劉俊陽
中海油能源發(fā)展裝備技術(shù)有限公司上海分公司 上海 200335
在海洋工程施工中,鋼結(jié)構(gòu)作為一種強度較高、承受荷載能力較好的結(jié)構(gòu),它有著諸多的優(yōu)勢,在海洋工程中應(yīng)用廣泛。對于鋼結(jié)構(gòu)的連接方式,常見的有三種:焊縫連接、螺栓連接和鉚釘連接。其中在焊接連接施工中,由于焊接施工工藝控制不到位,很容易導(dǎo)致焊接橫向裂紋,影響了焊接連接效果,降低了鋼結(jié)構(gòu)的整體性,是海洋工程鋼結(jié)構(gòu)的質(zhì)量缺陷之一。為了提升海洋工程鋼結(jié)構(gòu)質(zhì)量,本文深入分析了鋼結(jié)構(gòu)焊接的橫向裂紋產(chǎn)生原因及有效的控制措施。
在海洋工程鋼結(jié)構(gòu)焊接施工中,常見的焊接橫向裂紋有熱裂紋、冷裂紋和層狀撕裂裂紋,這幾種裂紋的產(chǎn)生原因各不相同,焊接裂紋都是鋼結(jié)構(gòu)的質(zhì)量隱患,一定要深入分析其產(chǎn)生原因,并采取有效的措施控制好焊接施工質(zhì)量,消除焊接橫向裂紋。
(1)熱裂紋。在海洋工程鋼結(jié)構(gòu)焊接施工過程中,如果焊接施工時的溫度較高,那么可能會導(dǎo)致鋼結(jié)構(gòu)焊接連接處出現(xiàn)橫向裂紋,這種裂紋由焊縫向周圍橫向延伸,有時會伴有氧化的色彩。導(dǎo)致熱裂紋的主要原因是在焊接施工時,鋼材中的有害元素硫和磷含量較高,在高溫度的焊接環(huán)境下,這些低熔點的有害物質(zhì)形成了晶體物質(zhì),晶體物質(zhì)滲入了鋼結(jié)構(gòu)的焊縫中,影響了焊縫的通透性,最終形成一層晶體薄膜使得焊接位置出現(xiàn)橫向裂縫,在后期鋼結(jié)構(gòu)使用中受到拉力作用時,會使得焊縫處出現(xiàn)裂紋,使得鋼結(jié)構(gòu)出現(xiàn)質(zhì)量缺陷[1]。
(2)冷裂紋。在海洋工程鋼結(jié)構(gòu)焊接施工時,鋼材在高溫焊槍作用下,內(nèi)部的結(jié)構(gòu)會發(fā)生變化,接頭會慢慢融合在一起,但是如果焊接材料中氫元素含量較高,會使得焊接時出現(xiàn)氫溶解,這樣會導(dǎo)致焊接位置出現(xiàn)冷裂紋。冷裂紋的表現(xiàn)特點就是它是在后期的使用中產(chǎn)生的,在焊接施工進行質(zhì)量檢查時,無法發(fā)現(xiàn),在后期使用中出現(xiàn)裂縫嚴(yán)重地降低了鋼結(jié)構(gòu)的連接強度,有著較大的安全隱患。
在焊接施工時,焊接材料和接頭處的氫含量過高是引發(fā)冷裂紋的主要原因。由于焊接過程中會出現(xiàn)氫溶解,等到焊接結(jié)束后,多余的氫就會釋放,在釋放的過程中可能部分氫進入了鋼材內(nèi)部,這樣會導(dǎo)致焊接接頭的位置出現(xiàn)壓力。在一段時間的冷卻作用下,會逐漸使得焊接裂紋變大。所以,焊接過程中氫元素的含量會造成焊接冷裂紋,一定要控制好焊接材料氫元素的含量,消除焊接冷裂紋。
(3)層狀撕裂裂紋。層狀撕裂的產(chǎn)生主要分為兩種,其中一種是裂點出現(xiàn)的位置在焊縫的根部或腳趾,接著由根部向四周延伸。還有一種是焊熱區(qū)的分布,主要是焊接過程中出現(xiàn)的收縮應(yīng)力造成很強的拉伸,使非金屬雜物擴散形成的。在鋼材料的選擇時,要選擇合適的材料,其中對于一些不合格的材料應(yīng)當(dāng)摒棄,比如雜志含量過多的鋼材料,這種材料在焊接過程中會發(fā)生應(yīng)力,極易導(dǎo)致開裂的產(chǎn)生。層狀撕裂裂紋對于鋼結(jié)構(gòu)連接處的危害較大,在外界應(yīng)力的作用下,可能會導(dǎo)致焊縫脫落結(jié)構(gòu)斷裂,所以一定要嚴(yán)格控制焊接施工質(zhì)量,消除此類裂紋質(zhì)量問題。
結(jié)合上文中提到的海洋工程鋼結(jié)構(gòu)焊接施工中的橫向裂紋特性及其產(chǎn)生原因,我們要結(jié)合其產(chǎn)生原因從源頭上采取有效的控制措施來避免焊接裂紋的產(chǎn)生,這樣可以消除焊接質(zhì)量問題,提升鋼結(jié)構(gòu)焊接施工質(zhì)量,下文具體介紹了這三種橫向裂紋的控制措施:
(1)熱裂紋的控制措施。一般我們要求鋼結(jié)構(gòu)中有害元素的含量要控制在規(guī)定的范圍內(nèi),由于有害硫和磷元素會導(dǎo)致鋼結(jié)構(gòu)焊接熱裂紋,所以要嚴(yán)格控制鋼結(jié)構(gòu)原材料質(zhì)量,控制雜質(zhì)的含量。在焊接施工時,為了避免局部位置溫度過高造成質(zhì)量缺陷,要避免受熱不均,提高預(yù)熱溫度,有效控制熱裂紋的產(chǎn)生[2]。
(2)冷裂紋的控制措施。由于冷裂紋的危害性較大,在鋼結(jié)構(gòu)后期的使用過程中出現(xiàn)裂紋,影響結(jié)構(gòu)安全性。所以一定要采取有效措施控制冷裂紋的產(chǎn)生。在選用焊接材料時,要選用含氫元素低的材料,并且要完善焊接的操作工藝,控制好溫度變化對于焊接作業(yè)質(zhì)量的影響。
(3)層狀撕裂的控制措施。在選用鋼材料時,不僅需要選用抗冷裂性能好的鋼材,而且鋼材還應(yīng)當(dāng)具有抗層狀撕裂性能。在焊接過程中,需要注意的是,對焊接的接頭的合理性設(shè)計,并注重焊接過程中的預(yù)熱環(huán)節(jié),以此防止不必要的應(yīng)力現(xiàn)象。
2018年東部某井口平臺上層甲板部分梁損壞,需要進行結(jié)構(gòu)修復(fù),修復(fù)方案采用切除現(xiàn)有損壞梁,對現(xiàn)有梁進行打磨,安裝替換的新梁方案,新梁預(yù)制完畢后需要運輸?shù)胶I虾附影惭b,由于是現(xiàn)場施工,在現(xiàn)場檢驗沒有焊接缺陷,在2019年檢查發(fā)現(xiàn)部分位置產(chǎn)生裂紋,經(jīng)過分析確認(rèn)為焊接質(zhì)量缺陷[3]。由于裂紋影響鋼構(gòu)壽命,因此對結(jié)構(gòu)焊縫進行切割打磨補焊解決問題。
綜上所述,在海洋工程鋼結(jié)構(gòu)項目施工過程中,鋼結(jié)構(gòu)焊接工作是常見的連接方式,鋼結(jié)構(gòu)的焊接施工質(zhì)量直接影響著整體的項目質(zhì)量,所以針對焊接施工中經(jīng)常出現(xiàn)的橫向裂紋質(zhì)量問題,要深入分析產(chǎn)生原因,并采取有效的措施加以控制,消除焊接質(zhì)量問題,替身鋼結(jié)構(gòu)的連接穩(wěn)定性,從而提升整體結(jié)構(gòu)的質(zhì)量,促進我國海洋工程鋼結(jié)構(gòu)施工水平的提升,促進我國海洋建設(shè)事業(yè)的發(fā)展。