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海洋工程鋼結(jié)構(gòu)焊接質(zhì)量缺陷及其解決措施

Summary:在海洋工程建設(shè)中,鋼結(jié)構(gòu)施工非常重要。焊接是海洋工程鋼結(jié)構(gòu)制造的核心技術(shù),而如何提高焊接質(zhì)量是其制造類(lèi)企業(yè)永恒的課題。作為鋼結(jié)構(gòu)連接的關(guān)鍵因素,焊接質(zhì)量受多種因素影響,可能出現(xiàn)各類(lèi)缺陷,削弱甚至破壞鋼結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和穩(wěn)定性,對(duì)企業(yè)安全生產(chǎn)造成嚴(yán)重威脅。因此,文章從檢驗(yàn)和管理的角度出發(fā),深入剖析焊接質(zhì)量缺陷類(lèi)型及機(jī)理,并針對(duì)性地提出解決措施。Keys:海洋工程鋼結(jié)構(gòu);焊接質(zhì)量缺陷;解決措施引言我國(guó)的海洋石油開(kāi)采工作已經(jīng)從以前的淺水逐漸變?yōu)樯钏I(lǐng)域,海洋石油平臺(tái)結(jié)構(gòu)愈發(fā)復(fù)雜和繁瑣,其對(duì)質(zhì)量要求也越來(lái)越高。海洋石油平臺(tái)鋼結(jié)構(gòu)的焊接質(zhì)量直接影響著海洋石油平臺(tái)的質(zhì)量,關(guān)系著工作人員的生命安全,也影響著工作人員的工作開(kāi)展和基本生活。海洋石油平臺(tái)結(jié)構(gòu)復(fù)雜,焊接的工作量較大,焊接節(jié)點(diǎn)較為困難,微小細(xì)節(jié)越來(lái)越多,許多元件厚度增加,危險(xiǎn)性也越來(lái)越大,這也就進(jìn)一步增強(qiáng)了焊接工作的難度,因此,海洋石油平臺(tái)要關(guān)注其焊接技術(shù)和焊接質(zhì)量,不斷提高相關(guān)人員的專(zhuān)業(yè)水準(zhǔn),更新檢驗(yàn)方法。1海洋平臺(tái)鋼結(jié)構(gòu)的構(gòu)成一般情況下,海洋平臺(tái)鋼結(jié)構(gòu)主要由海上平臺(tái)立柱、平臺(tái)支撐梁、平臺(tái)支撐桿以及平臺(tái)甲板等部分構(gòu)成。海上平臺(tái)的這些組成部分主要是通過(guò)各類(lèi)型型號(hào)的型鋼、角鋼以及鋼板的焊接而成,此外,還有一部分結(jié)構(gòu)是通過(guò)節(jié)點(diǎn)的異型鋼和箱梁焊接制作而來(lái)。所以,在海洋平臺(tái)鋼結(jié)構(gòu)焊作業(yè)過(guò)程中,首先必須對(duì)鋼結(jié)構(gòu)焊接材料的區(qū)分管理和保存,對(duì)材料的使用和消耗一定要科學(xué)規(guī)范管理,繼而進(jìn)一步提高鋼結(jié)構(gòu)焊接質(zhì)量管理。2焊接質(zhì)量缺陷類(lèi)型及產(chǎn)生原因2.1裂紋裂紋是指焊接區(qū)域的金屬原子結(jié)合力遭到破壞,在微觀(guān)視界形成新界面,在宏觀(guān)視界中表現(xiàn)為裂縫的現(xiàn)象。對(duì)于裂紋來(lái)說(shuō),其具有長(zhǎng)寬比大和可生長(zhǎng)的特征,按形態(tài)可分為縱向裂紋、橫向裂紋、弧坑裂紋、焊趾裂紋、焊根裂紋等,是鋼結(jié)構(gòu)制造行業(yè)中最嚴(yán)重的焊接質(zhì)量缺陷,嚴(yán)重影響產(chǎn)品的使用壽命。母材淬硬傾向越大,越易產(chǎn)生冷裂紋;接頭氫含量越高,裂紋的敏感性越強(qiáng),越易產(chǎn)生氫裂紋,且有裂紋延遲出現(xiàn)的特征;預(yù)熱緩冷不均勻,熱應(yīng)力釋放不均勻?qū)е履覆膬?nèi)部應(yīng)力集中,易產(chǎn)生裂紋;熱輸入過(guò)大時(shí),會(huì)引起近縫區(qū)的晶粒粗大,降低材料的抗裂性能,熱輸入過(guò)小時(shí),則易使熱影響區(qū)淬硬,不利于氫的逸出;母材過(guò)厚,易沿厚度方向產(chǎn)生Z向應(yīng)力;母材硫、磷含量較高時(shí),易在焊接后形成低熔點(diǎn)共晶體,該組織在應(yīng)力作用下極易形成結(jié)晶裂紋;母材組對(duì)工藝不當(dāng),可導(dǎo)致鋼結(jié)構(gòu)連接受力不均,出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象;焊接區(qū)域存在水、油、銹等污物,這些污物高溫環(huán)境下發(fā)生化學(xué)反應(yīng),易在焊接區(qū)域產(chǎn)生大量擴(kuò)散氫,很容易造成在焊接區(qū)域產(chǎn)生氫裂紋,對(duì)鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性造成致命威脅。2.2焊接變形出現(xiàn)的形式海上平臺(tái)鋼結(jié)構(gòu)焊接變形主要出現(xiàn)在兩個(gè)環(huán)節(jié)上:一個(gè)環(huán)節(jié)是鋼結(jié)構(gòu)焊接過(guò)程中,另一個(gè)環(huán)節(jié)是鋼結(jié)構(gòu)焊接完成后。鋼結(jié)構(gòu)焊接過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生殘余應(yīng)力繼而導(dǎo)致焊接殘余變形的缺陷出現(xiàn),而對(duì)海上鋼結(jié)構(gòu)焊接質(zhì)量影響最大的恰恰是焊接殘余變形。焊接殘余變形又分鋼結(jié)構(gòu)整體變形和鋼結(jié)構(gòu)局部變形,而這兩種焊接變形對(duì)鋼結(jié)構(gòu)焊接質(zhì)量的影響程度差異又很大,整體變形帶來(lái)的不利影響程度要大于局部變形帶來(lái)的不利影響程度。其中,整體焊接變形是海上鋼結(jié)構(gòu)焊接過(guò)程中最為常見(jiàn)的一種形式,對(duì)海上鋼結(jié)構(gòu)焊接質(zhì)量產(chǎn)生較大的不利因素。此外,根據(jù)焊接變形的特點(diǎn)不同,焊接變形還可以分為彎曲、收縮以及扭曲三種變形。海上平臺(tái)鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件建造過(guò)程中,構(gòu)件之間的焊接是通過(guò)局部加熱來(lái)實(shí)現(xiàn)。鋼結(jié)構(gòu)在焊接過(guò)程中局部產(chǎn)生的熱量極易出現(xiàn)受熱不均勻或者局部加熱不徹底的情況,導(dǎo)致鋼結(jié)構(gòu)在焊接過(guò)程中因發(fā)生鋼結(jié)構(gòu)熱脹冷縮等物理變化而出現(xiàn)構(gòu)件受熱不均,構(gòu)件主體冷熱不均,繼而導(dǎo)致焊接后的鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面尺寸發(fā)生變化,最終導(dǎo)致海上鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件焊接出現(xiàn)質(zhì)量缺陷。這種局部焊接加熱導(dǎo)致的焊接質(zhì)量缺陷如果不采取有效的措施進(jìn)行控制,質(zhì)量缺陷很容易由局部向整體傳遞,局部缺陷通過(guò)不斷累積擴(kuò)大直接影響了鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件結(jié)構(gòu)主體的平面度、直線(xiàn)度、主尺度以及橢圓度等鋼結(jié)構(gòu)關(guān)鍵參數(shù),繼而導(dǎo)致了海上平臺(tái)鋼結(jié)構(gòu)焊接出現(xiàn)整體質(zhì)量缺陷。3海洋工程鋼結(jié)構(gòu)焊接質(zhì)量控制措施

3.1焊接變形質(zhì)量控制大型鋼結(jié)構(gòu)通常情況下都會(huì)在工廠(chǎng)預(yù)制,制作完畢以后運(yùn)輸至現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行直接安裝。因?yàn)楝F(xiàn)場(chǎng)安裝作業(yè)的進(jìn)行會(huì)受到設(shè)備條件的制約,加之高空作業(yè)會(huì)將調(diào)整難度加大,所以這對(duì)工廠(chǎng)預(yù)制環(huán)節(jié)節(jié)段幾何精度的控制提出較為嚴(yán)格的要求。舉例而言,南京三橋鋼塔階段橫橋向以及縱橋向?qū)挾绕畈荒艹^(guò)2mm,對(duì)角線(xiàn)以及扭轉(zhuǎn)的偏差則應(yīng)控制在3mm以?xún)?nèi),此外,相鄰節(jié)段匹配尺寸偏差不可以超過(guò)2mm。以前,在完成對(duì)大型鋼結(jié)構(gòu)的焊接任務(wù)以后,焊接變形以及幾何精度的控制多通過(guò)熱矯來(lái)完成,然而如果熱矯次數(shù)太多或比較頻繁,鋼材的性能會(huì)在一定程度上受到不利影響,所以,需要盡可能地在制作環(huán)節(jié)對(duì)主動(dòng)以及事先控制等相關(guān)措施加以運(yùn)用,避免焊接變形現(xiàn)象的出現(xiàn),為制作精度提供可靠保證。(1)針對(duì)板塊制作,利用反變形胎架、剛性約束以及雙噴嘴頭CO2氣體保護(hù)自動(dòng)焊焊接對(duì)稱(chēng)焊接工藝,實(shí)現(xiàn)對(duì)焊接變形現(xiàn)象發(fā)生率的有效降低。(2)針對(duì)板單元對(duì)接焊縫,如果板的厚度比較小,則采用單面焊接雙面成型工藝;如果板的厚度比較大,則進(jìn)行雙面坡口的調(diào)整,以此降低焊接填充量,除此之外,預(yù)設(shè)反變形、馬板剛性約束以及埋弧自動(dòng)焊雙面焊技術(shù)的采用同樣有利于焊接變形現(xiàn)象的規(guī)避。(3)針對(duì)節(jié)段變形,為了對(duì)鋼塔以及箱體階段的焊接變形進(jìn)行有效控制,需要以結(jié)構(gòu)和焊縫表現(xiàn)出來(lái)的特點(diǎn)、實(shí)際分布情況以及變形走向等相關(guān)因素為依據(jù)進(jìn)行焊接變形約束工裝的設(shè)計(jì)及制作,尤其是針對(duì)與端口位置比較近且沒(méi)有熔透的焊縫,在施焊以前需要進(jìn)行有較大剛性的焊接變形約束工裝的設(shè)置。3.2海洋平臺(tái)鋼結(jié)構(gòu)焊接過(guò)程的質(zhì)量控制海洋平臺(tái)焊接過(guò)程中存在許多問(wèn)題,焊接質(zhì)量必須嚴(yán)格控制。這樣的工作機(jī)制和質(zhì)量控制保證有關(guān)人員的安全。鋼結(jié)構(gòu)材料的質(zhì)量的切實(shí)保障也進(jìn)一步保證了鋼結(jié)構(gòu)的質(zhì)量,在焊接過(guò)程中的質(zhì)量檢測(cè)工作困難的問(wèn)題也迎刃而解。此外,在焊接中,焊接人員應(yīng)認(rèn)真對(duì)待,選擇更多的焊接專(zhuān)家,焊接企業(yè)應(yīng)嚴(yán)格選擇相關(guān)人員,以加強(qiáng)石油平臺(tái)海軍技術(shù)力量.弧焊的重要手段之一是焊接技術(shù)。在一定程度上影響了焊接質(zhì)量,使焊接過(guò)程中的焊接設(shè)備達(dá)到一定的完善和優(yōu)化,是保證焊接過(guò)程順利進(jìn)行的必由之路。所謂目視檢查,就是對(duì)焊接質(zhì)量進(jìn)行全面檢查,及時(shí)糾正焊接細(xì)節(jié),從而大大提高焊接質(zhì)量。在具體的檢驗(yàn)過(guò)程中:技術(shù)人員需要使用焊工檢驗(yàn)尺來(lái)測(cè)量焊接殘余物,通常殘余高度小于3.2mm,但不小于母材;角焊縫設(shè)計(jì)尺寸的精確測(cè)量和校核應(yīng)根據(jù)焊接施工圖進(jìn)行,以避免角偏差,影響施工效果;對(duì)磨削后的焊縫進(jìn)行詳細(xì)檢查,包括表面是否有小孔,焊縫是否有殘余小裂紋,如發(fā)現(xiàn)問(wèn)題,有關(guān)人員應(yīng)及時(shí)處理滿(mǎn)足原標(biāo)準(zhǔn)和要求,確保石油平臺(tái)鋼結(jié)構(gòu)的安全穩(wěn)定。3.3焊接設(shè)備的養(yǎng)護(hù)要想做好海洋石油平臺(tái)鋼結(jié)構(gòu)焊接質(zhì)量控制工作,焊接設(shè)備的修護(hù)與保養(yǎng)是必不可少的工作內(nèi)容,焊接設(shè)備是開(kāi)展焊接工作的根基,高質(zhì)量的焊接設(shè)備是開(kāi)展焊接工作的重要前提,一旦在焊接工作的過(guò)程中某一環(huán)節(jié)的焊接設(shè)備出現(xiàn)了運(yùn)行問(wèn)題,那么就會(huì)耽誤焊接工作,嚴(yán)重影響到焊接工作的質(zhì)量?;诖?,在進(jìn)行焊接工作前,相關(guān)人員要對(duì)焊接設(shè)備進(jìn)行全面的調(diào)試,我是進(jìn)而確保焊接設(shè)備的正常運(yùn)行,除此之外,還要對(duì)焊接設(shè)備進(jìn)行定期的維修與保養(yǎng),確保焊接工作能夠順利無(wú)誤地開(kāi)展。結(jié)語(yǔ)對(duì)于海洋工程鋼結(jié)構(gòu)加工行業(yè)來(lái)說(shuō),焊接質(zhì)量是企業(yè)最關(guān)心的參數(shù)。而對(duì)于不同企業(yè)來(lái)說(shuō),焊接人員技能水平參差不齊,所在區(qū)域的焊接環(huán)境差異較大,焊接管理制度和執(zhí)行情況不一,采辦原料質(zhì)量難以保障,這些都可能導(dǎo)致焊接質(zhì)量出現(xiàn)問(wèn)題。這些導(dǎo)致焊接質(zhì)量缺陷的原因多種多樣,涉及各環(huán)節(jié),難以下手解決。但通過(guò)對(duì)各原因的特征屬性分析可知,這些原因都可歸根于焊接過(guò)程質(zhì)量管理。因此,海洋工程鋼結(jié)構(gòu)加工企業(yè)需從原料質(zhì)量、焊接管理、人員水平、過(guò)程保護(hù)等方面加強(qiáng)焊接過(guò)程管理,提升鋼結(jié)構(gòu)焊接質(zhì)量,為企業(yè)安全生產(chǎn)保駕護(hù)航。Reference[1]宋洪波.海洋石油平臺(tái)鋼結(jié)構(gòu)焊接質(zhì)量控制與檢驗(yàn)方法研究[J].云南化工,2020,47(10):3.[2]王政嚴(yán).海洋石油平臺(tái)鋼結(jié)構(gòu)焊接質(zhì)量控制及檢驗(yàn)研究[J].云南化

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