管線建設(shè)中異種鋼焊接接頭組織分析與性能-研究

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1、天津大學(xué)工程碩士學(xué)位論文預(yù)熱等。擴(kuò)散氫、脆性組織和殘余應(yīng)力是冷裂紋產(chǎn)生的三要素，碳當(dāng)量公式、HAZ最大硬度等都被用來評(píng)價(jià)鋼材的冷裂敏感性。Pcm是應(yīng)用最多、影響最廣的經(jīng)驗(yàn)公式。對(duì)于現(xiàn)代管線鋼，由于控軋微合金化技術(shù)的廣泛應(yīng)用，碳含量和碳當(dāng)量都大幅度降低。因此，其冷裂敏感性不明顯，除非在極端情況下(很大的拘束度或擴(kuò)散氫含量很高)，一般不會(huì)產(chǎn)生冷裂紋。焊接熱影響區(qū)脆化往往是造成管線發(fā)生斷裂，誘發(fā)災(zāi)難性事故的根源。主要有兩個(gè)區(qū)域容易出現(xiàn)局部脆化，即熱影響區(qū)粗晶區(qū)脆化，是由于過熱區(qū)的晶粒過分長(zhǎng)大以及形成的不良組織引起的：多層焊時(shí)前焊道的粗晶區(qū)受后續(xù)焊道的再次加熱引起粗晶區(qū)脆化，

2、這可以通過在鋼中加入一定量的Ti、Nb微合金化元素和控制焊后冷卻速度獲得合適的t。一來改善韌性。值得注意的是焊縫金屬冷裂紋傾向。母材強(qiáng)度的提高和焊接性的改善，促使冷裂紋發(fā)生的位置從HhZ轉(zhuǎn)移到焊縫(wM)。wM冷裂紋的控制因素也和HhZ冷裂紋一樣，即應(yīng)力、組織和氫三要素，而對(duì)于純凈化方面，管線鋼目前的超純凈冶煉技術(shù)能夠達(dá)到如下水平：P≤2×10氣，S≤5X10飛，N≤2×10飛，O≤1×10一‰，H≤1．0×101‰。1。2。3管線鋼的焊接工藝研究由于油氣田所處環(huán)境大多是地理、氣候、地質(zhì)條件惡劣，社會(huì)依托條件較差的地方。現(xiàn)場(chǎng)焊接時(shí)，焊接位置為管水平固定或傾斜固定對(duì)接或

3、其它復(fù)雜多變的位置，包括平焊、立焊、仰焊、橫焊或全位置等焊接位置。所以對(duì)焊工的操作技術(shù)提出了更高、更嚴(yán)的要求。當(dāng)今管道工業(yè)要求管道有較高的輸送壓力和較大的管線直徑以及站場(chǎng)的復(fù)雜性，要保證其安全運(yùn)行，適應(yīng)管線鋼的高強(qiáng)化、高韌化、管徑的大型化和管壁的厚壁化出現(xiàn)了多種焊接方法、焊接材料和焊接工藝。管線的焊接施工經(jīng)歷了手工焊接、半自動(dòng)焊接、自動(dòng)焊接的過程，其發(fā)展速度非常之快。我國鋼質(zhì)管道環(huán)縫焊接技術(shù)也經(jīng)歷了七十年代的傳統(tǒng)焊接方法，低氫型焊條電弧焊上向焊技術(shù)，八十年代的焊條電弧焊下向焊技術(shù)，為纖維素焊條和低氫型焊條下向焊，和九十年代的自保護(hù)藥芯焊絲半自動(dòng)焊技術(shù)，到今天的西氣東輸

4、工程大量地應(yīng)用全位置自動(dòng)焊技術(shù)。焊條電弧焊上向焊天津大學(xué)工程碩士學(xué)位論文技術(shù)的特點(diǎn)為管口組對(duì)間隙較大，焊接過程中采用熄弧操作法完成，每層的焊層厚度較大，焊接技術(shù)掌握慢，效率低。焊條電弧焊下向焊的特點(diǎn)為管口組對(duì)間隙小，焊接過程中采用大電流、多層、快速焊的操作方法來完成，焊接速度大大提高了，生產(chǎn)效率較高。由于每層的焊層厚度較薄，而且后續(xù)焊層對(duì)前面焊層的熱處理作用可提高環(huán)焊接頭的韌性。自保護(hù)藥芯焊絲半自動(dòng)焊技術(shù)是九十年代應(yīng)用到管道旋工中的，主要用來填充和蓋面。其特點(diǎn)為熔敷效率高，全位置成型好，環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)，焊接技術(shù)易于掌握。隨著管道建設(shè)鋼管強(qiáng)度等級(jí)的提高，管徑和壁厚的增大

5、，輸送壓力增大，介質(zhì)的復(fù)雜性，要求焊接質(zhì)量更加嚴(yán)格，加上自動(dòng)焊技術(shù)成本較以前降低很多，目前管道焊接中，自動(dòng)焊的應(yīng)用越來越廣泛。管道自動(dòng)焊技術(shù)由于焊接效率高，勞動(dòng)強(qiáng)度小，焊接過程受人為因素影響小等優(yōu)勢(shì)，在大口徑、厚壁管道建設(shè)的應(yīng)用中具有很大潛力。目前，自動(dòng)焊根焊工藝主要采用STT半自動(dòng)焊。sTT半自動(dòng)焊屬于c02氣體保護(hù)焊，它是通過精確的基值和峰值電流和電壓控制，使熔滴過渡更利于成型，焊接過程穩(wěn)定，解決了飛濺和大口徑管道根部焊接單面焊雙面成型的難題。由于西氣東輸線路工程用鋼管的強(qiáng)度等級(jí)較高，管徑和壁厚較大，所以線路施工以自動(dòng)焊和半自動(dòng)焊為主，焊條電弧焊為輔。其他主要焊接

6、方法還有熔化極氣體保護(hù)電弧焊(GTAW)，自保護(hù)藥芯焊絲電弧焊(FcAw)和焊條電弧焊(slIAw)等。自動(dòng)焊方法有：①自動(dòng)內(nèi)焊機(jī)根焊+自動(dòng)外焊機(jī)填充、蓋面；②STT氣體保護(hù)半自動(dòng)焊根焊+自動(dòng)外焊機(jī)填充、蓋面；⑧纖維素焊條手工電弧焊根焊+外焊機(jī)自動(dòng)焊填充、蓋面。半自動(dòng)焊方法為纖維素型焊條手工下向焊根焊，自保護(hù)藥芯焊絲半自動(dòng)焊填充、蓋面。手工焊條電弧焊方法為纖維素型焊條下向焊根焊，低氫型焊條下向焊填充、蓋面。1．2．4管線鋼焊材的選用天津大學(xué)工程碩士學(xué)位論文由于油氣管線飛速建設(shè)的需要，焊接材料也相應(yīng)有很大發(fā)展，不少廠家參與了市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)。微合金控軋鋼的強(qiáng)韌化，需要焊縫的高強(qiáng)

7、韌性匹配，這就需要焊縫金屬不僅要實(shí)現(xiàn)潔凈化，而且也要實(shí)現(xiàn)細(xì)晶化。焊縫的細(xì)晶化只有通過合金化才能完成細(xì)化晶粒的目的。研究表明，焊縫中出現(xiàn)大量針狀鐵素體可以顯著提高焊縫金屬的強(qiáng)韌性，這是由于鐵素體針非常細(xì)小，且鐵素體針取向自由，呈大角度晶界，從而具有較強(qiáng)的抗裂紋擴(kuò)展能力，因此，使焊縫出現(xiàn)足夠量的針狀鐵素體是提高焊縫金屬強(qiáng)韌性的關(guān)鍵。焊縫中加入多種微量元素一方面可抑制高溫奧氏體的晶粒長(zhǎng)大，二是可促使針狀鐵素體的形成，焊縫中夾雜物質(zhì)點(diǎn)作為針狀鐵素體的形核核心對(duì)提高針狀鐵素體的形核率起著重要的作用。目前管道焊接材料常用：纖維素下向焊條，如奧地利伯樂公司生產(chǎn)的用