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1、·252·可焊性高強(qiáng)度管線鋼用焊接材料DavidWidgeryESABGroup(UK)Ltd，HanoverHouse，Queensgate，BritanniaRoad，WalthamCross，HertsEN87TF，u(·?！?．-1‘卜-。+--—+。-‘—卜一—卜，。+-—+一—+-—卜-+-+-+-—卜-+·—卜-+-+-+-+-—卜——卜-‘-卜-+-+-+-‘·+．摘要：探討了使用傳統(tǒng)焊接方法焊接現(xiàn)代高強(qiáng)度鋼時出現(xiàn)的幾個問題。由于埋弧焊具有良好焊透性，應(yīng)用這種焊接工藝可以用較少的焊接材料完成厚截面鋼板的焊接。但是，由于此種焊接工藝的高稀釋性，在焊接低碳
2、和微合金的管材時就必須使用更高合金含量的焊絲以保證焊縫金屬獲得較高的強(qiáng)度。本文對新型高合金成分的焊絲進(jìn)行的研究表明，在焊管車間和鋪設(shè)管線工地使用的焊絲必須與焊接方法同步發(fā)展。本文介紹了用冷焊絲氣體保護(hù)電弧機(jī)械自動焊進(jìn)行焊接的一些實驗。使用氣體保護(hù)電弧機(jī)械自動焊來焊接管道的環(huán)焊縫，可以利用下向焊接工藝進(jìn)行焊接非常窄小的復(fù)合斜開坡口，這樣焊接熱量可以迅速導(dǎo)出，從而使低碳焊縫也能滿足高強(qiáng)度鋼的需要。在焊接管道接頭時則不同，如果還使用下向焊接就會出現(xiàn)焊接坡口對接不精確問題，所以經(jīng)常需要使用上向焊。要使管材既有良好的可焊性，又有較好強(qiáng)韌性及抗氫致開裂能力，是一件很困難的事情，但
3、是這幾年來這方面已經(jīng)取得了很大的進(jìn)展。最新的發(fā)展，如使用激光或混合激光焊接管線，比我們想象的還要接近商品化，為此焊接材料生產(chǎn)商近些年來就忙于生產(chǎn)這些材料。關(guān)鍵詞：管線，鋼，高強(qiáng)度，焊接，焊接材料1引言鋼的微合金化給用戶帶來了很多好處，它使得材料在低合金條件下可以獲得較高的強(qiáng)度。由此產(chǎn)生了新一代的廉價的強(qiáng)韌鋼材，同時這種鋼材還具有非常好的可焊性。然而，對于焊接材料生產(chǎn)商來說，焊縫金屬要想達(dá)到這么好的性能要付出很高代價，因為他們不能通過TMCP熱軋工藝來提高焊縫金屬的性能，而不得不依賴傳統(tǒng)的合金化方法來提高焊縫的性能。而且一些現(xiàn)代管線鋼以應(yīng)變?yōu)樵O(shè)計準(zhǔn)則，因此要求焊縫金屬必
4、須比被焊鋼管母材強(qiáng)度高。結(jié)果導(dǎo)致今天的焊縫金屬通常都比母材的合金成分高，因而，氫致開裂敏感性也提高了，所以生產(chǎn)商們真正面對的挑戰(zhàn)是如何使焊縫金屬獲得良好的強(qiáng)韌性配合。本文講述了在高強(qiáng)度管線鋼的制管縫焊和鋪設(shè)管線的環(huán)焊中如何解決這一問題。40年前，澳大利亞在雪山區(qū)水力電力工程中使用最小屈服強(qiáng)度為690Ⅷa的焊接鋼管建造了一條高壓水管線，只發(fā)生了少量焊接問題，從而形成了會有更多的工程會采用這種強(qiáng)度管線鋼的看法。1965年大西洋海洋船舶公司在西弗吉尼亞一條管線中鋪設(shè)了一段管材強(qiáng)度為X100(屈服強(qiáng)度690MPa)，長度為360m的試驗性管道，現(xiàn)在這條管道仍在正常運(yùn)行。這些鋼
5、管都需經(jīng)過淬火回火熱處理，不難找到可以焊接它們的手工電弧焊條，這些焊條具有與這些鋼相似的總合金含量。當(dāng)時對于管道的環(huán)焊縫沒有要求強(qiáng)度過匹配。當(dāng)然，對高壓水管線沒有要求環(huán)焊接頭強(qiáng)度高于鋼管母材(高強(qiáng)匹配)的必要。2003年在加拿大鋪設(shè)了另一條較短的X100管線，2004年接著又鋪了2km。這一次盡管在管道主干管環(huán)焊縫方面沒有發(fā)生過問題，但是在對需要在施工現(xiàn)場開坡口的焊縫和將兩根焊管通過離線埋弧焊接連成一根長管的環(huán)焊縫進(jìn)行復(fù)查時，潛在的問題出現(xiàn)了。這些高強(qiáng)度管線鋼用焊接材料·253·問題性質(zhì)與40年前解決的問題不同。這些問題的出現(xiàn)部分地是由于使用了可焊性太好的鋼管，因為這
6、種低合金含量的鋼管使得焊縫的稀釋率增加(焊縫熔敷金屬的合金元素和碳含量都降低了)，所以要想提高焊縫強(qiáng)度很困難。在阿拉斯加、加拿大和西伯利亞的地下管線因為遭受季節(jié)性的冷凍，所以要考慮管線由于凍脹所產(chǎn)生的縱向拉伸，因此必須采用應(yīng)變設(shè)計準(zhǔn)則設(shè)計管線工程。焊縫金屬的強(qiáng)度不僅必須超過母材的最小名義屈服應(yīng)力，而且必須超過管材的最高的斷裂強(qiáng)度。目前X80管線鋼管最高斷裂強(qiáng)度估計為700Ⅷa。與埋弧焊不同，使用高能量射流(如激光焊)焊接鋼管的速度快、熱輸人小。因此，如果使用高能量輸入焊接管線鋼管，存在的問題就是如何限制焊縫金屬的強(qiáng)度，以獲得滿意的塑性和韌性。2管線鋼的環(huán)焊問題一方面由
7、于快速鋪設(shè)管線的經(jīng)濟(jì)性要求，另一方面由于舊焊接工藝不再適用于焊接高強(qiáng)度管線鋼，導(dǎo)致了機(jī)械化氣體保護(hù)電弧焊接被管線工程普遍采用。氣體保護(hù)電弧自動焊被如此成功地應(yīng)用于管線工程，以至于在過去的40年里被廣泛地推薦使用的其他焊接方法，如摩擦焊、電子束焊、磁力電弧焊、激光焊、閃光焊和爆炸焊等等，都不能代替它。氣體保護(hù)電弧自動焊的一個優(yōu)點是在下向焊焊接接頭時具有熱輸入小的優(yōu)勢。焊接時能快速冷卻，△T。～，約為3～4s。因此盡管焊絲中合金元素錳不超過1．6％，硅含量不超過0．65％，焊縫金屬的屈服強(qiáng)度卻可能超過700MPa。在實際焊接X100或用于應(yīng)變設(shè)計的X80
