二海洋平台建造工艺(3焊接).ppt

,石油工程学院海洋工程系,第二章海洋平台建造工艺,第三节海洋平台结构焊接工艺,石油工程学院海洋工程系,2-3海洋平台结构焊接工艺,导管架建造,组块建造,海洋平台建造过程需要大量的焊接工作。维修时对结构焊接的要求也越来越高。,一、概述,石油工程学院海洋工程系,焊接加工设计是根据工程项目的具体要求，结合目前的工艺情况，并根据相应的焊接规范：制定焊接程序进行工艺评定为现场施工提供技术支持。本节将详细介绍焊接加工设计的工艺内容、流程以及相关知识,一、概述,2-3海洋平台结构焊接工艺,石油工程学院海洋工程系,海洋平台是焊接结构，特点是由各种弦杆和斜杆等组成的钢管桁架结构。大型管节点数量多，焊接工作量大，应力复杂集中程度高，工作环境条件苛刻，在外荷载作用下特别易于产生脆性断裂和疲劳破坏。为了防止这些破坏的发生，确保平台安全，除了在设计、选材上注意控制以外，焊接过程的控制也是极为重要的。在焊接过程中影响结构性能的，主要是焊接材料、焊接方法、焊接工艺和焊接检验等。,1、海洋平台结构特点,一、概述,2-3海洋平台结构焊接工艺,石油工程学院海洋工程系,2、焊接工艺过程,（1）、焊接原理：金属的焊接，是利用局部加热的方法，将两块金属工件接缝处局部加热到熔化状态，通过冷却结晶而连接在一起的一种方法。（2）、焊接过程：是金属再冶金过程，参与这一过程的有被焊金属（母材）、填充金属（焊丝、焊剂或焊条等）。母材和填充金属熔化后冷却结晶形成焊缝。邻接焊缝的母材金属受焊接热循环的影响而发生了组织和性能变化，称为热影响区。焊缝、热影响区和部分母材组成焊接接头。,热影响区,一、概述,2-3海洋平台结构焊接工艺,石油工程学院海洋工程系,冶金过程形成的焊缝金属，不仅改变了母材的化学成分和晶体组织，而且也改变了母材的性能，其性能变化取决于母材的性质、焊接材料和焊接工艺。焊接是局部加热，因局部受热不均匀，而在焊后接头区易产生焊接残余应力，使焊接过程特别容易产生裂纹等焊接缺陷，发展下去将导致结构的脆性断裂和疲劳破坏。,（2）、焊接过程：,一、概述,2、焊接工艺过程,2-3海洋平台结构焊接工艺,石油工程学院海洋工程系,3、对焊缝金属和焊接接头性能的要求,（1）韧性防止结构焊缝和接头脆断，要求有足够的缺口韧性（夏比V型缺口试验）焊接过程中热影响区的性能变脆是明显的，尽管这个区域尺寸很小，但就脆性破坏引起的断裂而言，却能显著影响结构的完整性和安全性。热影响区的性能，可通过调整母材的成分和性能、焊后热处理、选择适当的焊接工艺来提高韧性,一、概述,2-3海洋平台结构焊接工艺,石油工程学院海洋工程系,（2）、硬度,对焊缝金属的硬度应该严格控制海洋石油和天然气有硫化氢杂质，在污染的海水中，硫化氢与钢表面反应，氢被释放出来，并渗进钢内。氢是引起高强钢焊接冷裂纹的重要因素之一，并且有延迟的特征，称为氢致裂纹。氢致裂纹特别发生在焊接热影响区表面硬度较高的部位。降低焊缝热影响区硬度的主要措施是选择合适的焊接热输入量，选用碳当量较低的材料。,氢致应力腐蚀裂纹,一、概述,3、对焊缝金属和焊接接头性能的要求,2-3海洋平台结构焊接工艺,石油工程学院海洋工程系,（3）、疲劳,固定式平台的导管架除承受固定荷载外，还承受风、浪、流的周期荷载作用，产生疲劳。焊接接头的疲劳，取决于钢材的机械性能、加载状况，还取决于应力集中、焊接方法及其加工工艺。由结构特点和焊接成形引起的应力集中，是影响焊接接头疲劳寿命的重要因素，所以规范要求关键构件的角焊缝，对其形状和缺陷必须修整，并与母材表面光滑过度。,一、概述,3、对焊缝金属和焊接接头性能的要求,2-3海洋平台结构焊接工艺,石油工程学院海洋工程系,（4）、腐蚀平台结构的焊缝，特别是水下节点焊缝，由于焊接改变了焊缝金属的成分与组织结构，大大强化了金属表面电化学不均匀性，更由于焊接残余应力的存在，加速了焊缝区域的腐蚀，常产生更为严重的应力腐蚀开裂。为了避免焊缝金属的腐蚀，应选择合适的焊接材料，进行焊后热处理也可以减轻腐蚀。,应力腐蚀裂纹,2-3海洋平台结构焊接加工设计,一、概述,3、对焊缝金属和焊接接头性能的要求,2-3海洋平台结构焊接工艺,石油工程学院海洋工程系,2-3海洋平台结构焊接加工设计,4、海洋平台结构焊接特点,平台结构关键纵横交错、管节点众多，且多为厚壁管件结构，焊接要比一般结构困难而又要求高，加之使用中难以维修，因此焊接施工规定极为严格，其特点是：（1）为防止冷裂缝和提高热影响区的韧性，多采用低氢型碱性焊条（2）焊接热输入量通常限制在4050KJ/cm,以确保焊接接头的韧性和抗脆断的性能。（3）厚板焊件，一般焊前需预热，以防裂纹发生。（4）管件桁架结构大都采用全位置、全熔透、多层、多道手工焊接（5）管节点和关键构件的角焊缝还需磨修，消除表面缺陷，减小应力集中，提高疲劳寿命。,一、概述,2-3海洋平台结构焊接工艺,石油工程学院海洋工程系,二、海洋平台结构焊接材料的选择,1、焊接材料选择的基本原则,（1）选用与母材相匹配的焊条或焊丝和焊剂，焊后焊缝金属和焊接接头的性能与母材的性能基本一样，能阻止焊缝和热影响区焊接裂纹的发生和扩展，不致发生脆断和疲劳。（2）约束度高、应力集中高的部件，选用塑性韧性好的低氢碱性焊条和韧性高的焊丝和碱性焊剂。,焊条,焊剂,2-3海洋平台结构焊接加工设计,2-3海洋平台结构焊接工艺,石油工程学院海洋工程系,（3）Z向钢的焊接选用低氢型焊接材料。（4）焊接材料还要根据平台构件类别不同，分别选用不同级别的材料。次要构件选用普通结构钢焊条。主要构件选用相应级别的低氢型碱性焊条。特殊构件一定要用相应等级的低氢型或超低氢型碱性焊接材料。以防止冷裂纹和提高焊缝金属和焊接头的韧性。,1、焊接材料选择的基本原则,2-3海洋平台结构焊接加工设计,二、海洋平台结构焊接材料的选择,2-3海洋平台结构焊接工艺,石油工程学院海洋工程系,结构钢焊接材料按屈服强度可分为九个等级，各个等级又按其缺口冲击韧性可进一步划分为5个级别，以数字15表示，（分别表示夏比试验温度为20、0、-20，-40、-60C)。高强度焊接材料以字母Y表示。如5Y42表示焊接材料的冲击韧性为5级（最好）、屈服强度大于等于420N/m。,2-3海洋平台结构焊接加工设计,焊接材料的力学性能,2、焊接材料的级别,2-3海洋平台结构焊接工艺,石油工程学院海洋工程系,含镍低合金钢焊接材料，则其钢中镍合金的含量分别为0.5Ni、1.5Ni、3.5Ni、5Ni、9Ni。,2-3海洋平台结构焊接加工设计,二、海洋平台结构焊接材料的选择,2、焊接材料的级别,焊接材料的力学性能,2-3海洋平台结构焊接工艺,石油工程学院海洋工程系,焊接材料的含氢量要求,注：凡经测氢试验符合规范要求的焊条，在其符号后加缀H15,H10,H5等，以表示其为符合测氢要求的低合金钢。,2、焊接材料的级别,2-3海洋平台结构焊接工艺,石油工程学院海洋工程系,2-3海洋平台结构焊接加工设计,二、海洋平台结构焊接材料的选择,3、焊条,焊条一方面可以传导焊接电流和引燃电弧，同时焊条熔化后，又可作为填充金属直接过渡到熔池，与液态的母材熔合后形成焊缝金属。因此焊条对获得的焊缝质量影响很大。,焊条是由焊芯和药皮组成的，根据药皮与焊芯的质量比Kc，可以分为厚皮焊条（Kc=30%50%）和薄皮焊条（Kc=1%2%）两大类。目前在工业上广泛使用的是厚皮焊条。,厚皮焊条,2-3海洋平台结构焊接工艺,石油工程学院海洋工程系,2-3海洋平台结构焊接加工设计,二、海洋平台结构焊接材料的选择,3、焊条,（1）、焊芯的化学成分焊接时，焊芯既是电极，又是填充金属，因此，焊芯的化学成分及性能对焊缝金属的质量有直接的影响。,碳良好的脱氧剂，能减少焊缝金属中氧和氮的含量。但含碳量过高时会明显地提高焊缝强度、降低焊接接头塑性，并使得焊缝产生裂纹的倾向增大。常用焊芯的含碳量小于001。锰很好的脱氧剂，它还能与硫化合，生成硫化锰（MnS），起脱硫作用。锰可作为合金元素渗入焊缝，使焊缝的机械性能提高。常用的焊芯中含锰量为0.30055。,2-3海洋平台结构焊接工艺,石油工程学院海洋工程系,（1）、焊芯的化学成分,硅硅也是脱氧剂，而且脱氧能力比锰强，但硅在焊缝申含量较多时有降低塑性和韧性的倾向。常将焊芯中的含硅量限制在0.03以下。铬对焊芯来说铬是杂质，是由炼钢原料中混入的。焊接过程中，铬被氧化生成难熔的Cr2O3，增加焊缝夹渣的可能性，铬需被控制在规定的范围内。,2-3海洋平台结构焊接加工设计,二、海洋平台结构焊接材料的选择,3、焊条,2-3海洋平台结构焊接工艺,石油工程学院海洋工程系,（1）、焊芯的化学成分,硫和磷：硫和磷都是有害杂质，能使焊缝金属的机械性能降低。硫与铁作用能生成硫化铁（FeS），它的熔点低于铁，因此使焊缝在高温状态下容易产生热裂纹。磷与铁作用能生成磷化铁（Fe3P或Fe2P），使熔化金属的流动性增大，在常温时变脆，所以焊缝容易产生冷脆现象。一般焊条钢芯要求硫和磷的含量不应大于0.04，在焊接重要结构用的悍芯中，要求磷和硫的含量不大予0.03。,2-3海洋平台结构焊接加工设计,二、海洋平台结构焊接材料的选择,3、焊条,2-3海洋平台结构焊接工艺,石油工程学院海洋工程系,（2）、焊条药皮焊芯表面的涂药称为药皮。药皮在焊接过程中起着极为重要的作用，它是决定焊缝金属质量的主要因素之一。焊条药皮是矿石粉末、铁合金粉、有机物和化工制品等原料一定比例配制后压涂在焊芯表面上的一层涂料。焊条药皮按原料在焊接中所起的作用分为：造气剂、造渣剂、脱氧剂、合金剂、稳弧剂、粘结剂、增塑剂。,2-3海洋平台结构焊接加工设计,二、海洋平台结构焊接材料的选择,3、焊条,2-3海洋平台结构焊接工艺,石油工程学院海洋工程系,焊条药皮的作用:（1）提高电弧燃烧的稳定性。（2）防止空气对熔化金属的不良作用。（3）使焊缝金属脱氧。（4）补充和提高焊缝金属合金元素含量。（5）提高焊接生产率。,2-3海洋平台结构焊接加工设计,二、海洋平台结构焊接材料的选择,3、焊条,2-3海洋平台结构焊接工艺,石油工程学院海洋工程系,2-2海洋平台结构焊接工艺,（3）、焊条分类：酸性焊条酸性焊条的药皮中含有较多的二氧化硅、氧化铁及氧化钛，氧化性较强，焊缝金属中的氧含量较高，合金元素烧损较多，熔敷金属中含氢量也较高，因而焊缝金属塑性和韧性较低。酸性焊条焊接工艺性好，电弧稳定，可交、直流两用，飞溅小、熔渣流动性和脱渣性好，焊缝外表美观。,2-3海洋平台结构焊接加工设计,二、海洋平台结构焊接材料的选择,3、焊条,2-3海洋平台结构焊接工艺,石油工程学院海洋工程系,2-2海洋平台结构焊接工艺,碱性焊条,药皮中含有大量的碱性造渣物（大理石、萤石等），并含有一定数量的脱氧剂和渗合金剂。碱性焊条主要靠碳酸盐（如CaCO3等）分解出CO2作保护气体，萤石中的氟化钙在高温时与氢结合成氟化氢（HF），降低了焊缝中的含氢量，故碱性焊条又称为低氢型焊条。由于焊缝金属中氧和氢含量低，非金属夹杂物较少，具有较高的塑性和冲击韧性。焊缝的淬硬组织少，抗裂性能强。,2-3海洋平台结构焊接加工设计,二、海洋平台结构焊接材料的选择,3、焊条,2-3海洋平台结构焊接工艺,石油工程学院海洋工程系,2-2海洋平台结构焊接工艺,2-3海洋平台结构焊接加工设计,二、海洋平台结构焊接材料的选择,4、焊剂,焊剂是颗粒状焊接材料，由大理石、石英、萤石等考试和钛白粉、纤维素等化学物质组成。在焊接时它能够熔化形成熔渣和气体，对熔池起保护和冶金作用。主要用于埋弧焊和电渣焊。焊剂分为酸性、中性和碱性三种,其中，酸性焊剂配以适当的焊丝，广泛用于碳钢和低合金结构钢的焊接。中性和碱性焊剂则用于强度较高的高强钢焊接。,2-3海洋平台结构焊接工艺,石油工程学院海洋工程系,三、海洋平台结构焊接前的准备工作,1、焊接工艺认可焊接工艺规程是根据焊接工艺合格记录制定的规程。是对初步焊接工艺规程的修正。焊接工艺规程应包括下列内容：1）母材的钢种、钢级和厚度2）焊接材料（焊条、焊丝和焊剂）的等级、牌号、规格3）坡口设计及加工要求，焊道布置及焊接顺序4）焊缝位置（平焊、横焊、立焊、仰焊）5）焊接设备、焊接参数（电流、电压、电焊速度）6）焊前预热、层间温度、焊后冷却、焊后处理7）防止层状撕裂的措施等。,2-3海洋平台结构焊接工艺,石油工程学院海洋工程系,2焊工认可平台结构焊接的工人，必须按要求经过资格考试认可，确保焊工在施焊时能够满足严格的焊缝外形要求和热影响区的硬度要求。3焊接工艺规程所有的平台焊接工作，都要求有焊接工艺规程。凡在施焊中应执行和遵守的各项规定和要求，在焊接工艺规程中应加以明确规定。,2-3海洋平台结构焊接加工设计,三、海洋平台结构焊接前的准备工作,2-3海洋平台结构焊接工艺,石油工程学院海洋工程系,四、焊接方法,目前海洋工程结构建造过程中的主要的焊接方法有手工电弧焊、埋弧焊、CO2气体保护焊、氩弧焊等等。1、手工电弧焊（SMAW）,手工电弧焊亦称手弧焊、焊条电弧焊。它是利用手工电弧焊机操作焊条进行焊接的电弧焊。主要用于导管架大型T、K、Y节点的全位置焊接。,2-3海洋平台结构焊接加工设计,2-3海洋平台结构焊接工艺,石油工程学院海洋工程系,四、焊接方法,优点：设备简单，方法简便灵活，适应于各种位置的焊接。在平台焊接中占有重要地位，较适用于焊接单件或小批量的产品，短的和不规则的焊缝，各种空间位置及不易实现机械化和自动化焊接的焊缝。缺点：对焊工技术要求较高，焊接质量在一定程度上取决于焊工的实际操作水平。此外，手弧焊劳动条件差，生产效率低，生产综合成本高，在很多生产场合正被自动焊等其他高效焊接方法代替。,1、手工电弧焊,2-3海洋平台结构焊接加工设计,2-3海洋平台结构焊接工艺,石油工程学院海洋工程系,2-2海洋平台结构焊接工艺,四、焊接方法,2、埋弧自动焊,电弧在焊剂层下燃烧，利用机械装置控制焊丝输送，电弧与焊件相对移动进行焊接的方法叫埋弧自动焊,埋弧焊不仅能焊接碳钢、低合金钢、不锈钢，还可以焊接耐热钢及铜合金、镍基合金等有色金属。还可以进行抗磨损、耐腐蚀材料的堆焊,但不适用于铝、钛等氧化性强的金属及其合金的焊接,2-3海洋平台结构焊接加工设计,2-3海洋平台结构焊接工艺,石油工程学院海洋工程系,四、焊接方法,2、埋弧自动焊,埋弧自动焊的优点是：焊接生产率高：电流大，焊速高，一次焊透20mm以下不开坡口钢板焊接质量好：有焊剂保护，杂质难以进入焊接成本较低：不开或少开坡口节省钢材埋弧自动焊的优点是：焊接过程中不易观察适应性差，只能焊平焊位置，通常焊接直缝和环缝，不能焊空间位置焊缝和不规则焊缝设备结构较复杂，投资大，装配要求高，调整等准备工作量较大。,2-3海洋平台结构焊接加工设计,2-3海洋平台结构焊接工艺,石油工程学院海洋工程系,2-2海洋平台结构焊接工艺,四、焊接方法,3、CO2气体保护焊,用CO2作为保护气体，依靠焊丝与焊件之间产生的电弧来熔化金属的一种电弧焊接法。CO2气体比重大，受电弧加热后体积膨胀也大，所以在保护电弧和焊接熔池避免有害气体侵入方面效果相当良好。CO2气休保护焊的主要优点是：焊接成本低。生产率高。抗锈能力强。焊接变形小。操作性能好,2-3海洋平台结构焊接加工设计,2-3海洋平台结构焊接工艺,石油工程学院海洋工程系,四、焊接方法,3、CO2气体保护焊,CO2气体保护焊不足之处在于：飞溅较大，焊缝表面成形较差，不能在有风的地方施焊，否则容易出现气孔；很难用交流电焊接，焊接辅肋设备较多。CO2气体保护焊的应用范围:CO2气体保护焊不仅可以焊接低碳钢、低合金钢、不锈钢等材料还可以用于磨损零件和有缺陷零件的修复焊补。CO2气体保护半自焊可用于短焊缝、曲线焊缝和空间焊缝的焊接，也适于薄板焊件的点焊及定位焊。,2-3海洋平台结构焊接加工设计,2-3海洋平台结构焊接工艺,石油工程学院海洋工程系,4、钨极氩弧焊,氩弧焊是以氩气作为保护气体的电弧焊接方法。氩气是一种惰性气体，它既不与金属起化学反应，也不溶解于液体金属。因此，氩弧焊对很多金属都具有普遍的实用意义，而且能得到较高的焊接质量,2-3海洋平台结构焊接加工设计,2-3海洋平台结构焊接工艺,石油工程学院海洋工程系,四、焊接方法,4、钨极氩弧焊,氩弧焊的优点（1）可用于各种材料的焊接。（2）焊缝金属纯净、性能优良，成型美观。（3）焊接应力与变形较小。（4）明弧可见，便于操作，易于实现机械化。,2-3海洋平台结构焊接加工设计,氩弧焊的缺点（1）设备和控制系统复杂（2）氩气较贵，焊接成本高。,氩弧焊常用于不锈钢、耐热钢和非铁金属的焊接。,2-3海洋平台结构焊接工艺,石油工程学院海洋工程系,五、焊接工艺,1焊接环境平台焊接多在室外露天作业，施工环境对焊接质量影响较大。要求平台焊接工作：在防风、防雨雪的遮蔽条件下进行。环境温度不得低于焊接工艺认可试验规定的最低温度，风速不得超过5级，空气相对湿度不得大于90%，一般气温低于0禁止施焊。平台结构如需在0以下施焊时，焊接必须预热。始焊100mm预热约15，以后用焊接热预热余下的焊缝长度即可，当焊接高强度钢或大厚度钢板时，则需自始自终预热。,2-3海洋平台结构焊接加工设计,2-3海洋平台结构焊接工艺,石油工程学院海洋工程系,五、焊接工艺,2焊接坡口平台结构多用大厚度板或圆管，为保证全部厚度充分焊透，需将焊件连接边缘加工成坡口形状，并采用多层、多道焊。常用的坡口形式有I形坡口、V型坡口、带钝边U形坡口、X型坡口等。,2-3海洋平台结构焊接加工设计,2-3海洋平台结构焊接工艺,石油工程学院海洋工程系,五、焊接工艺,V形坡口坡口面加工简单。可单面焊接，焊件不用翻身。焊接坡口空间面积大，填充材料多，焊件厚度较大时，生产率低。焊接变形大。,几种焊接坡口的比较：,2焊接坡口,2-3海洋平台结构焊接加工设计,2-3海洋平台结构焊接工艺,石油工程学院海洋工程系,五、焊接工艺,2焊接坡口,带钝边U形坡口可单面焊接，焊件不用翻身。焊接坡口空间面积小，填充材料少，焊件厚度较大时，生产率比V形坡口高。焊接变形较大。坡口面根部半径处加工困难，因而限制了此种坡口的大量推广应用(钝边的作用是防止将焊件烧穿）,2060,2-3海洋平台结构焊接加工设计,2-3海洋平台结构焊接工艺,石油工程学院海洋工程系,五、焊接工艺,2焊接坡口,X形坡口双面焊接，因此焊接过程中焊件需翻身，但焊接变形小。坡口面加工虽比V形坡口略复杂，但比带钝边U形坡口的简单。坡口面积介于V形坡口和带钝边U形坡口之间，因此生产率高于V形坡口，填充材料也比V形坡口少,605,1260,2-3海洋平台结构焊接加工设计,2-3海洋平台结构焊接工艺,石油工程学院海洋工程系,五、焊接工艺,2焊接坡口,导管架组块结构钢管焊接坡口的选择导管、钢桩、立柱属大直径、大壁厚管（直径20mm)，一般采用x型坡口双面焊接;拉筋和隔水套管属小直径管（直径20mm)，一般采用V型坡口，单面焊接,2-3海洋平台结构焊接加工设计,2-3海洋平台结构焊接工艺,石油工程学院海洋工程系,五、焊接工艺,2焊接坡口,坡口加工要求加工正确外，对坡口光洁度和清洁度也有一定要求，因为这会引起焊缝产生加渣、气孔等缺陷。一般要求将气割坡口面打磨光洁，去除氧化渣、飞溅物、油污、水汽、锈迹等。,平板坡口机,管道坡口机,2-3海洋平台结构焊接加工设计,2-3海洋平台结构焊接工艺,石油工程学院海洋工程系,五、焊接工艺,3焊接电弧长度焊接电弧长度主要影响焊接熔池的保护效果。故施焊时，应尽可能采用短弧焊。,4多层多道焊平台结构焊接，许多构件采用多层、多道焊，利用后一道焊接对前一道焊缝进行退火，从而改善焊后热影响区的性能。一般焊接一个焊道一次连续完成，下一道焊缝焊接之前要对前一道焊缝进行敲渣和打磨，确保没有缺陷再进行下一道焊缝焊接。,2-3海洋平台结构焊接加工设计,2-3海洋平台结构焊接工艺,石油工程学院海洋工程系,五、焊接工艺,5、层间温度对于对接焊缝和全焊透的角焊缝，在多层多道焊接时，层间温度应控制在100C150C之间，每条焊缝应尽量一次性焊完6.角焊缝表面形状管节点及关键构件的角焊缝，多是大厚度全熔透焊缝，焊接应力高，应力集中严重。为减少应力集中，要求角焊缝表面成为凹面形，并要求光滑地向母材表面过渡。故这些角焊缝在施焊时，焊工应仔细焊成凹面形。,2-3海洋平台结构焊接加工设计,2-3海洋平台结构焊接工艺,石油工程学院海洋工程系,六、焊前准备和焊后处理,1、焊前准备（1）、一般准备：1）焊接前坡口及两侧区域应除去水分、油脂、油漆、锈污及其它氧化物2）焊接前应根据焊接材料的产品说明书进行焙烘，储存于保温容器中，带至焊接地点，埋弧焊所用焊剂应保持干燥。3）对要求全焊透的焊接接头，除确能保证焊透外，应清根后再进行反面焊接。,2-3海洋平台结构焊接加工设计,2-3海洋平台结构焊接工艺,石油工程学院海洋工程系,六、焊前准备和焊后处理,（2）、工艺准备1）坡口选择坡口形式的选择主要取决于板材厚度、焊接方法和焊接工艺。一般说来要考虑以下几个问题：焊接材料的消耗量对于同样厚度的焊接接头，采用X型坡口比V型坡口能节约较多的焊接材料、电能和工时，构件越厚节省越多。可焊到性是选择坡口型式的重要条件之一。一般地说要根据构件能否翻转、翻转难易、或内外两侧的焊接条件而定，对不能翻转的或内径较小的容器，为了避免大量的仰焊及不便在内测施焊，都宜采用V型或U型坡口,2-3海洋平台结构焊接加工设计,2-3海洋平台结构焊接工艺,石油工程学院海洋工程系,六、焊前准备和焊后处理,坡口加工V型或X型坡口一般用气割就可完成，但U型缺口需要等离子或激光切割，也可用刨边机加工。焊接变形和应力如果坡口型式适宜、工艺合理，则可以有效地减少焊接变形和应力。保证焊接质量所选坡口型式应便于装配、保证工件焊透，减少焊接缺陷。,（2）、工艺准备,1）坡口选择,2-3海洋平台结构焊接加工设计,2-3海洋平台结构焊接工艺,石油工程学院海洋工程系,六、焊前准备和焊后处理,2).焊前预热海洋平台结构复杂，钢板厚度大，拘束度高，焊接时残余应力高，特别容易产生焊接裂纹等缺陷，管节点的焊接、高强度钢的焊接产生缺陷的几率更高。为缓和焊接应力，降低焊缝扩散氢含量，减少裂纹发生几率，焊前对大厚度焊件、拘束度高的焊件以及海洋平台的关键构件要进行预热，预热温度取决于结构的性质、焊件的材质化学成分和厚度，通常在100150之间。,（2）、工艺准备,2-3海洋平台结构焊接加工设计,2-3海洋平台结构焊接工艺,石油工程学院海洋工程系,六、焊前准备和焊后处理,2).焊前预热,预热温度和层间温度，对焊缝金属韧性的影响类似，作用是降低焊后冷却速度，使焊缝中溶解的氢有时间扩散出去以减少扩散氢含量，从而提高焊缝金属韧性，达到止裂作用。预热方法，通常采用电阻加热、电磁感应加热、远红外线加热器。红外线穿透性好，加热内外均匀，热辐射少，施工环境较好。加热范围是焊缝两侧150mm。关键构件焊接过程中要保持预热温度，连续焊完，焊后保温半小时，用保温措施缓慢冷却到常温。,（2）、工艺准备,2-3海洋平台结构焊接加工设计,2-3海洋平台结构焊接工艺,石油工程学院海洋工程系,六、焊前准备和焊后处理,2、焊后处理焊后工艺处理主要是焊缝修整、缺陷修整和焊后热处理。焊后工艺处理的目的，是提高焊缝金属和焊接接头的韧性和疲劳强度结构的疲劳寿命包括：裂纹生成、扩展和最终破坏三个阶段。其中裂纹生成阶段的时间取决于材质，主要是材料的屈服强度。对于焊接结构，由于焊接过程中会产生裂纹样的缺陷，它相当于一个具有尖锐缺口的试件，这时焊接结构的寿命主要是裂纹扩展的寿命，与材料的屈服强度基本上没有关系。因此，设法减少或消除焊接构件的焊缝缺陷，提高焊缝金属的韧性，就可以避免或延迟裂纹的发生和扩展，就是提高焊接接头的疲劳寿命。,2-3海洋平台结构焊接加工设计,2-3海洋平台结构焊接工艺,石油工程学院海洋工程系,六、焊前准备和焊后处理,（1）.焊缝修磨焊缝修磨的主要目的是消除因焊缝形状不良，以及焊趾与母材连接缺陷，从而降低应力集中。经日本三菱重工研究证明，修磨好的角焊缝，与未修磨的比较，应力集中系数减少2/3,其疲劳强度可提高40%。对接焊缝主要修磨角趾与母材过渡部分；角焊缝对焊缝形状以及角趾与母材过渡部分，都要修磨，以改善焊缝外形和消除趾部缺陷，使之与母材光滑过渡。,2、焊后处理,2-3海洋平台结构焊接加工设计,2-3海洋平台结构焊接工艺,石油工程学院海洋工程系,六、焊前准备和焊后处理,2、焊后处理,砂轮打磨机,砂轮修磨法用100cm直径砂轮（60150硅砂）直接打磨焊缝，适用于对接焊缝余高，快速、容易。缺点是不能磨掉所有缺陷。锥型砂轮磨光法用锥型砂轮打磨焊址，磨去基材0.5mm,再用砂轮磨光。这是打磨法中最有效的方法适用于角焊缝。缺点是耗用多，难于确保焊接质量。,气动砂轮机,2-3海洋平台结构焊接加工设计,2-3海洋平台结构焊接工艺,石油工程学院海洋工程系,六、焊前准备和焊后处理,2、焊后处理,（2）.焊缝熔修是将焊好的焊缝表面重新熔化修整，以光顺焊缝表面形状和去除焊趾缺陷，并使之光滑过渡。TIG重熔法也叫钨极惰性气体熔修，是用一个在喷嘴内的钨极去熔化焊缝表面的金属，以修整焊缝表面各焊道的凹凸不平，喷嘴喷出惰性气体（如Ar气）以保护熔化金属。对高强钢，当裂缝起始时改善效果明显。据研究表明，钨极惰性气体熔修可提高疲劳强度20%100%。熔修需要特殊的设备和供应惰性气体，难以适应外场作业环境。,2-3海洋平台结构焊接加工设计,2-3海洋平台结构焊接工艺,石油工程学院海洋工程系,六、焊前准备和焊后处理,2、焊后处理,（3）、焊后热处理焊后，为改善焊接接头的组织和性能或消除残余应力而进行的热处理，称为焊后热处理。焊后热处理的目的是：消氢、消除焊接应力、改善焊缝组织和综合性能。焊后消氢处理是指在焊接完成以后，焊缝尚未冷却至100以下时，加热焊接构件。对海洋结构物选用的碳锰钢进行焊后热处理时，温度为550C620C，保温时间按焊件最厚部位的尺寸，以每25mm保温1小时来确定。焊后消氢处理的主要作用是加快焊缝及热影响区中氢的逸出，对于防止低合金钢焊接时产生焊接裂纹的效果极为显著,2-3海洋平台结构焊接加工设计,2-3海洋平台结构焊接工艺,石油工程学院海洋工程系,六、焊前准备和焊后处理,2、焊后处理,消应力热处理是使焊好的工件在高温状态下，其屈服强度下降，来达到松弛焊接应力的目的。对较大构件个别部位可做局部消除内应力的焊后热处理，热处理时在焊缝两侧至少等于材料厚度的3倍区域内应保持规定的温度，隔热区外缘的温度应不超过300C焊后热处理对改善焊缝性能的效果与钢种材质、焊接方法、焊接空间等因素有关，强度较低的钢，焊后热处理性能变化显著，高强度高效果差一些。,（3）、焊后热处理,2-3海洋平台结构焊接加工设计,2-3海洋平台结构焊接工艺,石油工程学院海洋工程系,七、焊接检验,1、外观检验,（1）、焊接完成48小时后，在清除表面焊渣不涂防锈漆的状态下，报检验师检验。（2）所有的焊缝均应进行外观检验，焊波应均匀成鱼鳞状，焊缝边缘应平滑地过渡到母材。（3）、焊缝表面不应有裂纹、夹渣、未熔合和未焊透以及不允许存在的气孔、焊瘤、弧坑和咬边。（4）、对于焊缝外形尺寸应符合设计图纸要求：,海洋平台独处海上，环境恶劣，且深入水中，漏检一处缺陷，也可能导致整个设施破坏。如在海上发现，修补极为困难。因此务必在建造阶段严加检查，消除一切缺陷，防患于未然。,2-3海洋平台结构焊接加工设计,2-3海洋平台结构焊接工艺,石油工程学院海洋工程系,七、焊接检验,（1）焊前检验：焊材的正确使用，焊件清洁，焊接程序，焊工资格，预热（2）焊接过程监督检查焊接参数和程序，层间质量和温度控制（3）焊后检查接头外观、尺寸，无损检验，检验报告,海洋平台独处海上，环境恶劣，且深入水中，漏检一处缺陷，也可能导致整个设施破坏。如在海上发现，修补极为困难。因此务必在建造阶段严加检查，消除一切缺陷，防患于未然。,2-3海洋平台结构焊接加工设计,1、焊接检验责任：,2-3海洋平台结构焊接工艺,石油工程学院海洋工程系,七、焊接检验,外观检验（VT）射线验伤（RT）超声波验伤（UT）磁粉探伤（MT）渗透剂探伤（PT）,2-3海洋平台结构焊接加工设计,2、无损检验（NED）,焊缝无损检测是在不损坏工件或原材料工作状态的前提下，对被检验部件的表面和内部质量进行检查的一种测试手段。无损探伤一般应在焊后48小时进行，当焊件要求做焊后热处理时，无损探伤应在热处理后进行。,无损检验（NED）方法：,2-3海洋平台结构焊接工艺,石油工程学院海洋工程系,七、焊接检验,1、外观检验（VT）,（1）、焊接完成48小时后，在清除表面焊渣不涂防锈漆的状态下，报检验师检验。（2）所有的焊缝均应进行外观检验，焊波应均匀成鱼鳞状，焊缝边缘应平滑地过渡到母材。（3）、焊缝表面不应有裂纹、夹渣、未熔合和未焊透以及不允许存在的气孔、焊瘤、弧坑和咬边。（4）、对于焊缝外形尺寸应符合设计图纸要求：,2-3海洋平台结构焊接加工设计,2-3海洋平台结构焊接工艺,石油工程学院海洋工程系,2、焊缝无损检测,（1）、射线探伤（RT）射线探伤是利用射线的穿透性和直线性来探伤的方法。射线检测最主要的应用是探侧试件内部的宏观几何缺陷。一般用于一切关键构件的对接缝。板厚在37mm以下的可只用射线探伤，若板厚在37mm以上者，在用射线探伤后还应进行超声波探伤。,七、焊接检验,2-3海洋平台结构焊接工艺,石油工程学院海洋工程系,2、焊缝无损检测,七、焊接检验,(1)射线检测法能较直观地显示工件内部缺陷的大小和形状,因而易于判定缺陷的性质(2)射线底片可作为检验的原始记录供多方研究并作长期保存。射线检测缺点：（1）耗用的X射线胶片等器材费用较高，检验速度较慢。（2）只宜探查气孔、夹渣、缩孔、疏松等体积性缺陷，而不易发现间隙很小的裂纹和未熔合等缺陷以及锻件和管、棒等型材的内部分层性缺陷。（3）射线（x,射线）对人体有害，需要采取适当的防护措施,射线检测优点：,2-3海洋平台结构焊接加工设计,2-3海洋平台结构焊接工艺,2-3海洋平台结构焊接工艺,2-3海洋平台结构焊接工艺,石油工程学院海洋工程系,2、焊缝无损检测,七、焊接检验,（2）、超声波探伤（UT）通常，人耳能够感受到频率高于16赫兹、低于20000赫兹的声波，频率高于20000赫兹的叫做超声波。工业上常用超声波来探伤。超声波探伤适合于厚度较大、强度要求高而难以用射线探伤的焊缝，尤其是十字接头、T型接头以及各种形式组合接头。,2-3海洋平台结构焊接加工设计,2-3海洋平台结构焊接工艺,石油工程学院海洋工程系,2、焊缝无损检测,七、焊接检验,（1）超声波探伤比X射线探伤具有较高的探伤灵敏度、（2）超声波探伤成本低、灵活方便、效率高，对人体无害；（1）对工作表面要求平滑（2）对缺陷没有直观性；要求富有经验的检验人员才能辨别缺陷种类,超声波探伤优点：,超声波探伤优点：,2-3海洋平台结构焊接加工设计,2-3海洋平台结构焊接工艺,石油工程学院海洋工程系,2、焊缝无损检测,七、焊接检验,（3）、磁粉探伤（MT）：磁粉探伤是建立在漏磁原理基础上的一种磁力探伤方法。当磁力线穿过铁磁材料及其制品时，在其（磁性）不连续处将产生漏磁场，形成磁极。此时撒上干磁粉或浇上磁悬液，磁极就会吸附磁粉，产生用肉眼能直接观察的明显磁痕。因此，可借助于该磁痕来显示铁磁材料及其制品的缺陷情况。,磁粉探伤仪,2-3海洋平台结构焊接加工设计,2-3海洋平台结构焊接工艺,石油工程学院海洋工程系,2、焊缝无损检测,七、焊接检验,磁粉探伤的优点是：（1）对钢铁材料或工件表面裂纹等缺陷的检验非常有效;（2）设备和操作均较简单;（3）检验速度快，便于在现场对大型设备和工件进行探伤；（4）检验费用也较低。缺点是：（1）仅适用于铁磁性材料；（2）仅能显出缺陷的长度和形状，而难以确定其深度；,（3）、磁粉探伤：,2-3海洋平台结构焊接加工设计,2-3海洋平台结构焊接工艺,石油工程学院海洋工程系,2、焊缝无损检测,七、焊接检验,（4）、渗透剂探伤（PT）用一种带色的渗透性很强的液体，涂覆于零部件的表面。若表面有微裂纹，渗透剂在毛细管作用下,渗入表面缺陷内，在去除工件表面多余的渗透剂后,通过显象剂的毛细管作用将缺陷内的渗透剂吸附到工件表面形成痕迹而显示缺陷的存在,这种探伤方法称为渗透探伤，也称为着色探伤。磁粉探伤是对构件各种危险缺陷，如：焊接裂缝、疲劳裂缝、应力腐蚀裂缝，磨削裂缝等表面开口缺陷最简便而又有效的检测方法。,渗透探伤剂,2-3海洋平台结构焊接加工设计,2-3海洋平台结构焊接工艺,石油工程学院海洋工程系,2、焊缝无损检测,七、焊接检验,渗透检测的优点可检测各种材料；金属、非金属材料；磁性、非磁性材料具有较高的灵敏度（可发现：0.1m宽缺陷）；显示直观、操作方便、检测费用低渗透检测的局限性它只能检出表面开口的缺陷；不适于检查多孔性疏松材料制成的工件和表面粗的工件；渗透检测只能检出缺陷的表面分布，难以确定缺陷的实际深度，因而很难对缺陷做出定量评价。检出结果受操作者的影响也较大。,（4）、渗透剂探伤,2-2海洋平台结构焊接工艺,2-3海洋平台结构焊接加工设计,2-3海洋平台结构焊接工艺,钢结构焊接检验方法及比例,石油工程学院海洋工程系,2、焊缝无损检测,七、焊接检验,对接焊构件的无损检测规定如下：特殊构件的焊缝或由特殊构件和主要构件连接的焊缝，应进行100超声波检测。同时根据构件工作环境和板厚等情况再进行1020射线检测和20100磁粉检测。主要构件的焊缝或由主要构件和一般构件连接的焊缝，应进行1020超声波检测和1020磁粉检测，如超声波检测检查有疑问时，应用射线检测进行复查；次要构件的焊缝应进行05超声波检测和05磁粉检测主要的对接焊缝交叉点(T字形或十字形)应进行射线检测。,2-3海洋平台结构焊接加工设计,2-3海洋平台结构焊接工艺,石油工程学院海洋工程系,2、焊缝无损检测,七、焊接检验,（2）K、T、Y型节点焊缝或填角焊缝1)特殊构件之间或由特殊构件与主要构件之间焊缝应100%磁粉检测和100%超声波检测；2)主要构件之间或由主要构件与次要构件之间的焊缝应20%磁粉检测和20%超声波检测；3)次要构件之间的焊缝应5%磁粉和5%超声波检测。,2-3海洋平台结构焊接加工设计,2-3海洋平台结构焊接工艺,石油工程学院海洋工程系,1、焊接事故发生的主要类别,八、焊接生产安全与劳动保护,火灾和爆炸；触电；灼伤；急性中毒；高空坠落；物体打击,2-3海洋平台结构焊接加工设计,2、焊接安全与卫生相关标准和法规,国内：焊接与切割安全；特种作业人员安全技术考核管理规定弧焊设备安全要求等国外：焊接、切割设备及有关的工艺规程，电弧敷设时的劳动保护等,2-3海洋平台结构焊接工艺,石油工程学院海洋工程系,3、焊接安全技术,八、焊接生产安全与劳动保护,2-3海洋平台结构焊接加工设计,（1）、电焊设备、工具的操作安全,电焊机：必须有独立的专用电源开关，严禁多台焊机共用一个开关。焊机必须平稳地放在通风干燥的地方，搬动时防止剧烈碰撞。焊机外露部分必须做好防护。电缆：外皮完整，绝缘良好。禁止与油、脂等易燃物质接触尽量使用整根导线。电焊钳：良好的绝缘隔热性能禁止将过热的焊钳直接放冷水中冷却,2-3海洋平台结构焊接工艺,石油工程学院海洋工程系,3、焊接安全技术,八、焊接生产安全与劳动保护,2-3海洋平台结构焊接加工设计,（2）、焊接施工安全防护,戴防护面具、绝缘手套，穿绝缘鞋六级以上大风时一般不进行露天和高空焊接施工焊接作业点10米之内、高空作业下方、焊接火星所及范围内，彻底清除易燃易爆危险品。没有特殊措施不得在有内有压力的容器或管道上焊接。焊接作业场所应配备一定的消防设施。,2-3海洋平台结构焊接工艺,石油工程学院海洋工程系,概述：石油平台，导管架、海底管线等装置常年在极为恶劣的海上工作，尽管规范在设计制造、材料选用、焊接施工等都提出了严格的质量要求，但在安装和运行过程中难免会损坏，不但会造成经济损失，还可能会造成严重的环境灾难，必须尽快修复。然而，损坏部位移出海面修复几乎不可能，为缩小维修周期，降低维修成本，采用水下焊接技术进行修复将是一种必然的选择。,2-3海洋平台结构焊接加工设计,九、水下焊接技术,2-3海洋平台结构焊接工艺,石油工程学院海洋工程系,1、水下焊接的基本问题（1）、能见度差光在水中的衰减，水下焊接时电弧产生气泡和烟雾、光的折射造成目标偏差，实际焊接基本属于“盲焊”，焊接质量难以保证。（2）、气孔多、氢含量高水下电弧焊接引起水的汽化和蒸发，产生大量的气孔。水下电弧高温使部分水产生热分解，导致溶解到焊缝中的氢含量增加，超过容许值即会产生氢致裂纹。直接在水中焊接，接头质量难以保证。,2-3海洋平台结构焊接加工设计,九、水下焊接技术,2-3海洋平台结构焊接工艺,石油工程学院海洋工程系,1、水下焊接的基本问题（3）、冷却速度快水下焊接，焊缝和热影响区温度下降极快，导致淬硬组织产生，接头韧性变差。（4）、压力的影响水深增加，水下环境压力随之增加。压力增加对焊接过程的工艺特性、焊缝性能及焊缝的化学成分都会产生不利的影响。（5）、连续作业难以实现受水下环节环境的影响，焊接连续作业几乎不可能，一般是焊一段、停一段。造成焊缝不连续,2-3海洋平台结构焊接加工设计,九、水下焊接技术,2-3海洋平台结构焊接工艺,石油工程学院海洋工程系,2、现有的水下焊接方法和特点到目前为止，世界各国已研究的水下焊接方法有二十多种，本质上还是采用陆地上常用的电弧熔焊，但为了消除水对焊接过程的影响，必须采用不同的手段和方法。一般有湿法、干法和局部干法。（1）、湿法焊接不采用任何挡水措施，在水和电弧之间无任何机械屏障，潜水焊工在环境水压下进行焊接。,2-3海洋平台结构焊接加工设计,九、水下焊接技术,2-3海洋平台结构焊接工艺,石油工程学院海洋工程系,2、现有的水下焊接方法和特点（1）、湿法焊接水下焊条电弧焊潜水焊工使用带防水涂料的焊条和为水下焊接专门设计或改制的焊钳进行水下焊接。美、英、德等国研制的专利水下焊条，在焊条药皮中加入一些Mn，Ti，B和稀土元素，改善了焊接过程中的焊接性能，一定程度上提高了水下焊接质量。药芯焊丝自动焊由英国、乌克兰等国研制了一套水下湿法药芯焊丝焊接的送丝机构，控制系统及焊接工艺，药芯焊丝金属与焊药配合，在热量上更为有效，用于深水焊接，优点更为突出。由于湿法焊接难以得到质量好的焊接接头，因此还不能用于焊接重要的海洋工程结构，工作水深基本在100200米之间。,2-3海洋平台结构焊接加工设计,2-3海洋平台结构焊接工艺,石油工程学院海洋工程系,2、现有的水下焊接方法和特点,（2）、工作室（高压）干法焊接把包括焊接部位在内的较大范围内的水人为地排干，使潜水焊工能在水下一个大型干式气室中焊接。工作室内的压力始终大于水深压力，焊接作业区完全与水隔离。多用于深水，需要预热或焊后热处理的材料，或质量要求很高的焊接。是当前水下焊接质量最好的焊接方法之一,2-3海洋平台结构焊接加工设计,2-3海洋平台结构焊接工艺,石油工程学院海洋工程系,2、现有的水下焊接方法和特点,高压干法焊接局限性:（1）气室往往受到工程结构的形状、尺寸、位置的限制，适用范围有限，目前仅适用于海底管线等规则焊缝的焊接。（2）配套工作系统复杂，水面支持队伍庞大，施工成本高。（3）水下压力影响，使得电弧特性、焊接工艺受影响。（3）常压干法焊接在很深的水下，焊工仍然与在陆地一样的大气压下焊接，排除了水深的影响。但设备造价更为昂贵，一