導(dǎo)語：風(fēng)電安裝焊接工藝研究一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

1.概述

100t自升式風(fēng)電安裝船是一艘主要用于海上風(fēng)電設(shè)備的安裝或其他水上以及岸邊各種大型設(shè)備吊裝任務(wù)的海洋工程裝備。既可以在最大水深40m范圍內(nèi)泥砂質(zhì)海底海域或相類似海域按自升式平臺型式進行作業(yè)，也能夠在浮態(tài)時降載吊重作業(yè)，并且具備作業(yè)現(xiàn)場自動移船及DP1動力定位系統(tǒng)。船體升降采用4條圓柱形樁腿，單腿最大提升力3500t，最大支撐力7000t。本文主要針對樁腿固定軸套焊接工藝進行研究，軸套材質(zhì)為42CrMo，長度為1118mm，直徑為790mm，壁厚120mm；基座材質(zhì)為EQ56，板厚51mm。設(shè)計要求異種鋼焊接抗拉強度≥670MPa，橫向沖擊吸收能量在-10℃情況時≥20J，焊縫金屬必須在焊態(tài)下達到相關(guān)力學(xué)要求，為確保焊接質(zhì)量達到設(shè)計要求，本文從以下幾個方面進行研究。

2.42CrMo鍛件與EQ56鋼的化學(xué)成分及力學(xué)性能

（1）母材的化學(xué)成分及力學(xué)性能42CrMo鍛件、EQ56鋼的化學(xué)成分及力學(xué)性能分別如表1~表4所示。由表1~表4可知，42CrMo鍛件與EQ56鋼的化學(xué)成分與和力學(xué)性能完全滿足GB/T17107—1997以及ABS的標(biāo)準要求。但是由于兩種鋼材的強度較高，其碳當(dāng)量值較大，按照美國焊接學(xué)會AWS推薦碳當(dāng)量計算公式分別對兩種鋼的碳當(dāng)量進行計算，42CrMo碳當(dāng)量為0.79，EQ56碳當(dāng)量為0.50，根據(jù)經(jīng)驗CE=0.4~0.6說明鋼材淬硬傾向較大，焊接性較差，需焊前預(yù)熱等，CE＞0.6時，焊接性差，屬于難焊材料，需采用較高的焊前預(yù)熱以及嚴格的焊接工藝（如焊接熱輸入、道溫控制等）以獲得良好的焊接接頭性能。

3.焊接材料選擇

42CrMo鍛件和EQ56鋼焊接時，由于其強度等級不同屬于異種鋼焊接，根據(jù)標(biāo)準要求，選擇的焊材強度等級與EQ56大致相當(dāng)，擴散氫含量≤5mL/100g，本文采用焊條電弧焊進行試驗研究，焊材選用新日鐵的NSSWL—74S，焊接材料的化學(xué)成分及相關(guān)力學(xué)性能如表5和表6所示。

4.焊接工藝試驗

（1）坡口準備由于軸套只能從兩側(cè)焊接，焊接坡口形式采用帶襯墊單面單邊V形坡口，具體焊接形式與幾何尺寸如附圖所示。（2）預(yù)熱溫度一個接頭由具有不同最低預(yù)熱溫度要求的母材構(gòu)成，那么確定最低預(yù)熱溫度和道間溫度時，必須取這些最低預(yù)熱溫度中的最高值，也就是說預(yù)熱溫度以42CrMo鍛件的最低預(yù)熱溫度作為兩種鋼材焊接的預(yù)熱溫度。依照氫含量控制法公式計算Pcm＝0.5233，依照低合金鋼經(jīng)驗公式求得42CrMo鋼最低預(yù)熱溫度為280℃。由于42CrMo鋼淬硬傾向性大，母材金屬熱影響區(qū)容易產(chǎn)生低塑性的淬硬組織，工件越厚，則淬硬傾向越大。該焊件剛性大，若焊條或焊接工藝選用不當(dāng)，在焊件冷卻至300℃以下時，容易沿?zé)嵊绊憛^(qū)的淬硬區(qū)產(chǎn)生冷裂紋。為此將預(yù)熱溫度及道間溫度控制在（300±20）℃區(qū)間范圍內(nèi)。（3）焊接參數(shù)兩種母材均經(jīng)過調(diào)質(zhì)處理，在調(diào)質(zhì)狀態(tài)下進行焊接，最理想的焊接熱循環(huán)應(yīng)是高溫停留時間要短，而冷卻速度要慢。前者可避免過熱區(qū)奧氏體晶粒粗化，減輕了高溫回火區(qū)的軟化；后者使過熱區(qū)獲得的是對冷裂敏感性低的組織。為此，用小的焊接熱輸入，保持合理的預(yù)熱及道間溫度，焊后立即進行后熱是試驗成功關(guān)鍵，現(xiàn)場試驗焊接參數(shù)如表7所示。（4）后熱處理焊接完成后立即對焊件進行后熱，后熱的作用是讓擴散氫能夠充分的逸出。后熱不僅能消氫，也能韌化熱影響區(qū)和焊縫組織，特別對淬硬性較大的調(diào)質(zhì)鋼效果更為明顯。后熱溫度根據(jù)經(jīng)驗選擇（300±20）℃，后熱保溫時間為2h，且后熱完成后焊接件依舊保持硅酸鋁纖維毯完全覆蓋，直至緩冷至室溫。

5.試驗結(jié)果

（1）無損檢測焊后24h對試板進行目檢（VT）、磁粉檢測（MT）、超聲波檢測（UT），試板的外觀和無損檢測結(jié)果符合ISO5817B級標(biāo)準要求。（2）拉伸試驗橫向拉伸及焊縫金屬縱向試驗的抗拉強度強度以EQ56抗拉強度為參考，即抗拉強度≥670MPa為合格，相關(guān)數(shù)據(jù)如表8所示。（3）彎曲試驗將試樣彎曲至180°，彎曲試樣表面任何方向上表面缺陷不得超過3mm，試驗結(jié)果：彎曲試樣表面無任何可見裂紋，試樣合格。（4）沖擊試驗本次沖擊試驗共取沖擊試樣8組，每組3個試樣，并按不同的試驗溫度，不同位置，要求分別進行了試驗，相關(guān)數(shù)據(jù)如表9所示。（5）硬度試驗硬度測試結(jié)果對規(guī)定屈服強度≤420MPa的鋼材，一般不應(yīng)超過350HV，對規(guī)定屈服強度在420~690MPa之間的鋼材應(yīng)不超過420HV。硬度試驗數(shù)據(jù)如表10所示。設(shè)計要求沖擊試驗的韌性要求橫向沖擊吸收能量在-10℃情況下≥20J。通過上表相關(guān)試驗數(shù)據(jù)表明，焊縫金屬韌性達到并超過設(shè)計要求，韌性儲備充足。

6.結(jié)語

42CrMo鍛件和EQ56焊接選用新日鐵的NSSWL—74S焊條，預(yù)熱（300±20）℃，打底焊采用小電流122~125A（f3.2mm），填充與蓋面焊適當(dāng)增大焊接電流至160A（f4.0mm），以提高焊接效率。焊后300℃×2h后熱，可獲得完全滿足設(shè)計要求的焊接接頭性能。

作者:田小林 吳正峰 沈波 單位:南通振華重型裝備制造有限公司