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1.概述

100t自升式風電安裝船是一艘主要用于海上風電設備的安裝或其他水上以及岸邊各種大型設備吊裝任務的海洋工程裝備。既可以在最大水深40m范圍內泥砂質海底海域或相類似海域按自升式平臺型式進行作業，也能夠在浮態時降載吊重作業，并且具備作業現場自動移船及DP1動力定位系統。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，軸套材質為42CrMo，長度為1118mm，直徑為790mm，壁厚120mm；基座材質為EQ56，板厚51mm。設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下達到相關力學要求，為確保焊接質量達到設計要求，本文從以下幾個方面進行研究。

2.42CrMo鍛件與EQ56鋼的化學成分及力學性能

（1）母材的化學成分及力學性能42CrMo鍛件、EQ56鋼的化學成分及力學性能分別如表1~表4所示。由表1~表4可知，42CrMo鍛件與EQ56鋼的化學成分與和力學性能完全滿足GB/T17107—1997以及ABS的標準要求。但是由于兩種鋼材的強度較高，其碳當量值較大，按照美國焊接學會AWS推薦碳當量計算公式分別對兩種鋼的碳當量進行計算，42CrMo碳當量為0.79，EQ56碳當量為0.50，根據經驗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，根據標準要求，選擇的焊材強度等級與EQ56大致相當，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，焊接材料的化學成分及相關力學性能如表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）預熱溫度一個接頭由具有不同最低預熱溫度要求的母材構成，那么確定最低預熱溫度和道間溫度時，必須取這些最低預熱溫度中的最高值，也就是說預熱溫度以42CrMo鍛件的最低預熱溫度作為兩種鋼材焊接的預熱溫度。依照氫含量控制法公式計算Pcm＝0.5233，依照低合金鋼經驗公式求得42CrMo鋼最低預熱溫度為280℃。由于42CrMo鋼淬硬傾向性大，母材金屬熱影響區容易產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，在焊件冷卻至300℃以下時，容易沿熱影響區的淬硬區產生冷裂紋。為此將預熱溫度及道間溫度控制在（300±20）℃區間范圍內。（3）焊接參數兩種母材均經過調質處理，在調質狀態下進行焊接，最理想的焊接熱循環應是高溫停留時間要短，而冷卻速度要慢。前者可避免過熱區奧氏體晶粒粗化，減輕了高溫回火區的軟化；后者使過熱區獲得的是對冷裂敏感性低的組織。為此，用小的焊接熱輸入，保持合理的預熱及道間溫度，焊后立即進行后熱是試驗成功關鍵，現場試驗焊接參數如表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，也能韌化熱影響區和焊縫組織，特別對淬硬性較大的調質鋼效果更為明顯。后熱溫度根據經驗選擇（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果符合ISO5817B級標準要求。（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，相關數據如表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，相關數據如表9所示。（5）硬度試驗硬度測試結果對規定屈服強度≤420MPa的鋼材，一般不應超過350HV，對規定屈服強度在420~690MPa之間的鋼材應不超過420HV。硬度試驗數據如表10所示。設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。通過上表相關試驗數據表明，焊縫金屬韌性達到并超過設計要求，韌性儲備充足。

6.結語

42CrMo鍛件和EQ56焊接選用新日鐵的NSSWL—74S焊條，預熱（300±20）℃，打底焊采用小電流122~125A（f3.2mm），填充與蓋面焊適當增大焊接電流至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