CTOD试验评定在海洋平台建造中的应用
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试验过程参考 BS7448 标准［4］和 DNV-OS-C401 标准进行。 按照 BS7448 标准规定，CTOD 试验要在焊缝金属和热影响区 进行，试验采用预 制 疲 劳 裂 纹 的 三 点 弯 曲 标 准 试 样 ，试 样 加 工 成 B × B 方形尺寸，加工之前，在每个试件边缘打印上简单的编码以 便跟踪。试验温度为 0 ℃ 。焊缝金属试样采用 X 形坡口试件，焊 缝金属的机械缺口位于名义焊缝中心线处，热影响区试样采用 K
第 39 卷 第 4 期
·100· 2 0 1 3 年 2 月
山西建筑
验，试件尺寸如表 1 所示，试件图片如图 4 所示。
表 1 试件尺寸
焊接方法 缺口位置 试件编码
FCAW
焊缝金属 热影响区
Q2012-07-W1 Q2012-07-W2 Q2012-07-W3 Q2012-07-H1 Q2012-07-H2 Q2012-07-H3
焊、单丝埋弧自动焊和双丝埋弧自动焊，焊接位置为平焊和立焊， 其中立焊为立向上焊。
CTOD
受载前（原始）裂纹
受载后裂纹
图 2 裂纹尖端张开位移
压头
拉压传感器 F
裂纹
试样
动态应变仪
0
V
F—V 曲线
图 3 CTOD 试验装置示意图
试验件的下料、焊接、NDT 检测及切割工作都是由深圳赤湾 胜宝旺公司完成，在 以 上 各 个 环 节 的 加 工 过 程，胜 宝 旺 公 司 都 做 了详细的记录，而且加工过程都经过 NFX 和 COOEC 相关人员见 证，试验过程绝对可靠，试验件的 CTOD 试验是在天津大学材料 科学 与 工 程 学 院 的 焊 接 试 验 室 进 行 的，试 验 过 程 经 过 NFX 和 COOEC 相关人员见证，试验结果真实有效。
以 CO2 气体保护焊焊接的 80 mm 钢板为例，分别用单边 V 形 坡口和 K 形坡口焊接试验件做焊缝金属和热影响区的 CTOD 试
收稿日期： 2012-11-16 作者简介： 孟凡星（ 1984- ） ，男，助理工程师，注册美国焊接检验师； 崔明辉（ 1982- ） ，男，助理工程师；
张大伟（ 1986- ） ，男，助理工程师； 鲁 艺（ 1985- ） ，男，助理工程师
1 工程概况
陆丰 7-2 油田位于约东经 21°44'，北纬 116°02' 的位置，属于 16-05 原油生产分成合同区块，该区块位于南中国海。CNOOC 与 美国新田合作油田，油田水深 106 m，导管架设计尺寸从 EL（ － ） 106 m 到 EL（ + ） 8 m，共 8 条腿，主体结构中大部分导管腿、钢桩、 裙桩套筒管壁厚度都在 50 mm 以上，如果全部进行焊后热处理， 工作量极大。LF 7-2 导管架模型见图 1。
厚度 mm
77． 12 77． 04 77． 59 76． 99 76． 93 77． 37
宽度 mm
77． 22 77． 12 77． 32 77． 33 77． 21 76． 86
范围 mm
308
机械缺口 + 预制裂纹长度
41． 70 39． 63 44． 06 37． 95 39． 82 39． 76
第 39 卷 第 4 期 2013年2 月
山西建筑ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
SHANXI ARCHITECTURE
Vol． 39 No． 4 Feb． 2013
·99·
文章编号： 1009-6825（ 2013） 04-0099-03
CTOD 试 验 评 定 在 海 洋 平 台 建 造 中 的 应 用
孟凡星 崔明辉 张大伟 鲁 艺
图 1 LF 7-2 导管架模型
2 工艺原理
Crack Tip Opening Displacement （ CTOD） 即 裂 纹 尖 端 张 开 位 移，是指构件受张开型载荷后原始裂纹尖端处两表面张开的相对 距离［2］，见图 2。CTOD 值的大小反映了裂纹尖端抵抗开裂的能 力，在实验中，把待测焊接接头做成带有预制裂纹的试样，加外载 后，裂纹尖端有一个张开位移———CTOD 值可被测定 （ 见图 3 ） 。 CTOD 值越大，表示材料抵抗开裂的性能越好，即韧性越好，CTOD 值越小，表示材料抵抗开裂的性能越差，即韧性越差［3］。
施工工期，值得推广。
关键词： 海洋平台，CTOD，焊后热处理，疲劳裂纹扩展
中图分类号： TU758
文献标识码： A
0 引言
随着我国海洋石油行业的发展，特别是南海海域深水油田的 勘探与开发项目越来越多，厚板焊接在海洋平台建造中的应用日 趋广泛，按照钢结构建造规范的要求，为保证焊接接头的强度、刚 度和稳定性的综合性能———韧性，厚度在 50 mm 以上的钢板焊接 必须做焊后热处理，但这样不仅需要耗费大量的人力、物力，而且 严重影响工期，给施工带来极大不便，根据挪威船级社标准（ DNVOS-C401） ［1］，可以通过对焊接接头进行 CTOD 试验来免除焊后热 处理，不仅可以减少施工成本，而且可以大大缩减施工环节。
3 试验过程
在 LF 7-2 EPCI 项 目 中 共 做 了 七 组 试 验 件，分 别 用 厚 度 80 mm 和 95 mm 的板材进行试验，根据项目规格书，完全可以覆 盖 40 mm ～ 100 mm 厚度板材焊接工艺的评定。试验所用钢材都 是舞阳钢铁厂生产的 D36 级别，焊接方法主要有 CO2 气体保护
（ 海洋石油工程股份有限公司，天津 300452）
摘 要： 以 LF 7-2 EPCI 项目为例，阐述了 CTOD 原理及工艺评定过程，并结合项目施工过程中有、无 CTOD 工艺的对比，阐明了
CTOD 试验在海洋平台建造过程中发挥的重要作用，指出 CTOD 工艺在保证焊接质量的前提下，节省了大量人力、物力，并缩减了
形坡口试件，热影响区机械缺口位于与熔合线平齐位置。机械缺 口根部半径 0． 12 mm，开口小于 60°，深度为试件宽度的 45% 。在 预制疲劳裂纹之前，每个试件都要采用局部压缩方法减少焊缝中 心部位的焊接残余应力，加载直径为 30 mm，载荷为 750 kN。每 个试件上面都会有 0． 1 mm ～ 0． 4 mm 的压痕，根据焊接接头成分 的不同，压痕的深度也会有所不同，局部压缩过程以标准 BS7448 第二部分为指导。
第 39 卷 第 4 期
·100· 2 0 1 3 年 2 月
山西建筑
验，试件尺寸如表 1 所示，试件图片如图 4 所示。
表 1 试件尺寸
焊接方法 缺口位置 试件编码
FCAW
焊缝金属 热影响区
Q2012-07-W1 Q2012-07-W2 Q2012-07-W3 Q2012-07-H1 Q2012-07-H2 Q2012-07-H3
焊、单丝埋弧自动焊和双丝埋弧自动焊，焊接位置为平焊和立焊， 其中立焊为立向上焊。
CTOD
受载前（原始）裂纹
受载后裂纹
图 2 裂纹尖端张开位移
压头
拉压传感器 F
裂纹
试样
动态应变仪
0
V
F—V 曲线
图 3 CTOD 试验装置示意图
试验件的下料、焊接、NDT 检测及切割工作都是由深圳赤湾 胜宝旺公司完成，在 以 上 各 个 环 节 的 加 工 过 程，胜 宝 旺 公 司 都 做 了详细的记录，而且加工过程都经过 NFX 和 COOEC 相关人员见 证，试验过程绝对可靠，试验件的 CTOD 试验是在天津大学材料 科学 与 工 程 学 院 的 焊 接 试 验 室 进 行 的，试 验 过 程 经 过 NFX 和 COOEC 相关人员见证，试验结果真实有效。
以 CO2 气体保护焊焊接的 80 mm 钢板为例，分别用单边 V 形 坡口和 K 形坡口焊接试验件做焊缝金属和热影响区的 CTOD 试
收稿日期： 2012-11-16 作者简介： 孟凡星（ 1984- ） ，男，助理工程师，注册美国焊接检验师； 崔明辉（ 1982- ） ，男，助理工程师；
张大伟（ 1986- ） ，男，助理工程师； 鲁 艺（ 1985- ） ，男，助理工程师
1 工程概况
陆丰 7-2 油田位于约东经 21°44'，北纬 116°02' 的位置，属于 16-05 原油生产分成合同区块，该区块位于南中国海。CNOOC 与 美国新田合作油田，油田水深 106 m，导管架设计尺寸从 EL（ － ） 106 m 到 EL（ + ） 8 m，共 8 条腿，主体结构中大部分导管腿、钢桩、 裙桩套筒管壁厚度都在 50 mm 以上，如果全部进行焊后热处理， 工作量极大。LF 7-2 导管架模型见图 1。
厚度 mm
77． 12 77． 04 77． 59 76． 99 76． 93 77． 37
宽度 mm
77． 22 77． 12 77． 32 77． 33 77． 21 76． 86
范围 mm
308
机械缺口 + 预制裂纹长度
41． 70 39． 63 44． 06 37． 95 39． 82 39． 76
第 39 卷 第 4 期 2013年2 月
山西建筑ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
SHANXI ARCHITECTURE
Vol． 39 No． 4 Feb． 2013
·99·
文章编号： 1009-6825（ 2013） 04-0099-03
CTOD 试 验 评 定 在 海 洋 平 台 建 造 中 的 应 用
孟凡星 崔明辉 张大伟 鲁 艺
图 1 LF 7-2 导管架模型
2 工艺原理
Crack Tip Opening Displacement （ CTOD） 即 裂 纹 尖 端 张 开 位 移，是指构件受张开型载荷后原始裂纹尖端处两表面张开的相对 距离［2］，见图 2。CTOD 值的大小反映了裂纹尖端抵抗开裂的能 力，在实验中，把待测焊接接头做成带有预制裂纹的试样，加外载 后，裂纹尖端有一个张开位移———CTOD 值可被测定 （ 见图 3 ） 。 CTOD 值越大，表示材料抵抗开裂的性能越好，即韧性越好，CTOD 值越小，表示材料抵抗开裂的性能越差，即韧性越差［3］。
施工工期，值得推广。
关键词： 海洋平台，CTOD，焊后热处理，疲劳裂纹扩展
中图分类号： TU758
文献标识码： A
0 引言
随着我国海洋石油行业的发展，特别是南海海域深水油田的 勘探与开发项目越来越多，厚板焊接在海洋平台建造中的应用日 趋广泛，按照钢结构建造规范的要求，为保证焊接接头的强度、刚 度和稳定性的综合性能———韧性，厚度在 50 mm 以上的钢板焊接 必须做焊后热处理，但这样不仅需要耗费大量的人力、物力，而且 严重影响工期，给施工带来极大不便，根据挪威船级社标准（ DNVOS-C401） ［1］，可以通过对焊接接头进行 CTOD 试验来免除焊后热 处理，不仅可以减少施工成本，而且可以大大缩减施工环节。
3 试验过程
在 LF 7-2 EPCI 项 目 中 共 做 了 七 组 试 验 件，分 别 用 厚 度 80 mm 和 95 mm 的板材进行试验，根据项目规格书，完全可以覆 盖 40 mm ～ 100 mm 厚度板材焊接工艺的评定。试验所用钢材都 是舞阳钢铁厂生产的 D36 级别，焊接方法主要有 CO2 气体保护
（ 海洋石油工程股份有限公司，天津 300452）
摘 要： 以 LF 7-2 EPCI 项目为例，阐述了 CTOD 原理及工艺评定过程，并结合项目施工过程中有、无 CTOD 工艺的对比，阐明了
CTOD 试验在海洋平台建造过程中发挥的重要作用，指出 CTOD 工艺在保证焊接质量的前提下，节省了大量人力、物力，并缩减了
形坡口试件，热影响区机械缺口位于与熔合线平齐位置。机械缺 口根部半径 0． 12 mm，开口小于 60°，深度为试件宽度的 45% 。在 预制疲劳裂纹之前，每个试件都要采用局部压缩方法减少焊缝中 心部位的焊接残余应力，加载直径为 30 mm，载荷为 750 kN。每 个试件上面都会有 0． 1 mm ～ 0． 4 mm 的压痕，根据焊接接头成分 的不同，压痕的深度也会有所不同，局部压缩过程以标准 BS7448 第二部分为指导。