海洋平台大厚度焊接接头断裂韧度

第２５卷第６期焊接学报

ｖ。１．２５Ｎ。．６

２００４年１２月ＴＲＡＮＳＡＣＴＩＯＮＳＯＦＴＨＥ

ＣＨＩＮＡＷＥＬＤＩＮＧＩＮＳＴＩＴＵＴＩＯＮＤｅｃｅｍｂｅｒ２Ｏｏ４海洋平台大厚度焊接接头断裂韧度

左波１，张玉凤１，霍立兴１，白秉仁２，李小巍２，曹军２

（１．天津大学材料科学与工程学院，天津３０００７２；２．海洋石油工程

股份有限公司，天津塘沽３００４５２）

摘要：依据Ｂｓ７４４８断裂韧度试验标准（Ｉｓ０／Ｔｃｌ６４／ｓＣ４一Ｎ４００），对采用埋弧焊

（ｓＡｗ）工艺施焊的、板厚为５４ｍｍ的海洋石油平台大厚度对接接头试样进行了低温裂

纹尖端张开位移（ｃＴＯＤ）试验。分别测试了一１５℃下单丝和双丝埋弧焊工艺下焊缝金

属和热影响区的ｃＴＯＤ值。试验表明，除双丝埋弧焊热影响区试件外，其余试件均满足

挪威船级社ＤＮＶ规定的最小特征ｃＴＯＤ为０．１５ｍｍ的要求，为指导海洋平台的施工建

造提供了科学依据。

关键词：单丝埋弧焊；双丝埋弧焊；裂纹尖端张开位移；断裂韧度

中图分类号：ＴＧ４０４文献标识码：Ａ文章编号：０２５３—３６０Ｘ（２００４）０６—６６—０４左波

Ｏ序言

海洋平台在严酷的环境条件下工作，要经受各种气候条件和风浪的袭击，而且结构复杂，应力集中程度高，其结构处于较危险的状态。随着结构件厚度增加，其破坏的危险性也愈来愈大，尤其在寒冷海区工作，由于钢的韧性降低很容易产生脆性破坏。因此如何合理有效评价海洋平台用钢材低温韧性，保证海洋平台安全可靠地运行是工程上极为关注的问题Ｌ１．１Ｊ。大量试验研究表明，对海洋平台广泛使用的中、高强度低合金钢而言，与传统的夏比Ｖ形缺口试验冲击韧度比较，ＣＴＯＤ值更能有效准确地评价钢材的抗脆断能力。一般构件厚度超过４０ｍｍ时，应补充做ＣＴＯＤ试验。ＣＴＯＤ值能较准确的评价钢材脆性。如果焊缝有足够的ＣＴＯＤ值，构件厚度小于６５ｍｍ时可不进行焊后热处理¨．２Ｊ。

焊后热处理可以消除焊接应力，改善焊接接头的韧性。但是在海洋平台建造过程中，施工条件恶劣，焊后热处理困难，劳动强度大，工期长，大大增加了平台建造成本。根据挪威船级社ＤＮＶ的规定，在焊缝金属和热影响区的ＣＴＯＤ值大于Ｏ．１５ｍｍ的时候，可以不进行焊后热处理。研究依据英国Ｂｓ７４４８－３．４１断裂韧度试验标准，分别对采用单丝和双丝埋弧焊工艺施焊的、板厚为５４ｍｍ的大尺寸焊接接头进行了ＣＴＯＤ试验，测试了一１５℃下焊缝金属

收稿日期：２００３—１２一１９

基金项目：国家自然科学基金资助项目（５０３７５１０９）；中国海洋石油工程股份有限公司资助项目和热影响区的ＣＴＯＤ断裂韧度，为指导海洋平台的施工建造提供了科学依据。

ｌ试验概述及试样制备

１．１试验概述

近年来由英国焊接研究所提出的测试材料断裂韧度如ＫｍＣＴＯＤ（６）和．，Ｉｃ的统一标准Ｂｓ７４４８，受到国际焊接学会的重视并予以推广应用［５Ｊ。目前已被国际标准局（ＩＳＯ）采纳，编号为ＩｓＯ／Ｔｃｌ６４／ｓｃ４一Ｎ４００。其中ＢＳ７４４８：１９９１一ＰａｎＩ《确定金属材料Ｋ。、临界ＣＴＯＤ和Ｊ积分的方法》与ＢＳ７４４８：１９９７一ＰａｎⅡ《确定焊接金属材料Ｋ小临界ｃＴｏＤ和Ｊ积分的方法》试验标准已在工程界得到了普遍应用∞’４］。作者依据该试验标准，对海洋平台焊接接头的焊缝和热影响区进行了低温（一１５℃）特征ＣＴＯＤ（６ｃ、６ｍ、６ｕ）的测试。整个试验工作得到挪威船级社ＤＮＶ专家的好评。

１．２试样制备

试验所用试样毛坯由中国海洋石油工程股份有限公司（ｃＯＯＥＣ）制备，板厚５４ｍｎ－为超厚钢板。试验板采用Ｋ型坡口焊接制备，焊接方法为单丝和双丝埋弧焊。对于单丝埋弧焊工艺施焊试件，焊缝金属试件编号为ｓ—ｗｃＬ一１一ｓ—ｗｃＬ一６，热影响区试件编号为Ｓ—ＨＡｚ—ｌ～Ｓ—ＨＡＺ一６；对于双丝埋弧焊工艺施焊试件，焊缝金属试件编号为Ｔ—ＷＣＬ一１一Ｔ—ＷＣＬ一６，热影响区试件编号为Ｔ—ＨＡｚ一

１～Ｔ—ＨＡＺ一６。

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