[发明专利]一种海洋平台用钢板焊接方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种焊接方法，尤其是一种满足海洋平台用厚钢板焊接接头裂纹尖端张开位移实验（CTOD）的焊接方法。

背景技术

焊接接头CTOD试验是对海洋平台用厚钢板焊接接头韧度进行评价的重要实验方法。海洋平台在服役期间要承受风暴、潮汐，甚至地震等冲击载荷，这要求平台焊接接头需具备必要的韧度以避免出现脆性断裂的危险情况。伴随海上石油开采越来越向深海发展，采油平台结构的钢板厚度不断增加，而钢板越厚，钢板的韧度越难以保障。另外为了提高焊接效率，厚板的焊接多采用较大的焊接热输入量，这致使厚板焊接接头的韧度成为平台结构最为薄弱的环节。为了确保厚板焊接接头的韧度满足海洋平台服役要求，在采油平台建造前对所用厚板的焊接接头进行CTOD试验十分必要。

焊接接头CTOD试验要求预制疲劳裂纹通过的区域中特定的焊接热影响区应达到一定比例，比如要求该区域中粗晶区的比例不低于15%，为此在焊接用于CTOD试验的焊接接头时应尽量焊出一条直的熔合线。为了达到上述要求，传统的满足厚板焊接接头CTOD试验要求的焊接方法多采用带有一个直边的单斜面型坡口设计，这种设计焊接金属填充量大，只在一面焊接使得被焊钢板角变形不易控制，而且这种焊接方法焊后钢板内应力大，在预制CTOD试验所需的疲劳裂纹时，往往容易造成疲劳裂纹在试样表面和试样心部的扩展深浅不一，最终导致试验无效。

传统的用于厚板焊接接头CTOD试验要求的焊接方法也有的采用K型坡口设计，传统方法的K型坡口上下对称，留有约5mm的钝边，根部间隙小，一般不超过2mm，焊接时先进行正面打底焊，随后背面碳弧气刨清根，最后进行填充和盖面焊接。这种焊接方法主要存在以下两点不足之处，一是焊缝根部位于钢板厚度中心位置，众所周知根部最易存在未熔合、夹渣更缺陷，这使得取自心部的夏比冲击样极易因存在焊接缺陷而导致试验结果无效；二是背面必须进行碳弧气刨清根，碳弧气刨会严重降低试验效率，更主要的是极易使得直边侧的熔合线变的不直，使得焊接接头CTOD试验要求预制疲劳裂纹通过的区域中特定的焊接热影响区达不到规定比例，最终导致试验无效。

于是，就需要一种有效避免传统焊接方法缺点，又满足厚板焊接接头CTOD试验要求的焊接方法。

发明内容

本发明的目的就是针对现有技术所存在的不足，而提供一种海洋平台用钢板焊接方法的技术方案，该方案的方法，可以控制被焊钢板角变形，降低焊接内应力，减少心部夏比冲击样焊接缺陷，易于获得直的熔合线。满足厚钢板焊接接头CTOD试验要求。

本方案是通过如下技术措施来实现的：一种海洋平台用钢板焊接方法，包括如下步骤：

1）对钢板接头加工坡口，并装配坡口，使坡口呈K字型；

2）在K字型坡口的背面夹装可移除的水冷铜条，水冷铜条用于托举正面打底焊时的熔池； 

3）使用实芯焊丝气保焊对正面进行打底焊接，并防止在水冷铜条上起弧；

4）将水冷铜条移除，使用实芯焊丝气保焊对背面进行打底焊接；

5）使用药芯焊丝气保焊或埋弧焊，对被焊钢板接头的正面和背面交替进行填充焊接；

6）使用药芯焊丝气保焊或埋弧焊，对填充后的钢板焊接头进行盖面焊接。

所述的步骤1)中坡口正面深度和背面深度的比为2：1或3:2，坡口角度为44±1°，K字型坡口的根部为间隙6～7mm。所述的坡口钝边尺寸为0～1mm。这种K字型坡口设计可以根据被焊钢板在焊接过程中的角变形情况，交替进行背面和正面焊接，能够始终将被焊钢板的角变形控制在2°以内，并有效降低焊接内应力。坡口上下深度比为2:1或3:2，避免了焊缝根部位于被焊钢板心部的情况，有利于减少心部夏比冲击样存有焊接缺陷的情况，增加试验有效性比率。

所述的步骤3）中，采用实芯焊丝气保焊，焊丝直径为φ1.2mm，保护气体为80%Ar+20%CO₂混合气，保护气体流量15～18L/Min，焊接电流为120～180A，焊接电压为23～25V，焊接速度为100～200 mm/ Min。

所述的步骤4）中，采用实芯焊丝气保焊，焊丝直径为φ1.2mm，保护气体为80%Ar+20%CO₂混合气，保护气体流量15～18L/Min，焊接电流为220～240A，焊接电压为24～26V，焊接速度为300～400 mm/ Min。在背面打底焊接时采用焊接电流较大的实芯焊丝气保焊，利于消除焊缝根部可能存在的微小缺陷，比直接采用埋弧焊进行焊接利于清渣。 

在所述的步骤5）中填充焊接过程中应始终将被焊钢板的角变形控制在2°以内。