摘要

海洋工程市场有着广阔的前景。据国际著名的海洋油气项目设备市场咨询调研机构—美国IMA最近发表的市场调研报告称：最新统计，世界海底石油总蕴藏量有1400亿—2000亿吨。未来5年，将有109个海上油气项目计划开发。全球海洋油气投资额近2000亿美元。虽然，受全球金融危机影响，油价下跌，但长期来看，石油供应紧张的局面并没有发生改变。全球大型石油公司油气田开发目标已向深海及靠近北极的海域拓展，随着海上大型油气田的勘探发现和海洋工程科技的飞速发展，深海钻采设备呈现出大型化趋势。另外，中国深海油气资源90%尚未勘探开发，极具开发潜力。国内四大石油公司纷纷投巨资进口先进的海上油气田开发生产设备，以开采海洋石油。随着深海油田的逐步开采，必将需要海洋工程船舶。

关键词：返修措施；合理的焊接顺序和方向；工艺要求

概 述

SEVAN650圆筒型超深海钻井平台是南通中远船务承接的第一个大型海洋工程项目。1号船是FDSO,2号船是FDO。筒体最大直径85米，型宽75米，主体高度将达135米。该型钻井平台采用国际先进的概念设计，集高自动化，高集成度，高安全性，多冗余于一身，配备精确定位的DP3系统，具备自航和动力定位功能，是世界最先进的深海钻井平台之一。

内 容

现场进行UT时，发现肘板和主板的T型坡口焊缝有横向裂纹，经过分析，此裂纹为横向延迟裂纹。

一、裂纹产生的原因

延迟裂纹的发生，主要与焊缝中扩散氢含量、接头所承受的拉应力以及由材料淬硬倾向决定的，是三个因素共同作用的结果。

1. 材料特性

E36, 进厂原材料（包括焊材和母材）经过我们严格复检，化学成分和力学性能均满足DNV的要求。

E36钢板，组织为针状铁素体和少量珠光体。碳当量0.36％ ～ 0.43％，而当Ceq大于0.15％就有氢致裂纹倾向，材料本身具有一定的淬硬倾向，施焊前必须对母材进行预热，焊接过程中应严格控制焊接参数，线能量和层间温度等，并在焊后缓冷或及时进行消氢处理，消应力热处理（有条件下），否则焊接金属和热影响区中易产生淬硬组织，使冷裂纹倾向增加。由于母材较厚,刚度和拘束度较大，在施焊过程中，如果忽视了以上各种因素，则更易产生裂纹。

2 .  焊接接头的组织分析 

经过复查PQR理化试验数据，在焊缝根部冲击韧性相对低些，但足以满足标准要求。根部的硬度相对也较大一些，但都不大于280HV，可知淬硬的马氏体组织应该很少。

但在冬季对肘板进行焊接，现场环境温度很低，冷却速度快，而且焊后没有缓冷，材料淬硬倾向增大，使焊缝更容易出现的淬硬组织。

二氧化碳焊接时，可能热输入大，焊道厚度大,热输入更大，导致过热区尺寸大，对前道打底焊道影响更大，粗大的晶粒增多，粗大的晶粒将使焊接接头区韧性降低。

另外，微量有害元素偏聚也会导致韧性降低和冷脆。

3.  焊接接头的含氢量

含氢量的增加的几点原因分析 

3.1可能对焊剂没有进行良好烘干和保温，焊剂使用时，暴露在大气中，吸收水气，没经过再次烘干而使用。

3.2冬季焊接，雾气多，湿度大；

3.3母材较厚，虽然第一道进行了预热，但施焊季节为冬季，焊缝长度较长，每道焊缝焊接的周期长，焊缝和热影响区的冷却速度较快，层间温度不能很好的保证在工艺范围内。加之焊后消氢处理不及时，使氢在接头的焊道层以下富集。

4.  拘束度和残余应力

首先，结构的刚度较大。分包方可能没有严格的遵守焊接工艺规程，而采用较大的焊接线能量，造成高温时收缩量大，而在冷却收缩过程中，形成更大的残余应力。

从结构上焊缝的分布和尺寸来分析，此处焊缝长度较长，采用FCAW多层多道焊，每焊一道，都将将产生较大的纵向应力，若同道焊缝焊接顺序相反，横向应力可以抵消一些，但纵向残余应力总是叠加的。

5. 分析

根据现场的实际情况分析，主要是以上原因导致延迟裂纹的产生。

焊缝高含氢量在低应力下就会诱发出裂纹，而低含氢量需要高应力下才达到诱发裂纹状态。含氢量及应力都低时，在长时间才能达到裂纹产生条件。材料的韧性储备起到调节作用，当材料的变形能力高，缺口敏感性低时，只有在更高应力更多含氢量下才能产生延迟裂纹。

横向裂纹主要从焊缝底部及指状熔深两侧拐角起裂并往上扩展，小裂纹优先起裂于焊缝底部，多裂纹源起裂的不同裂纹面相交形成明显的撕裂台阶。

二、返修措施

1  清除裂纹

1.1 对焊缝做UT，确定缺陷的深度和具体位置。如有缺陷存在，对缺陷存在部位注明标记，以便碳刨工人明确修补范围。

1.2 选用有经验的碳刨工。

1.3 碳刨前，将焊接接头两侧的母材至少100mm的范围内加热到100℃以上。

1.4 选用适当直径的碳棒和电流, 刨成椭圆槽，坡口成U型或V型，坡口角度至少22.5°。碳刨后，打磨消除渗碳层，露出金属光泽，坡口面要打磨平滑。打磨过程中，不需要保持这个温度。裂纹清除后，做MT，在确认裂纹全部清除后，将坡口修磨光滑，并将槽内的污物去除干净。

1.5 刨削前，若焊缝中的裂纹扩展到母材中，裂纹的两端打上止裂孔，以防止刨削过程中裂纹的扩展。.

1.6 返修焊缝坡口角度要适当，以减小焊接应力，返修焊接的长度不得小于50mm。对于面状缺陷，返修长度不小于缺陷长度及其两端各增加50mm. 过长的缺陷应分步返修以避免产生大的缺陷或产生裂纹。

2 焊前清理

2.1 返修焊接前,采取适当地防风和防雨的措施。在下雨天，所有相关工作人员必须一致同意工作延缓或继续。

2.2 彻底清除焊接区域及周围20mm范围内的湿气、铁锈和油污等杂质。当焊缝清理后,未能及时进行返修，并因气候或其它原因影响而受潮、生锈等，在返修前应重新清理。

3焊接材料

3.1 焊接材料的选用必须为焊接工艺认可试验合格的焊材。

3.2 焊材的使用应符合焊材的管理规定。

3.3 若采用手工焊条电弧焊，焊材要烘焙后使用。领取焊条前保温筒要预热（至少70℃），焊接过程中，确保保温筒处在通电状态，减少氢的来源。

4 过程控制

焊工领班根据焊接工艺如实记录焊接过程中的焊接参数，电流，电压，速度，焊条直径，层间温度等。

5 返修焊接和工艺要求 

5.1 首先，注重焊工的技术水平和质量意识。

5.2 焊接返修应符合批准的焊接工艺规程中的有关规定。

5.3 焊缝的返修，采用手工二氧保护焊焊接。返修焊接采用多层多道焊，各层焊道的接头应错开，收弧时填满弧坑，控制每道填充的焊缝金属厚度≤4mm。

5.4 采用短弧焊,以减少氢的来源。

5.5 焊前预热

5.5.1. 焊接前，对焊接坡口及周围区域(焊缝两侧至少150mm范围的)用电加热带或烤把。（建议采用电加热片，如有大嘴的烘枪也可，不要使用小嘴的烘枪加热）预热范围为距焊缝不得小于75mm，测温点应选在距坡口边缘75mm处测量且不得小于板厚。

5.5.2. 预热温度为100~150℃,并保持焊接过程的层间温度达到预热温度以上，且不大于250℃。每条返修焊缝尽可能的一次焊完。由于断电等特殊原因停止焊接时，应立即采取保温措施以减小焊接区的冷却速度。

5.5.3. 检验方法：测温笔或者测温仪

5.6 在焊接完每一道之后，除第一道焊缝外，使用小锤轻轻敲击焊缝,以便减小应力,锤击范围在焊缝两侧靠近母材处，宽度范围约50～60mm 。

5.7  层间清理务必干净。

5.8  工艺要求            

5.8.1 对于缺陷较长的焊缝，建议一段一段地返修，每次返修长度建议为不超过400mm。采用二氧化碳气体保护焊当风速大于2m/s时，必须采取有效的保护措施，否则禁止施焊。

5.8.2 尽量选在相对湿度较小的时间进行施焊，避免在夜间或下雨环境施焊。

5.8.3. 未了防止根部裂纹，第一层焊接电流一定要控制在200A以下。 

5.8.4. 焊接时，应尽量采用小电流快速焊（160-240A）；焊枪摆幅不宜过大，最大不能超过12mm，层间温度不得超过180C，焊道厚度不能超过5mm。

5.9  采用合理的焊接顺序和方向：

5.9.1.将肘板焊在构件上时，采用的工艺与顺序必须使变形最        小。                                                

5.9.2. 焊接时从直角点向三角板趾端焊接，因为趾端是自由端可以自由释放焊接应力，在此焊接方向的前提下可采用分段退焊的方式以减小应力集中以防止变形以及焊接裂纹。  

6 返修后

6.1. 焊接完成后，应立即进行保温处理，保温时可采用保温棉或类似材料进行温度保持。

6.2. 如进行后热处理，后热温度不能过高，一般为200～250℃。

6.3. 焊缝修补后应保证修补焊缝与正式焊缝圆滑过渡，突变的部位需打磨光顺。

6.4. 返修焊缝焊接后，至少在72小时后进行超声波探伤和磁粉检测

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