浅议海洋石油导管架埋弧自动焊终端裂纹防止措施

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1、浅议海洋石油导管架埋弧自动焊终端裂纹防止措施【摘要】在海洋石油导管架卷制管埋弧自动焊接过程中，通常在焊缝终端产生裂纹，本文分析了终端裂纹的形成原因及相应的防止措施。为以后同类工程提供了参考与借鉴。【关键词】导管架埋弧自动焊终端裂纹防止海洋石油导管架平台又称桩式平台，是由打入海底的桩腿来支撑整个平台，导管架是桩基式平台的主要组成部分，是平台的支撑结构件，是先在陆地上制作完成，然后在海上用钢桩穿入导管打入海底，使其固定在海上，后与平台通过焊接连接固定成导管架平台。以我公司青岛项目建造的番禺30-1深海导管架为例，由于焊接工作量大导管架在预制时主要采用埋弧

2、自动焊接。在导管架卷制管焊接的过程中，发现12mm〜18mm壁厚范围的管段焊缝熄弧板处容易产生裂纹，本文对埋弧自动焊接过程中终端裂纹的产生原因及防止措施进行了详尽的描述。1终端裂纹特点及产生的原因分析1.1终端裂纹的主要特点中海油番禺30-1深海导管架管件为16MnR钢管，焊丝采用H10Mn2,焊剂采用SJlOlo在焊接完毕清除掉焊剂药皮后发现终端部位有裂纹，该裂纹产生在焊缝金属中，裂纹沿着焊缝中心长度方向开裂，露在焊缝表面有明显的锯齿形状，可以确定该裂纹为结晶裂纹。在以后的焊接过程中多次出现该种裂纹，出现的裂纹均有以下几个特点：（1）裂纹一般分布在

3、焊缝的熄弧板一端，并且与焊缝的波纹线呈垂直分布。（2）管件的壁厚越大出现该种裂纹的几率越大。（3）在钢板和焊剂的化学成分中C、P、S等合金成分偏上或超过规定含量上限时易产生裂纹。1.2终端裂纹产生原因分析焊接过程中，电弧作用中心的前方金属出于急剧升温并迅速熔化的阶段，而电弧作用中心后方的金属则已经开始降温并进入凝固或结晶阶段。运动中的焊接电弧始终在焊缝上的局部位置发生作用，并在电弧作用中心的温度最高，远离此作用中心的温度逐渐变低，焊接过程中母材上的温度和焊接熔池中的温度分布是不均匀的，越往熔池中心温度就越高。由于熔池温度高，而周围金属温度较低，随着熔

4、池的前移，原来熔池内的液态金属温度迅速下降进入凝固阶段，随着凝固时熔池体积的不断减小，从而形成各方向的拉应力，这些拉应力会在焊缝金属逐渐冷却时逐渐变大，当接近终端时，应力和变形的累计使终端焊缝内的应力值增高。另外，在焊缝组对过程中，常存在着不同程度的强制组对现象，强制组对将导致在点固焊处产生复杂的弹性应力，在焊缝进行打底焊时由于焊接区域加热和冷却的不均匀性，使各部分金属发生的相变过程不一样，当温度恢复到原始的均匀状态后，这些应力在焊接温度场的作用下，将进行恢复和再结晶,这将给焊缝产生新的拉应力。焊接拉应力的存在是产生结晶裂纹的一个原因。我们对卷制管钢

5、板化学成分进行分析，发现c、S、P、Si元素偏高，达到了上限，而Mn元素及Nb、Ti、Alt等微量合金元素略低。C是影响结晶裂纹的主要因素，并能加剧其他元素的有害作用，由Fe-C相图（图1）可知，由于钢中含碳量的增加，初生相可由6相转为Y相，而S、P在Y相中溶解度比在8相中低很多，S仅为1/3,P约为l/10o如果初生相或结晶终了前是Y相，S和P就会在晶界析出，使热裂纹倾向增大。P和S在各类钢中几乎都会增加结晶裂纹的倾向。在钢的各种元素中P和S的偏析系数最大，所以在钢中都易引起结晶偏析。Mn、S、C在焊缝和母材中常同时存在，在一定含碳量的条件下，随着

6、含硫量的增高，裂纹倾向增大，随着含猛量的增多，而裂纹倾向下降，而随着含碳量的增加，硫的作用则会加剧，而C的含量超过0.16%时,P对结晶裂纹的作用超过了S继续增加Mn/S值对防止结晶裂纹已无意义，从而增加了产生结晶裂纹的倾向。Si是脱氧元素，但焊缝中Si>0.4%时，容易形成硅酸盐夹杂，造成裂纹源，从而增加裂纹倾向。2终端裂纹的防治措施通过以上分析我们可以确定终端裂纹是焊接拉应力和低熔点化合物或共晶体共同作用的结果，所以我们在实际生产中要从解决这两方面的影响入手。一是从力学因素方面减少焊接拉应力，二是从冶金因素方面减少低熔点化合物或共晶体的存在，降低

7、其危害性，从而从根本上解决终端裂纹的问题。2.1减少焊接拉应力的措施2.1.1严格控制管段组对的质量、选择合理的坡口型式在管段制造的全过程加强质量控制，提高卷圆质量，避免焊口组对过程中的强制组对，减少组对应力，同时减小焊缝的组对间隙；减少焊接拉应力是焊缝坡口选择的重要考虑因素，实际上，结晶裂纹和焊缝的成形系数e=w/H（即宽深比）有关，提高焊缝成形系数巾可以提高焊缝的抗裂性能,当碳含量提高时，为了防止裂纹，要相应的提高宽深比，要避免采用4）2.1.4选用适当的熄弧板通常的熄弧板在端部点焊的非常牢固，增加了局部刚度，因而加大了焊缝凝固时所受的拉应力，因

8、此焊缝在此处最容易开裂。要解决这个问题，可采用弹性熄弧板（图2）。该熄弧板在两侧割开两个缺口，并且只点焊熄弧