厚鋼板焊接質量的CTOD檢測評定技術
標簽: CTOD
[ 時間:2009-12-24 全球石油網 關注度：49389 ] [ 加入收藏 ] [ 字號：大 中 小 ]
1. 成果特點
1．CTOD檢測評定厚鋼板焊接質量時，可以按整個焊接接頭的厚度取樣，來制作檢測試樣。這樣，能夠保存結構原始尺寸的影響，真實模擬實際結構的焊接條件。其檢測得到的質量指標能反映整個焊接接頭的質量，具有整體性，準確、安全、可靠。夏比沖擊試驗檢測評定厚鋼板焊接質量時，所得結果偏于危險，會在結構中留下安全隱患。
2. 本項技術在制備檢測試樣時，采用新的制備方法 “高K 比法”。這種方法不需要對焊縫進行常規的預先處理。因此，比國際上現有的CTOD檢測技術具有更高的精度，更快的檢測速度。
3. 本項技術提出了“雙引伸計檢測法”，可以在一個檢測試樣上同時進行CTOD檢測和J積分檢測，即在一個試樣上同時進行兩項檢測，同時得到焊接質量的兩個指標值，可以互相比較驗證，使檢測結果更準確、可靠。
2. 主要應用領域
1）高強船板、海洋平臺板的焊接性能檢測評定。
2）各種焊接工藝評定：指導選用焊接材料，調整、優化焊接工藝。
3）大型海上浮式生產儲油卸油船（FPSO）的斷裂與安全性評估。
2. 軍事工業
坦克、艦艇、航空母艦等所用厚鋼板焊接質量檢測與評定。
3. 橋梁建造業、建筑業、水電核電等工程所用厚鋼板焊接質量檢測評定。
4. 壓力容器、空分設備（低溫鋼）等焊接質量檢測。
3. 研究單位及成果聯系人
研究單位：武漢理工大學
聯系人：苗張木
電話/傳真：027 86550094
手 機： 13545053579
厚鋼板焊接質量的CTOD檢測評定技術
成 果 簡 介
一.前言
焊接結構破壞大部分是從焊接接頭開始的。薄鋼板焊接質量檢測，國內已經有成熟方法和有關規范，如GB2649-2655（1989）等。但是，厚鋼板焊接接頭內部，比薄鋼板容易產生更多的夾雜、氣孔等焊接缺陷，成為結構安全的隱患。國際上，工業發達國家在制造業中廣泛應用CTOD檢測評定技術，來檢驗厚鋼板焊接質量。例如 “鋼結構建造「1」”規范要求鋼板厚度超過50毫米的焊接接頭，必須做CTOD檢測試驗。“海洋結構物建造和試驗「2」”規范規定屈服強度超過350MPa的鋼板，其焊接接頭必須做CTOD檢測試驗。歐洲標準“固定式海洋結構物焊接結構鋼(交貨技術條件)「3」”規定對厚度為100-150mm的鋼板母材，也要做CTOD檢測試驗。
CTOD是英文名稱Crack Tip Opening Displacement的首字母縮寫，中文稱為裂紋尖端張開位移「4」,指的是裂紋尖端處受張開型載荷后兩表面所張開的相對距離（如圖1），往往用δ表示，常用單位是毫米。CTOD值的大小，反映了裂紋尖端材料抵抗開裂的能力，也就是材料的韌性。把要檢測的材料制成帶有人為預制裂紋的試樣，加上外力后，可以檢測到裂紋尖端的張開位移δ值。δ值越大，表示裂紋尖端材料抵抗開裂的性能越好，即韌性越好；反之，δ值越小，韌性越差。由于CTOD韌性能很好反映焊接接頭的質量，因此CTOD檢測評定技術能夠有效檢測焊接質量。
武漢理工大學CTOD項目組通過引進、消化、吸收國際上先進的CTOD試驗技術，再進行技術創新，研究開發了厚鋼板焊接質量CTOD檢測評定技術，已經成功應用于國家重點工程 港深西部通道后海灣大橋鋼箱梁的建造，應用于海洋平臺導管架的建造，保證了鋼箱梁和導管架的建造質量，確保安全性和可靠性，并且可以免除焊后熱處理。
二.研究背景與應用效果
上世紀末，我國經濟擺脫周邊東南亞金融危機的影響，開始高速發展。大型工程建設項目逐漸增多，海洋石油也加快了開發。海洋石油平臺、大跨度橋梁等工程鋼結構呈現出大型化、厚壁化趨勢，并且所用的多為中高強度鋼，因此，厚鋼板焊接質量檢測評定的方法和技術顯得十分重要，但是國內這種技術卻尚未有效開發。厚鋼板焊接質量的CTOD檢測需要到國外（挪威船級社新加坡試驗中心或韓國）去進行。面對這一情況，武漢理工大學組建了CTOD項目組,采取引進、消化、吸收、再創新的研發思路，開展了“厚鋼板焊接質量CTOD檢測評定技術”的研究開發。迄今為止，CTOD項目組先后發表了近20篇論文，其中6篇被美國工程索引（EI）收錄，3篇參加國際學術會議，取得一項專利，研究成果達到國際先進水平，并成功應用于國家重點工程 港深西部通道后海灣大橋鋼箱梁焊接質量檢測評定，這在國內屬于首次，產生了良好的國際影響；又首次成功地用于30萬噸FPSO建造中，從而免除了100多個模塊支墩的焊后退火處理，產生了較大的經濟效益，這在國際上也未見文獻報道；又用于海洋平臺導管架的建造，取得了良好的經濟效益。
港深西部通道是連接香港和深圳兩地的跨海大橋，是國家計委在1997年12月批準的國家重點項目。其中位于香港段的后海灣大橋四跨連續鋼箱梁，最大跨度210米，梁寬39米，梁高4.2米，建造難度為國內之最，焊接質量要求很高。CTOD項目組用厚鋼板焊接質量CTOD檢測評定技術，通過對不同焊接材料、不同焊接工藝的焊接接頭質量CTOD檢測評定，幫助鋼箱梁的建造企業選擇焊接材料，調整優化了焊接工藝「5-6」，保證了鋼箱梁的建造質量，受到英國奧雅納工程顧問公司的高度評價。
渤海灣PL19-3油田是我國最大的海上油田。該油田使用一艘由上海外高橋造船有限公司承建的、目前世界上在淺水域中使用最大的300kt 的浮式生產儲油船「7」（FPSO）。其上的模塊支墩是連接上部模塊與主甲板的關鍵結構，必須有效保證其焊接接頭的韌度以防裂防斷。CTOD項目組按照國際通用規范BS7448和DNV-OS-C401的要求，對模塊支墩焊縫和熔合區進行了低溫（-180C）裂紋尖端張開位移（CTOD）的試驗研究。試驗研究結果表明：按擬用焊接工藝所焊接的模塊支墩焊接接頭，其焊縫和熔合區的CTOD試驗值都能滿足國際通用規范DNV-OS-C401規定的要求（不小于0.15mm），因此，可以確認，該焊接工藝可應用于模塊支墩的焊接施工，并且焊后的模塊支墩可以免除退火處理「8」。
某海洋平臺導管架建造企業，原來所建造的導管架，需要進行焊后熱處理，耗費大量人力物力，工期長，成本高。CTOD項目組用所開發的“厚鋼板焊接質量CTOD檢測評定技術”，幫助該企業選擇焊接材料、優化焊接工藝，使得所建造的導管架具有很好的焊接質量，可以免除焊后熱處理工藝，節省了熱處理成本，縮短了建造工期，使企業在國內外投標中具備了更大的優勢「9-12」，取得了較大的經濟效益。
CTOD項目組在國內五家軋鋼廠新研發的高強船板的九國船級社認證中，成功進行了多個新高強鋼種(最大厚度為100mm)的CTOD檢測試驗「13」。
三.主要應用領域
CTOD檢測厚鋼板焊接質量，具有其他檢測方法所不能替代的優點，應用領域很廣。下面列舉幾個主要應用領域。
1. 船舶、海洋工程制造業
1）船板、海洋平臺板的焊接性能評定（國際上對高強船板、平臺板進行可焊接性試驗時，一般包括CTOD試驗）。
2）各種焊接工藝評定
