海洋工程钢结构焊接横向裂纹产生原因及控制措施

海洋工程钢结构焊接横向裂纹产生原因及控制措施

袁建松 谢鹏 于贵涛

海洋石油工程 (青岛 )有限公司 山东青岛 266580

摘要：现如今，中国不断加大海洋油气等资源的开发力度，海洋工程钢结构作为主流开发载体不断趋向复杂化、多样化，而随着开发水深增加、开发周期增长，对于海洋工程钢结构寿命、焊接质量要求也越来越高。焊接横向裂纹由于其本身的特点，逐渐成为热点讨论的焊接质量缺陷之一，文章结合作者自身工作经历对焊接横向裂纹产生原因及控制措施进行了分析。

关键词：海洋工程；钢结构焊接；横向裂纹；产生原因；控制措施 

引言

海洋工程钢结构作为目前海洋油气资源开发的主流载体，其质量情况关乎整个油气资源开发的周期、成本甚至成败，而焊接横向裂纹是诸多质量缺陷中危害比较大的一种，在近些年的海洋工程钢结构施工中愈发常见，本文将从横向裂纹的特点及危害、产生原因和控制措施几个方面对其进行分析。

1海洋工程钢结构焊接特点和要求

海洋工程结构焊接的特点主要包括以下几点：（1）焊接材料的选择。考虑到焊接冷裂缝和热影响区的韧性，一般焊条多采用低氢型和超低氢型碱性焊条。（2）为了保证焊缝韧性、疲劳寿命和抗脆断性，焊接工艺参数设置一定要适中。（3）对于中厚板和厚的结构件，焊接前一定要预热，以防止在焊接时发生裂纹。（4）重要部件和部位焊接后应进行热处理或局部热处理。（5）承受交变应力的角焊缝需要熔修，以修整焊缝和消除表面缺陷，减少应力集中，提高焊缝的疲劳寿命。海洋工程结构工作特殊，对焊缝的要求很高，主要包括余高、包角、焊趾过渡、焊缝设计形式、全焊透焊缝焊接注意事项和焊接顺序。余高对焊缝起到增加强度的作用，通常控制在3-5mm，余高过高会造成焊缝横向不连续，在焊趾处容易引起应力集中等缺陷。包角是焊接过程中必须考虑的问题，一条焊缝是否焊接完成主要看包角包得是否完美。包角会给焊缝质量留下隐患，通常包角会有气孔、夹渣和未熔合等缺陷，可能引起焊缝从包角处出现裂纹从而进行扩散，造成焊缝断裂。

2海洋工程钢结构焊接横向裂纹产生的原因

2.1母材的影响

焊接过程中出现横向裂纹，受到钢材母材的影响。经过对海洋工程中的焊接横向裂纹产生的现象进行大面积的资料收集，从这些工程中使用的钢材质量中进行对比分析，得出结论，在钢结构施工中使用的钢材母材中如果含碳量较大，则在这样的钢材中进行焊接，比较容易发生横向裂纹的焊接缺陷。因此，在进行具体海洋工程施工的过程中，要对钢结构中使用的钢材含碳量进行必要的分析，要使用在标准范围内的钢材，从源头上减少出现横向裂纹焊接问题的发生。

2.2焊材的影响

2.2.1杂质

埋弧焊和药芯焊都有药粉(剂)，如果药粉(剂)纯度不足或本身带有杂质，就会影响焊缝性能，在这一环节不能完全排除有些焊材厂家偷工减料，使用不合格材料的可能性，需要做好焊材选用筛查。此外，埋弧焊在焊接的过程中回收没有熔化的药粉时，会同时把钢板氧化物(氧化皮)、其它杂质、焊渣、沙尘粉末等一并吸收回料斗之中，造成污染。

2.2.2保存及使用不当

焊材储藏和使用方法不当很容易令焊材受潮，而焊材受潮是焊道产生裂纹的主要原因之一。无论是普通包装还是真空包装，无论是何种品牌的焊材，都明确规定了储存条件，如果在运输、流转过程中没有做到妥善保存，则很容易令焊材受潮。在使用过程中，如果没有严格遵守相应的保管、烘干要求，对于未使用完的焊材处置不当，也会造成焊材受潮。从而导致在焊接过程中出现横向裂纹。

2.2.3焊接过程操作不当

焊接过程操作是其中最主要的原因。海洋工程钢结构焊接都需要有一套完整、成熟的施工工艺程序和技术规定，其中包括：焊接方法、焊前预热温度、组对要求、焊接材料、焊接设备、焊接顺序、焊接工艺参数以及焊后处理等，此外还有对焊接人员资质、焊接施工环境、返修工艺等等多方面要求，而容易导致焊接横向裂纹的情况主要有以下几种：(1)坡口角度间隙过小。(2)防雨、防潮措施不到位，尤其在阴雨天气或湿度较大的环境进行焊接作业时。(3)焊道表面油污、水迹未清除干净。(4)在返修作业后没有将碳化物清除干净。(5)CO²气体的含水量超标，气刨的压缩空气含水量超标。(6)焊前预热温度不够。(7)焊接线能量过大。(8)焊后热处理不当。

2.3应力的影响

在海洋工程钢结构焊接过程中出现横向裂纹的现象，也受到一定应力的影响。比如在进行钢结构的焊接过程中，由于钢结构的特殊性或者是焊接的顺序发生了错误，会造成结构中的残留应力和焊接应力太大，但是无法得到及时的释放，一旦焊缝的适应力受到了冲击，会出现横向裂纹的现象。在当前的海洋工程钢结构焊接中，由于应力影响发生的横向裂纹主要存在于立柱环板、吊机立柱环板等闭合的结构中。

3海洋工程钢结构焊接横向裂纹的控制措施

3.1提高母材的质量

针对产生横向裂纹的钢材自身影响，在进行预防的时候，要根据不同的海洋工程施工要求进行具体的选择。比如在相对复杂的深海区域，进行海洋工程的钢结构施工，一定是需要含碳量较高的高强度钢材进行施工的，但是具体的在这种钢材施工过程中，要开展怎么样的焊接工艺，要进行具体的研究，尽量减少横向裂纹的产生，做好防护工作。而针对普通的钢结构焊接过程中，主要要根据一定的含碳量标准进行检查，确保在标准范围内使用，减少母材的影响。

3.2焊材控制

严选焊材，选用有品牌保证、信誉良好厂家的焊材。建立一级库二级库制度，制定完善的焊材保管和使用、回收制度，避免焊材受潮、过期等情况发生。保证药剂(粉)纯净度，尤其要在回收环节重点控制。

3.3焊接过程控制

构建安全舒适的焊接环境，做到防风、防雨、防雪、防潮，密闭空间做到通风透气，光照充足。严格执行焊工资质准入制度，对于容易出现横向裂纹的焊接位置，选用相关经验丰富的焊工进行焊接。在组对环节，要调整合适的坡口角度和坡口间隙。焊前严格清理焊缝表面污渍，如油污、水渍、铁锈等，如果有气刨作业，应将表面碳化物处理干净。严格控制CO²气体的含水量以及气刨的压缩空气含水量。严格执行焊接工艺，焊前做好预热工作，焊接过程中严格控制电流、电压、焊接速度等要素，焊后要做好保温缓冷消氢工作(一般使用保温棉、电加热毯)。定期保养焊机、焊枪，定期校验焊机电流表和电压表。

3.3消除应力影响

在进行预防横向裂纹产生的措施中，要对应力的影响进行必要的消除。比如在进行设计的过程中，可以将环板结构进行分割，利用将整体分开的操作来有效的释放应力，达到消除应力的效果，减少横向裂纹的产生。又比如，在进行焊接的过程中，调整焊接的顺序，可以使用分散焊接的方法来代替一个方向焊接的不良影响，均匀的将各种焊接的应力作用有效分散，实现了释放焊接应力的效果，减少横向裂纹的产生。

结语

通过对海洋工程钢结构焊接横向裂纹产生原因及控制措施的分析，我们能够更加清楚地认识到横向裂纹的特点及危害性，也希望能够引起广大海洋工程从业者的重视和关注，在实际施工过程中，我们要逐条排查其各项可能的诱发因素，并严格控制每一项步骤和措施，将横向裂纹扼杀在摇篮中，保证我们的海洋工程钢结构高质量完成，平稳安全地在海上运行，为我国海洋油气资源开发奠定坚实基础。

参考文献

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