海洋工程导管架管结点焊缝焊接操作技巧探析

    摘要：本文针对工程中导管架管结点焊接接头采用常规焊接工艺方法，无法达到质量要求的难题，提出了用“灭弧点焊法”焊接管结点根部焊缝；用“多层多道排焊法”焊接填充焊缝；用“碱性焊条下向排焊法”焊接盖面焊缝的一整套操作技术，解决了管结点焊缝的质量问题。整套技术通过集中培训和现场示范等形式，已广泛应用到了施工生产中。
    1 问题的提出
    近几年来，随着海上油田建设的发展，海上采油平台、井下作业平台、导管架等金属结构大量生产制造、使用，这类结构中管结点是最为常见的焊接接头之一。由于管结点两侧母材都是筒形结构，其直径一般在400~ 800mm之间，壁厚在20~50mm之间，焊口在空间的位置属于曲线形全位置焊口如图1所示，就焊接而言，这种接头带有很大的特殊性。又由于海上钢结构焊缝与压力容器焊缝在质量上的要求不完全一样，因而采用常规的焊接手法时，焊接质量会出现许多问题, 其中主要的缺陷有以下3种。
    1.1 根部焊缝出现裂纹
    焊接根部焊缝时，非常容易出现焊缝表面看似良好，但内部却存在大量的微型裂纹的现象（因坡口深而窄, 焊缝表面裂纹很少）。如果用磨光机把焊缝表面焊肉磨去，就能见到许多夹渣和外形不规则的裂纹。特别在焊接大厚度接头时，这种现象更为明显。
    1.2 填充焊缝外表成形不良
    焊接填充焊道时，每层焊道两侧咬肉很难控制。在上坡焊、下坡焊、立焊、仰焊部位，焊道中间凸起很明显，焊接时非常容易出现夹渣、未熔合等缺陷。为清除此类缺陷，施焊过程中加大了各层之间磨修焊道的工作量，影响了焊接进度，同时焊接质量难以保证，超声波检查时合格率很低。
    1.3 盖面焊缝外观质量不合格
    常规焊接盖面焊缝，焊后除焊缝两侧有咬肉、中间凸起等缺陷外，上横部位还有焊道下坠的现象，成形不美观，不能达到船级社规范要求中“平滑过渡”的质量要求。为使焊后表面与比邻的母材熔合光顺，必须将焊缝磨成光滑的凹型，如图2所示，凹型半径r的最小值根据管件间的夹角α和铉杆管壁厚t规定如下：当夹角α≤130°时，r≥t/2；当夹角α≥130°时，r≥t。
    2 焊接缺陷难点分析
    2.1 根部焊缝裂纹形成的原因
    根据根部焊缝裂纹形状和产生时间分析，基本应判定为焊接热裂纹（或叫结晶裂纹）。热裂纹产生机理其一为熔池的低熔点共晶，其二为焊接过程中的拉应力。焊接前，焊缝坡口都进行了严格清理和检查，可排除导致低熔点共晶的因素。由于结构的特殊性（厚度大、尺寸大、刚性大），焊接中焊缝要承受很大的焊接应力，所以这是造成结晶裂纹的主要原因。作用原理可进行分析。
    纵坐标表示焊缝的温度；横坐标表示焊缝金属在脆性温度区△T内实际具备的塑性变形量（P）和在焊接应力作用下产生的变形量（△e）；直线1、2表示在不同的焊接应力条件下, 随温度下降，焊缝金属产生的实际变形量。