海洋工程钢结构焊接现状及策略

海洋工程钢结构焊接现状及策略

摘要：随着国内经济迅速发展，我国对资源的需求量也日益增加。近几十年来，我国在陆地开采的资源也已经达到了一定的程度，陆地资源开始逐年递减，且不再能满足工业、经济的需求。我国海域充足，海洋又蕴含着丰富的资源。为了满足经济发展的资源需求，我国开始大力建设海洋工程。而海洋工程中的钢结构焊接是急于解决的主要问题。本文主要分析了海洋平台内现用的高强钢成分、类型以及焊接性。并在此基础上介绍了一些海洋钢结构的焊接方法，提出了发展海洋工程钢结构焊接的策略。

关键词：海洋工程；钢结构；焊接现状

中图分类号：tu973+.13 文献标识码：a 文章编号：

在世界范围内，几乎有70%以上的油气资源储藏于海洋内。海洋面积浩瀚广阔，有极大的开采前景和价值。据目前探查海洋油气资源的资料显示，海洋内的油气资源有80%以上在500m水深的范围内。由于资源丰富，世界各国都建立了开采海洋油气资源的设备，即海洋平台。建设海洋平台需要性能很高的钢结构。由于海水具有极强的腐蚀性，因此海洋平台所使用的钢结构要有耐腐蚀的性能。为了保持稳固，钢结构要具有高韧性、高强度、良好的焊接和抗层状撕裂性能。随着我国科技的发展和国力的增强，我国开采海洋油气已经渐渐从大陆架转移到了深海区域，这将需要性能更高的钢结构。合理的钢结构焊接技术，不但可以稳固海洋平台，而且还能够提高平台建造和运行的效率。

1海洋工程钢结构的特性和成分

1.1海洋工程钢结构的特性

海洋工程中最主要的就是海洋平台，它是一种超大型的焊接钢结构。平台之上有着数百吨的钻井设备和平台，用于开发海洋资源。海洋多变、复杂，时常因为台风的影响出现巨大的海浪，波及海洋平台。因此，海洋平台需要具有高强度、高抗层状撕裂、低温韧性和耐腐蚀性的钢结构。

随着国际上开采深海油气资源技术的不断发展，我国原本所使用的420mpa级平台用钢已经不能适应于深海开发。这就促使我国需要更高强度的平台用钢。如今，我国3000m深水钻井平台用钢已经达到了700mpa的强度。而由于大型化海洋平台需要更多的设备，因此也使得平台用钢逐渐的增加了厚度。如今的钢结构厚度多为215mm。面对海浪的拍打和席卷，平台用钢需要符合标准的抗层状撕裂性能。

海洋平台建造技术的逐步提高，开采油气资源也扩大了区域范围。一些海洋平台转移到了油气资源丰富但环境恶劣的海域，例如北极圈附近。这就需要平台用钢具有很好的低温韧性。海洋平台长期伫立在海上，受到海水的侵蚀非常容易出现电化学腐蚀。电化学腐蚀会破坏结构材料，减少使用周期和寿命。海洋平台不能够像船舶一样可以返航保养和维修，因此，其钢材料需要具有极强的耐腐蚀性能。

1.2海洋工程钢结构的成分

海洋平台主要使用tmcp钢。tmcp技术生产的海洋平台钢的含碳量比较低，而且钢的焊接性很强。海洋平台钢的含碳量低，又会使得钢缺乏强度。在一般情况下，平台用钢会加入一些微合金，比如铌、钛、钒等。这些微合金可以沉淀强化，细化晶粒，使得钢板有着良好的韧性和足够的强度。如果需要增强抗层状撕裂的性能，就可以在冶金的过程中降低磷、硫元素和一些杂质。

2海洋工程用钢的焊接性

金属的焊接性是指金属是否可以通过焊接加工的方式，从而具备焊接接头的性能。金属的焊接性主要表现在两个方面，一是焊接加工金属，金属是否敏感于缺陷；二是焊接完毕后的接头是否能够可靠运行。

2.1焊接冷裂纹

海洋平台用钢多是tmcp钢，含碳量很少，而且其中还有不少的合金元素。合金元素会硬化焊接接头，出现焊接冷裂纹。

焊接的冷裂纹主要分为三种，即淬硬脆化裂纹、延迟裂纹和低塑性脆化裂纹。常讲的冷裂纹多是指延迟裂纹。延迟裂纹主要和接头含氢量、钢材淬硬组织、接头拘束应力有联系。对海洋平台的钢结构焊接时，这些钢都具有很大的厚度，因此焊接约束大。tmcp处理的钢母材中，氢以等轴铁素体为主要扩散路径，氢扩散至铁素体、渗碳体等的表面晶粒边上。热影响去内，氢会扩散至板条状贝氏体区的表面晶界上。焊缝中，氢扩散至针状铁素体的断晶边界上。焊接接头稍有缺陷，氢就会发生聚集扩散，引起钢焊接冷裂纹。

而海洋平台常使用的钢，含锰量高、含碳量低。由于严格控制磷、硫杂质，因此出现热裂纹的现象很少见。

2.2焊接热影响区haz韧性

haz韧性发生恶化主要是因为处于较大焊接能量下，haz晶粒发生粗化。几十年前，人们就已经开始关心海洋采油平台中使用高强度厚钢板来提高haz韧性。海洋平台钢结构经常用钛、来微合金化，而许多科学家都觉得铌、钒会损害haz韧性。而由此引发诸多的焊接haz韧性问题。而在海洋平台焊接钢的过程中，haz使用硬度已经相当的普遍。

3海洋工程钢结构焊接现状

3.1 焊接方法

目前我国大部分船厂，焊接海洋平台用钢的焊接方法有药芯焊丝气体保护焊、二氧化碳气体保护焊、手工电弧焊，有部分船厂使用埋弧焊。

3.2焊接材料

选择焊接材料，金属的焊接机械性能要和母材机械性能相接近，而且使用“等强匹配”的方法。强度级别高且大厚度的海洋平台所用钢，常使用“低强匹配”的方式。以保持整体机械优秀性能为前提，减少一定的强度，可以得到较不错的焊缝韧性。焊接焊条电弧焊，一般不使用tmcp海洋平台钢，因为会对延迟裂纹敏感性。常使用的是低氢焊条。海洋平台最常使用的钢材料，是药芯焊丝。它受到了混合气体保护，减少了气体飞溅的问题，也从而增强了焊接

的使用效率。

4海洋工程钢结构焊接的发展策略

深海油气资源丰富，在未来的一段时间内，开发深海油气资源的前景还会不断的扩大。我国在海洋工程和平台的建造技术逐年有所提高，而海洋工程钢结构的焊接技术也会得到快速的发展。焊条电弧焊工艺技术和应用能力，都可以达到海洋平台钢的焊接要求。但焊条电弧焊的生产效率低，而且工作环境恶劣，对环境污染严重，不能够保证海洋平台的建造周期。药芯焊丝气体保护焊的焊接原理是将气体保护焊热输入集中，不但效率高，而且很容易取得实现。这是目前是船厂主要使用的焊接方法。而随着时代的变化，海洋平台用钢也需要不断的增加厚度。新型的埋弧焊技术和气电立焊技术不但可以提高生产率，而且能够有效的改变海洋平台用钢目前的焊接现状。海洋平台用钢多为大厚度钢板的焊接方式，而窄间隙的焊接办法可以集中能量，减少处理钢坡口的程序，这是海洋平台未来的主要钢焊接发展方向。复合焊接技术能够组合集中于所有各类的焊接办法的独特优点，有效的提高海洋工程钢结构的焊接效率。而船厂不断的普及自动化设备，一些新技术也可以利用于海洋工程钢结构的焊接，例如机器人焊接、激光焊接等。

结束语：

海洋工程钢结构焊接有着大厚度、高强度的特点，因此很难进行焊接。需要科学合理的焊接工艺来保障海洋工程钢结构焊接。而我国海洋工程钢结构焊接材料还没有达到标准水平，与国际先进的焊