摘要：海洋平臺用鋼具有高強度 大厚度等特點，不易于焊接， 需要制定合理的焊接工藝。本文探討了海洋工程用鋼的焊接技術現狀及發展趨勢。

　　關鍵詞：海洋平臺用鋼；焊接技術；現狀；發展趨勢

　　Abstract: the offshore platform with steel has high intensity big thickness of characteristic, is not easy to welding, need to formulate rational welding process. This paper discusses the use of Marine engineering steel welding technology situation and development trend.

　　Keywords: sea platform with steel; Welding technology; The present situation; Development trend

　　中圖分類號：P75         文獻標識碼：A           文章編號：

　　海洋周圍儲存著豐富的石油與天然氣, 早在20 世紀70 年代英國與挪威就在北海地區開發油氣田,隨著人類對海洋的不斷開發,大型海洋采油平臺得到了迅速發展。海洋平臺具有工作條件荷刻,安全可靠性要求嚴格,使用壽命長,維護保養困難等特點, 對鋼的性能和冶金質量提出了很高的要求。

　　一、海洋平臺用鋼

　　1、海洋平臺用鋼分類

　　目前， 我國沒有具體的海洋平臺用鋼標準， 主要使用的海洋平臺標準有 EN10225、 API 、BS7191 以及船舶標準， 主要交貨方式為 TMCP( 熱機械軋制) 正火及調質態。

　　國際海洋平臺用鋼主要級別為 355 、420 、460MPa 主要牌號為355 MPa 級的 EN10225 的 S355、API 的 API2H250、 API2w250、 BS7191 的 350EM， 船標的 E36; 420 MPa 級的 EN10225 的 S420 、API 的API2Y260 、API2w260， 船標的E40、 E420; 460 MPa 級的 EN10225 的 S460， 船標的 E460。

　　國內海洋平臺用鋼主要牌號為 A、B、D、E( Z15，Z25， Z35) AH322 － FH32( Z15， Z25， Z35) AH362 －FH36 ( Z15， Z25， Z35 ) AH402 － FH40 ( Z15， Z25，Z35) API2H、 Cr42 、Cr50 等。

　　2． 海洋平臺用鋼的特性

　　（1） 高強度

　　隨著海洋資源開發的發展,普通的 360 MPa 和400 MPa 級海洋平臺用鋼已經不能滿足需要, 提高強度對于平臺用鋼的減重、 降低成本具有重要意義。新日鐵采用TMCP 生產了厚度為16~ 70 mm、 屈服強度為500 MPa、 抗拉強度為 650 MPa、 - 40℃ 沖擊功大于 200 J 的平臺用鋼; 并且屈服強度達到500~ 700 MPa 將成為未來發展的方向。國外的0X812、 SE702 或DSE690V 等高強度海洋平臺用鋼已經滿足 30~ 100 mm 板厚固定平臺結構的要求,屈服強度達到 690, 750, 700 MPa, 低溫沖擊功分別為100 J( - 80℃  ) , 120 J( - 40℃  ) 和 74 J ( - 60℃ ) ,碳當量比較低,已經成功用于海洋平臺;新日鐵開發的 210 mm 厚自升式海洋平臺用特厚板( HT 80) ,屈服強度超過了700 MPa, 抗拉強度超過了850 MPa。

　　（2）厚規格

　　由于海洋平臺的日益大型化, 尤其是自升式海洋平臺,需要抗拉強度高達800 MPa級、 厚度達125~ 150 mm 的特厚板,增大厚度不僅造成焊接困難,且對強度和低溫韌性產生重大影響。在軋制過程中由于中間變形較小和冷卻速率較低,晶粒粗大, 強度和韌性較低, 而一般通過調質處理生產的厚板, 因合金含量的提高又影響了焊接性能,因此,合理的成分設計如鈮、釩、 鈦微合金的添加和 TMCP 工藝參數控制是生產厚板的關鍵。JFE 開發出了厚度為 140mm、 屈服強度為700 MPa、 抗拉強度為800 MPa的含鎳平臺用鋼。迪林根生產的正火后 355 MPa

　　級鋼板可以在保證焊接性能的條件下厚度達到 120mm,而采用T MCP 生產的鋼板厚度一般不超過90mm; 420 MPa級的 TMCP 鋼板和調質鋼板厚度可以達到100 mm。

　　（3）高的低溫韌性

　　隨著對海洋開發區域的日益擴大, 海洋用鋼的低溫韌性更顯重要, F 級鋼板需求量將大增。通過軋機性能和控制冷卻能力的提高、 合理的成分設計和T MCP 工藝參數控制,通過細化晶粒可以滿足低溫韌性的需要;不同生產商也采用在超厚板中適當添加鎳含量提高其低溫韌性, 韌脆轉變溫度可以達到- 60 ℃ 。迪林根開發的用于北極圈庫頁島的S450 鋼在- 60 ℃  時沖擊功超過300 J, 滿足了此類地區海洋開發的需要。

　　（4）高耐腐蝕性能

　　由于海洋用鋼結構長期處于鹽霧、 潮氣和海水等環境中,受到海水及海生物的侵蝕作用而產生劇烈的電化學腐蝕,漆膜易發生劇烈皂化、 老化, 產生非常嚴重的結構腐蝕, 不僅降低了結構材料的力學性能, 縮短其使用壽命, 而且又因遠離海岸, 不能像船舶那樣定期進行維修、 保養。所以對其耐腐蝕性能的要求更高。

　　3、海洋平臺用鋼的焊接性

　　金屬焊接性是指金屬能否適應焊接加工而形成完整的。 具備一定使用性能的焊接接頭的特性 金屬焊接性包括兩個方面: 一是金屬在經受焊接加工時對缺陷的敏感性; 二是焊成的接頭在一定的使用條件下可靠運行的能力。 也可以認為， 焊接性不僅要考慮到金屬的結合性能， 而且還要考慮到焊接后的使用性能 一般情況在分析焊接性的時候， 十分重視具體工藝條件， 也就是說要著重于分析。 工藝焊接性采用什么樣的方法對焊接性進行評定取決于實際的使用情況， 其中最常用的方法是用碳當量來確定。 碳當量是衡量淬硬性的指標， 可由鋼中的化學成分算出來 另一個重要參數是裂紋敏感指數， 這可以確定鋼的預熱溫度及層間溫度。 海洋平臺用鋼大部分是 TMCP 鋼， 其碳含量很低， 但是其含有一定量的合金元素， 這些合金元素在焊接接頭中會導致過度硬化， 從而增加冷裂紋敏感性。

　　（1） 熱裂紋

　　海洋平臺用鋼一般含碳量較低， 含錳量較高， 且含磷、 硫雜質控制較嚴， 因此熱裂紋的傾向較小。

　　（2） 焊接冷裂紋

　　冷裂紋分為延遲裂紋、 淬硬脆化裂紋和低塑性脆化裂紋。 一般所講的冷裂紋大部分是指延遲裂紋。 延遲裂紋又與鋼材的淬硬組織、 接頭中的含氫量以及接頭所處的拘束應力狀態有關。 在進行海洋平臺用鋼焊接時， 由于這些高強鋼都是大厚度的， 所以焊接時拘束比較大， 而且這種鋼大部分都是經過TMCP 處理的 經過 TMCP 處理后， 氫在高強鋼母材、 熱影響區 、焊縫中的溶解度依次加大。 在母材中， 氫擴散的主要路徑為等軸鐵素體， 鐵素體滲碳體( 珠光體) 等區表面的晶粒邊界上; 在熱影響區， 氫擴散的主要路徑為針狀或板條狀貝氏體區表面的晶界上; 在焊縫中， 氫擴散的主要路徑為鐵素體， 針狀鐵素體邊界區的斷晶邊界上 可見在稍有缺陷的焊接接頭上， 氫極易聚集， 誘發氫致裂紋， 所以這種鋼的焊接易產生冷裂紋。

　　（3）焊接熱影響區 HAZ 的韌性

　　HAZ 中韌性的惡化是由于在較大的焊接線能量下 HAZ 晶粒粗化導致的。 從1983 年開始就一直有人關心用高強度厚鋼板制造的海洋采油平臺鋼中焊縫的 HAZ 韌性。 海洋平臺用鋼常使用鈮、 釩作為合金元素進行微合金化， 但是鈮、 釩曾被許多專家認定是對 HAZ 韌性有害的元素， 這就使得平臺用鋼在高熱輸入焊接時實現良好的焊接 HAZ 韌性成為問題。 在海洋平臺用鋼的焊接過程中， 規定最高 HAZ許用硬度已經非常普遍， 約為300 HV10。

　　二、 海洋平臺用鋼的焊接技術

　　1、 海洋平臺用鋼的焊接現狀

　　（1） 焊接材料

　　對于焊接材料的選擇， 要求所得焊縫金屬的機械性能應接近于母材的機械性能， 一般采用 "等強匹配"。 但是對于一些大厚度， 強度級別更高的海洋平臺用鋼， 往往會采用" 低強匹配"。 在不影響其整體機械性能的情況下， 通過犧牲一定的強度， 來獲得比較好的焊縫韌性。 焊條電弧焊進行焊接時， 經過 TMCP 處理的海洋平臺用鋼對延遲裂紋有一定的敏感性，一般選用低氫焊條。 藥芯焊絲是焊接海洋平臺用鋼理想的材料， 通過混合氣體的保護，一方面降低了氣體保護焊所帶來的飛濺問題，另一方面又提高了焊接的效率。

　　（2）焊接方法

　　目前， 在我國船廠， 海洋平臺用鋼常用的焊接方法主要有手工電弧焊， 二氧化碳氣體保護焊， 保護藥芯焊絲氣體保護焊， 部分使用埋弧焊。

　　2、海洋平臺用鋼焊接技術的發展趨勢

　　隨著深海油氣資源的開發， 我國海洋平臺的建造技術必然會有長足的發展， 進而海洋平臺用鋼的焊接技術也必然會快速的發展。

　　焊條電弧焊在工藝和應用上可以滿足海洋平臺用鋼的焊接要求 但是， 焊條電弧焊存在著耗能大污染嚴重、工作環境惡劣、生產效率低等缺點，制約了海洋平臺的建造周期。藥芯焊絲氣體保護焊熱輸入集中，效率高，熔池保護好，易于實現，是現階段船廠廣泛使用的一種焊接方法。 隨著海洋平臺用鋼厚度的不斷增加，埋弧焊和氣電立焊可以快速提高生產效率， 可以有效改善海洋平臺用鋼的焊接現狀。由于海洋平臺用鋼都是大厚度鋼板的焊接，窄間隙焊接能量集中，可以減少海洋平臺用鋼坡口的處理，是未來海洋平臺用鋼焊接的發展方向。復合焊接方法可以集中利用各種焊接方法的優點， 提高海洋平臺用鋼的焊接效率 隨著船廠自動化設備的普及， 激光焊接和機器人焊接也可以應用到海洋平臺用鋼的焊接。

　　參考文獻：

　　[1] 韓佳泉. 電站鍋爐用鋼管的發展趨勢及焊接[J]. 黑龍江電力, 2005,(05)

　　[2] 孫燕潔, 馬立彩. 高強鋁合金2519焊接性綜述[J]. 航天制造技術, 2008,(03)