有关海洋平台大厚度焊接接头断裂韧度

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1、万方数据第25卷第6期焊接学报v。1．25N。．6204年12月TRANSACTIONSOFTHECHINAWELDINGINSTITUTIONDecember2Oo4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

2、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

3、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

4、，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

5、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

6、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。万方数据第6期左波，等：海洋平台大厚度焊接接头断裂韧度67按照BS7448标准规定，试验采用带预制疲劳裂纹的三点弯曲(TPB)标准试样．试样毛坯采用铣、磨机械加工至截面为B×2B(54mm×108mm)的最终尺寸，B为试样的厚度。然后在线切割机上用0．12mm的钼丝加工机械

7、缺口。最后根据试验用位移引伸计的量程，在缺口嘴部区域试样表面处加工固定刀口的螺孑L。采用高频疲劳试验机在室温(25℃)下进行疲劳裂纹预制。在疲劳裂纹预制过程中，应随时观测、监控疲劳裂纹的扩展长度与方向，以保证裂纹总长度n在(0．45—0．70)形(肜为试样宽度)的有效范围内。依据BS7448PartⅡ附录D的规定进行缺口尖端韧带局部区域压痕处理，以证疲劳预制裂纹前缘具有合理的形状。2试验原理2．1试验装置及步骤试验是在1000kN的万能材料试验机上进行的。试验步骤如下：(1)测量记录试样尺寸