉻的氧化有關(guān)，近來研究發(fā)現(xiàn)是由于鉻鐵素體的有序化造成的，后者則是鐵素體轉(zhuǎn)變成脆性的相引起的。馬氏體型不銹鋼具有強(qiáng)烈的淬硬和冷裂傾向，含碳越高越敏感，因此要控制預(yù)熱溫度和層間溫度在馬氏體始變溫度（450）和終變溫度（約200）之

44、間，并控制冷卻速度。焊后還要回火（約730-790） 。為防止晶粒粗化，回火不能從預(yù)熱或?qū)娱g溫度直接加熱處理，而應(yīng)冷卻到150-120，保溫2h，奧氏體變成馬氏體，然后再及時加熱回火處理，以獲得具有足夠韌性的細(xì)晶粒組織。沉淀硬化型不銹鋼由于經(jīng)歷了3個步驟的熱處理，即固溶處理、以固溶處理溫度淬火和時效處理，焊接熱循環(huán)使近縫區(qū)再受到熱處理，出現(xiàn)了熔化區(qū)、固溶區(qū)和過時效區(qū)。固溶區(qū)一方面軟化，另一方面晶粒粗大，要作焊后時效處理后才能使之硬化。但時效區(qū)則不能因此而硬化，必須再次固溶處理、淬火和時效處理才行。此外，焊接沉淀硬化合金還有熱影響區(qū)裂紋問題。這種裂紋通常是位于近熔合線的微裂紋，與焊縫的熱裂紋相似

45、，可以通過控制母材成分來防止，如控制產(chǎn)生低熔共晶的成分。 奧氏體不銹鋼焊接奧氏體不銹鋼具有良好的焊接性能，但必須正確選用焊接材料和焊接工藝，才能防止焊接接頭出現(xiàn)熱裂紋和晶間腐蝕。熱裂紋焊接奧氏體不銹鋼時，主要是其枝晶方向性強(qiáng)，線膨脹系數(shù)大，焊縫冷卻時收縮應(yīng)力大，容易出現(xiàn)熱裂紋，并且變形傾向大。生產(chǎn)上采用焊縫金屬為奧氏體-鐵素體雙相組織的焊條焊接奧氏體不銹鋼；采用低氫焊條促使焊縫金屬晶粒細(xì)化，減少焊縫中的有害雜質(zhì)，提高焊縫的抗裂性；采取盡量快的焊速，等待焊層冷卻后再焊下一道，以減小焊縫過熱；焊接結(jié)束或中斷，收弧要慢，填滿弧坑，防止弧坑裂紋；選用較小的焊接電流。晶間腐蝕奧氏體不銹鋼在450-850

46、停留時，奧氏體晶粒內(nèi)的碳會以Cr23C6.形式沿奧氏體晶界析出，使晶界的晶粒表層貧Cr。當(dāng)在腐蝕性介質(zhì)中，晶間貧Cr 層就會遭到腐蝕破壞。在焊接過程中，母材和焊縫金屬的局部區(qū)域在此危險溫度區(qū)間內(nèi)停留時，會給焊接接頭造成晶間腐蝕。有時焊后進(jìn)行熱處理也會造成晶間腐蝕。生產(chǎn)中為避免晶間腐蝕，采用盡可能快的焊接速度；焊條不橫向擺動；多焊道時，等前一道焊縫冷卻到60左右時再焊下一道；與腐蝕介質(zhì)接觸的焊縫最后焊接；盡量減少焊接接頭在危險溫度范圍內(nèi)的停留時間。 鐵素體型不銹鋼的焊接 熱影響區(qū)晶粒急劇長大，475和相析出而會引起接頭脆化。 在溫度高于1000的熔合線附近快速冷卻時，會產(chǎn)生晶間腐蝕。但經(jīng)650-

47、850加熱，隨后緩冷，則可消除。 焊前可預(yù)熱防止裂紋產(chǎn)生。焊接時，采用小電流、快速、焊條不擺動焊法。 多層焊時，要控制層間溫度，待前條焊道冷卻到預(yù)熱溫度后，再焊下一焊道。 雙相和超雙相不銹鋼的焊接雙相和超雙相不銹鋼以其優(yōu)良的性能，具有良好的耐應(yīng)力腐蝕性、抗點蝕、抗縫隙腐蝕及晶間腐蝕能力，而越來越受到重視。雙相和超雙相不銹鋼管、板、通用聯(lián)接件和鍛件等在顯微組織上的奧氏體-鐵素體比例近似為 50：50，這種組織與總合金量一起賦予該合金以下特點；比標(biāo)準(zhǔn)不銹鋼的強(qiáng)度高；18在廣泛的環(huán)境內(nèi)一般耐腐蝕性很好；有很強(qiáng)的抗氯化物引起的應(yīng)力腐蝕裂紋(CSCC)的能力；在氯化物環(huán)境（例如海水）中強(qiáng)耐點蝕能力；這種

48、合金在海洋石油和天然氣、化工和石化工業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用，例如管道系統(tǒng)、溢水口、集流管等。因其鐵素體及奧氏體的雙相組織而兼有鐵素體不銹鋼及奧氏體不銹鋼的焊接特點，雙相鋼材料的焊接，不恰當(dāng)?shù)暮附硬牧霞昂附庸に噷?dǎo)致雙相鋼焊接接頭性能惡化。雙相不銹鋼是由奧氏體和鐵素體二種顯微組織相組成的鋼種。與 18-8 型鉻鎳奧氏體不銹鋼相比，18-8 型的鐵素體含量一般為 310%，作用于改善其焊接性，而雙相不銹鋼通過精確控制各元素的比例及進(jìn)行適當(dāng)?shù)臋C(jī)械熱加工，使其中的鐵素體含量約為 50%，與奧氏體各占一半。雙相鋼中的奧氏體賦予鋼以足夠的韌性，而鐵素體則提供良好的力學(xué)性能和優(yōu)異的抗應(yīng)力腐蝕性能，同時雙相鋼具

49、有良好的焊接性能。多道焊焊縫在焊后狀態(tài)下具有 25-50%的鐵素體，取決于稀釋程度、熱輸入和冷卻速度。由于雙相鋼從一出現(xiàn)就有良好的高溫力學(xué)性能和優(yōu)異的抗應(yīng)力腐蝕開裂性能（在氯離子介質(zhì)中）所以首先在與海水有關(guān)的行業(yè)中得到了應(yīng)用。與一般奧氏體不銹鋼相比，雙相不銹鋼具有更好的抗點蝕、縫隙腐蝕、晶間腐蝕、應(yīng)力腐蝕的腐蝕性能，并具有更高的屈服強(qiáng)度、疲勞強(qiáng)度和優(yōu)良的焊接性能。雙相不銹鋼的熱影響區(qū)1280的過熱區(qū)及焊縫。在焊接時，奧氏體能溶解于鐵素體相中，冷卻下來時則相反，發(fā)生鐵素體向奧氏體相轉(zhuǎn)變，焊接熱循環(huán)冷卻時間很短，造成奧氏體相轉(zhuǎn)變不完全，易造成過量鐵素體和粗晶，造成相比例不平衡。前已所述，雙相不銹鋼

50、耐應(yīng)力腐蝕主要原因是適當(dāng)?shù)南啾壤?。為此雙相不銹鋼焊接基本上于焊縫金屬中的鐵素體含量有關(guān)。鐵素體固然能提高焊接接頭的抗應(yīng)力腐蝕能力，但過量鐵素體則會導(dǎo)致焊縫金屬脆化。所以焊接時不加填充絲，或加填充絲但母材過分稀釋，就容易造成鐵素體相過多。為了降低焊縫金屬中的鐵素體含量，考慮到鋼的耐蝕性，靠將鉻、鉬含量來提高奧氏體數(shù)量是不可取的，一般采用加氮、增加鎳含量兩條途徑來提高奧氏體相的數(shù)量。圖 7-3-6 為焊縫金屬中鐵素體含量與Nieq(Ni 當(dāng)量)的關(guān)系曲線。雙相不銹鋼耐蝕性優(yōu)良，抗應(yīng)力腐蝕開裂，又因其強(qiáng)度較高，在應(yīng)力較高時可以減少材料用量，降低成本，所以雙相不銹鋼的主要應(yīng)用在小管經(jīng)的配管上。雙相不銹

51、鋼配管的基體往往是在制造過程中通過特殊固溶處理，得到：50A50F 的組織。但實際焊接過程中，焊縫及焊接熱影響區(qū)（HAZ）組織會發(fā)生變化，在高溫時，首先是單一鐵素體在熔合線部位形成，隨后冷卻過程中，在 A 和 F 相界面上有粗大的馬氏體形成，熱影響區(qū)溫度較高的部位鐵素體比例增大，熱影響區(qū)中 F 相增加量與該部位的溫度及化學(xué)成分有關(guān)。熱影響區(qū)中 F 相數(shù)量增大，常導(dǎo)致 C、N 固溶原子過飽和從而析出碳氮化合物 Cr（N，C）等，碳氮化合物析出部位在冷卻速度較19圖 7-3-6 焊縫金屬中的鐵素體含量與 Nieq 的關(guān)系曲線快時還會形成貧 Cr 區(qū)。雙相不銹鋼組織變化及各種相析出，使材料的抗蝕性、

52、沖擊韌性明顯下降。由于使用與母材相同的焊接材料時焊縫中的 F 相數(shù)量與抗腐蝕性能之間的關(guān)系。由于使用與母材相同的焊接材料時焊縫中的 F 相數(shù)量增加，因此常用高于母材成分中 Ni 含量（14）的焊接材料，這樣可使焊縫中 F 相數(shù)量與基材大致相同。如果焊接材料中的 Mn含量過多，焊縫金屬凝固時原有是高溫單相 F 相，會變成高溫 相，這樣會造成焊縫中偏析過大，抗腐蝕性及韌性下降。雙相不銹鋼所用的焊接材料中往往含有 515%的 F 相，因此，要比常見的奧氏體不銹鋼凝固開裂敏感性高。開裂敏感性與焊縫中每道焊接工步有關(guān)，同時也與焊接電源及材料中S、P 含量有關(guān)。每道焊道寬度深比應(yīng)小于 3，這樣有利于防止開

53、裂。對雙相和超雙相不銹鋼的焊接工藝需要加以控制以保證焊縫性能符合適當(dāng)?shù)臉?biāo)準(zhǔn)，焊接雙相和超雙相不銹鋼的一般原則見圖 7-3-7，某些特殊領(lǐng)域的焊接工藝控制被詳細(xì)列于規(guī)程和應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)。圖 7-3-7 雙相和超雙相不銹鋼的焊接要點20預(yù)熱、層間溫度及熱輸入控制如下：預(yù)熱：通常不作要求，只有當(dāng)材料溫度低于 5C 或材料不干燥時才需要預(yù)熱。層間溫度：標(biāo)準(zhǔn)雙相不銹鋼的層間溫度通常限制最高 150C，這符合 NORSOK M601,Shell ES106 和 ES124 標(biāo)準(zhǔn)。熱輸入：對于接頭的填充焊道，在可以見到對雙相不銹鋼焊縫性能有顯著影響之前可用到相當(dāng)高的熱輸入?；谟附友芯克═WI）的研究的 0

54、.5-2.5kJ/mm 的熱輸入范圍已被推薦和采納，但是上限值通常被限制在較低值。（6） 銅-鎳合金的焊接Cu-Ni 合金具有非常好的抵抗海水腐蝕的能力和良好的機(jī)械性能, 根據(jù)其這一特點而將其用于平臺上的工藝管線上。國外有一些 Cu-Ni 合金焊接的經(jīng)驗可以借鑒，但是，真正用于生產(chǎn)的成熟的焊接工藝比較少。由于 Cu-Ni 合金的熱導(dǎo)率比碳鋼大 7-11 倍，焊接時散熱嚴(yán)重，焊接區(qū)難于達(dá)到熔化溫度，并且在熔化溫度時的表面張力比鋼小 1/3，流動性比鋼大 1-1.5 倍。表面成形能力差。焊接時母材難熔合，容易產(chǎn)生未熔透缺陷。因此應(yīng)采用大線能量、高能束的焊接方法，并采取焊前預(yù)熱等工藝措施。Cu-Ni

55、 合金焊縫及熱影響區(qū)熱裂傾向較大，其原因有以下幾點：Cu-Ni 合金的線膨脹系數(shù)比低碳鋼大 50%以上，因此焊接時產(chǎn)生較大的應(yīng)力。熔池結(jié)晶過程中，銅能與其他雜質(zhì)生成多種低熔點共晶組織，充滿在晶界形成的薄弱面。凝固金屬中的過飽和氫向金屬的微間隙中擴(kuò)散造成很大的壓力。防止熱裂紋的措施是控制母材中鉛、鉍的含量；在焊絲中加入 Si, Mn, P 等元素進(jìn)行脫氧；采用能獲得 + 雙相組織的焊絲。焊接 Cu-Ni 合金時產(chǎn)生氣孔的傾向嚴(yán)重，其原因有以下幾點：銅在液態(tài)能溶解較多的氫，熔池凝固過程中氫的溶解度大大下降，過剩的氫未及時析出，便形成氣孔。熔池中的氫和氧化亞銅產(chǎn)生下述反應(yīng)Cu2O +2H=2Cu+H

56、2O(氣)反應(yīng)生成的水蒸氣不溶于銅液中，熔池凝固時未及時溢出。防止產(chǎn)生氣孔的措施是減少氫、氧的來源；用預(yù)熱來延長熔池的存在時間，使氣體易于析出；采用含鋁、鈦等強(qiáng)脫氧劑的焊絲。基于以上銅-鎳合金的焊接特點，在焊接前應(yīng)做好充分的準(zhǔn)備工作：焊件表面清洗 吸附在焊絲、坡口及兩側(cè) 30mm 范圍內(nèi)表面的油污、水分及其他雜質(zhì)和金屬氧化物都必須進(jìn)行仔細(xì)的清理，直至露出金屬光澤，以防焊縫出現(xiàn)氣孔。脫脂 目的在于去除表面的油污。脫脂溶液中苛性鈉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 5%-10%、水玻璃的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 2%-3%和肥皂的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 20%-50%?；瘜W(xué)清洗 在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 8%的硫酸和 10%的重鉻酸鉀溶液中，或在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為

57、 15%-20%的硝酸溶液中浸蝕去除氧化物，然后在流動的熱水中洗滌干凈。接頭形式 接頭相對熱源應(yīng)呈對稱形，使其具備相同的傳熱條件，才能獲得成形均勻的焊縫。（6） 低溫鋼的焊接1）低溫鋼的分類用于制造在-20-253低溫下工作的焊接結(jié)構(gòu)的專用鋼材，稱為低溫鋼，低溫用鋼可分為兩類：21 鐵素體加少量珠光體類，這類鋼含碳量較低，屬于低合金結(jié)構(gòu)鋼，使用溫度在-70- -120 鐵-錳-鋁系列的單相奧氏體類，屬于高合金鋼，使用溫度在-196- -2532）低溫鋼的焊接特點 鐵素體型低溫鋼的焊接特點鐵素體型低溫鋼屬于低合金系統(tǒng)，含碳量較低，大都在0.06%.-0.2%范圍之內(nèi)，合金元素總含量為1/32 i

58、n.A.72（0.8mm）A.73任何增加A.74（注 3）A.75任何增加或減少A.76任何增加A.77增加值或A.78減少值A(chǔ).791/16 in.A.80（1.6mm）A.8111）焊絲數(shù)目的變化A.82A.83XA.84XA.85XA.86A.8712）AWS A5.12所示鎢極類型的變化A.88A.89A.90A.91A.92XA.93電參數(shù)A.9413）焊條（絲）每一種直徑所用電流值的變化：A.95超出制造商推薦范圍A.96增加或減A.97少值10%A.98增加或減A.99少值10%A.100增加或減A.101少值10%A.102增加或減A.103少值25%A.10414）電流類型

59、（交流或直流）或極性的變化以及A.105XA.106僅當(dāng)使用合金焊劑A.107或調(diào)質(zhì)鋼材料時A.108XA.109XA.11059熔滴過渡模式（僅指GMAW）的變化A.11115）焊條（絲）每一種直徑所用電壓值的變化：A.112超出焊條制造商推薦范圍A.113增加或減A.114少值7%A.115增加或減A.116少值7%A.117增加或減A.118少值7%A.119增加或減A.120少值25%A.12116）每一種焊絲直徑的送絲速度增加或A.122降低（如果不由電流值控制）：A.123A.12410%A.12510%A.12610%A.12760A.128表 7-3-8（續(xù)）A.130方法1A

60、.129需重作評定的 PQR基本變素的改變A.131SMAWA.132SAWA.133GMAWA.134FCAWA.135GTAWA.13617）焊接行走速度的變化（要求線能量A.137控制者除外）：A.138A.139增加或減A.140少值15%A.141增加或減A.142少值25%A.143（注 4）A.144增加或減A.145少值25%A.146（注4）A.147增加或減A.148少值50%A.14918）線能量增加（注 5）：A.15010%A.15110%A.15210%A.15310%A.154任何增加（當(dāng)A.155要求作夏比沖A.156擊試驗時）A.157保護(hù)氣體A.15819）