有关大厚度tmcp钢焊接接头ctod试验

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1、虞毅，等：大厚度TMCP钢焊接接头CTOD试验大厚度TMCP钢焊接接头CTOD试验虞毅许可望张念涛曹军杨炳发(海洋石油工程股份有限公司天津300452)摘要：本文采用埋弧焊和C02气保护焊工艺对板厚为60mm和90衄的两种国产TMCP钢板F36一Z35／E36-Z35施焊．然后，依据Bs7448断裂韧度-／g．g,标准(ISO／TCl64／SC4-N400)和DNV-OS-C401，对接头试样进行了低温CTOD(裂纹尖端张开位移)试验，测试并获得了各种工艺条件焊接接头的焊缝金属和热影响区的断裂韧度。试验结果表明：通过采用焊接热影响

2、区具有高韧性的TMCP钢和高性能的国产化焊接材料所制造的焊接接头，可以得到满意的断裂韧度而免除焊后消应热处理，从而减小生产周期，降低劳动强度，产生巨大经济和社会效益。关键词：焊接接头；CTOD试验；TIdCP钢海洋石油平台服役在台风、地震和海浪侵袭以及低温环境下，加之其结构复杂使得其焊接接头部位所受三轴拘束度较大，在制造过程采用的大厚度钢板经过焊接之后热影响区部位很容易产生脆化，考虑焊接效率采用高热输入焊接方法致使焊接接头韧性进一步恶化uJ，因此容易导致脆性破坏的发生。而TMCP钢则是通过受控热轧／联机快冷新工艺获得的高性能钢材，

3、在保证强度等常规力学的基础上，比同级别(强度)国内钢材具有更好的焊接性以及低温韧性。因此，近年来在海洋石油平台导管架等海洋工程结构中广泛应用嵋o。研究表明：对于强度级别不太高的钢种，通过合理焊后热处理工艺一方面可以很好地提高焊接接头薄弱环节的断裂韧性，另一方面通过降低焊接残余应力水平，减小保证结构安全可靠而对接头部位断裂韧度所提出的要求。因此，为了保证使用大厚度钢板制造石油平台的抗脆断能力，一般在设计时往往考虑采用焊后消应热处理的方法改善焊接接头部位的断裂韧性。由此可见，如果通过严格控制制造平台所需钢板的质量且采用合理的焊接方法、

4、焊接材料及焊接工艺，能够充分保证所建造平台需要断裂韧性，就有理由免除大厚板焊接的焊后热处理工序。而实际操作过程是应用基于断裂力学安全评估方法(ECA)来判断构件是否能够免除焊后热处理的，该方法已经在海洋工程结构设计和建造中广泛地应用。虽然根据断裂力学评估方法比给定某一厚度值的判断准则更复杂而且费用高，但是在焊接大厚板情况下(大于50mm)规范要求进行焊后热处理，而实际上没有必要进行焊后热处理时而根据断裂力学评估方法来对免除焊后热处理同样可以保证结构不发生脆性断裂这一情况提供依据。因此，节省了焊后热处理的高额费用，实际上是降低了大量

5、工程成本。然而，对于大厚度钢板，能够免除焊后热处理的前提是它的焊接接头不经过消应热处理就有足够的抗脆断性能。因此，如何合理准确地评价这种海洋平台用钢焊接接头的低温韧性是问题的关键∞‘41。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。有鉴于此，海洋石油工程股份有限公司委托天津大学在DNv(挪威船级社)监督下进行了TMCP钢针对免除焊后热处理的CTOD试验。探讨了这种大厚板焊接接头免除焊后热处理的可能性。’2009全国钢结构学术年会论

6、文集[2009·10]301加工制造篇1．试验方法与试样制备1．1试验方法近年来由英国焊接研究所提出的测试材料断裂韧度如KIc，CTOD(6)和JIc的统一标准BS7448受到国际焊接学会的重视并予以推广应用。目前已被国际标准局(IS0)采纳，编号为IS0／TCl64／SC4一N400。其中BS7448：1991-PartI《确定金属材料KIc、临界CTOD和J积分的方法》与BS7448：1997-PartII《确定焊缝KIc、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峙-5J。依据该试验标准，对海洋平台焊接接头

7、的焊缝和热影响区进行了低温(O'C)特征CTOD(6。，6。，6。)的测试。1．2试样制备试验所用试样毛坯由海洋石油工程股份有限公司制备，试件精加工及疲劳裂纹预制工作在天津大学进行。母材采用F36一Z35／E36一Z35两种材质⋯，板厚分别为60mm和90mm，由鞍山钢铁集团公司生产。焊接材料所用的埋弧焊丝和焊剂以及C0，气保护焊所使用的药芯焊丝均为美国林肯公司生产。对于热影响区试板采用K型坡口，焊缝金属试板采用X型坡口，焊接方法为单丝埋弧焊和C0：气保护药芯焊丝焊。TMCP钢F36-Z35、E36一Z35的化学成份见表l；常规力

8、学性能见表2。表1TMCP钢F36-Z35、E36-Z35化学成份(10-2％)CSiSPNiMnCrMoA1CuNbVTiF36-Z35937390．41523．20．4310．4451E36-Z359352110．41501．90．432O．7