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《X120管線鋼環(huán)縫焊接技術(shù)發(fā)展》由會員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫。
1、X120管線鋼環(huán)縫焊接技術(shù)發(fā)展摘要本文主要講述X120管線鋼環(huán)縫焊接技術(shù)發(fā)展。這種實芯脈沖熔化極氣體保護(hù)焊選用氬氣作為保護(hù)氣體保護(hù)以便于對焊接過程進(jìn)行控制同時保證低氧和低氫含量。焊縫金屬組織根據(jù)冶金基本原理，通過對約二十根實驗焊絲和幾個具有工業(yè)規(guī)模的加熱絲的評估來驗證。實驗對焊縫金屬化學(xué)成分和保護(hù)氣體進(jìn)行了優(yōu)化。改進(jìn)后的組織為針狀鐵素體穿插在馬氏體內(nèi)(AFIM)。透射電鏡是微觀組織結(jié)構(gòu)和焊縫金屬的分析及設(shè)計的首選工具。關(guān)鍵詞焊接；管線鋼；高強(qiáng)度；韌性；微觀結(jié)構(gòu)；馬氏體；針狀鐵素體引言在開發(fā)像X120鋼等更高
2、強(qiáng)度管線鋼的過程中，一個重大的難題是能否研發(fā)出與現(xiàn)有管道施工方法相匹配的環(huán)縫焊接技術(shù)。成功的高強(qiáng)度管線鋼環(huán)縫焊接的要求有有效的抗氫致開裂能力，良好的焊接生產(chǎn)率，在保證強(qiáng)度與韌性平衡的同時減少焊工的工作量。本文主要涉及到用于高強(qiáng)度、大直徑氣體管線鋼現(xiàn)場施工的環(huán)縫焊接技術(shù)的發(fā)展。各類管線鋼共同發(fā)展取得了不菲俄成果，盡管關(guān)注重點(diǎn)是X120，但研究結(jié)果對X80和X100也同樣適用。本次焊接研究項目包含許多問題，但由于論文篇幅限制，本文只涵蓋主線主題—環(huán)縫焊接。具體來講，本文主要包括焊縫金屬的冶金設(shè)計，焊接過程和參數(shù)
3、的優(yōu)選以及候選焊絲的評估。焊絲的搭配、補(bǔ)焊、氫致裂紋和斷裂控制將是以后論文的主題?？梢赃@樣說，焊絲的搭配和補(bǔ)焊程序已經(jīng)成熟，主線焊接技術(shù)需要預(yù)熱100℃，斷裂控制方法已由寬板彎曲實驗驗證。實驗開始之前給出實驗所需幾條指導(dǎo)原則和目標(biāo)特性：采用工業(yè)生產(chǎn)中能是焊縫性能一致、低擴(kuò)散氫含量的焊接方法。合理設(shè)計焊接工藝，易于使用以免焊接熔池產(chǎn)生缺陷最低設(shè)計溫度:-20℃全焊縫金屬性能：屈服強(qiáng)度>828MPa，抗拉強(qiáng)度>931MPa,最小伸長率>18%夏氏沖擊試驗：84J@-30°C,韌性-脆性轉(zhuǎn)變溫度-50°C裂紋尖端
4、張開位移：0.13mm@-20°C.管道流體：干燥氣體，無H2S-20°C?設(shè)計溫度表示在更低的溫度環(huán)境中應(yīng)用的可能。夏氏沖擊試驗：84J@-30°C的目標(biāo)是海底管道系統(tǒng)DnVOffshore標(biāo)準(zhǔn)基于強(qiáng)度理論的延伸（見節(jié)C301和表6-3）。韌性-脆性轉(zhuǎn)變溫度是為了確保在設(shè)計溫度下的高溫域的斷裂行為。斷裂力學(xué)逐漸演變?yōu)樵谠O(shè)計條件下的運(yùn)算，平面型斷裂評定的BS7910標(biāo)準(zhǔn)和有限元分析，考慮了安裝載荷和服役載荷（最小屈服強(qiáng)度的72%）。假定包括100%殘余應(yīng)力和一個2mm深，100mm長的表面開口缺陷。冶金設(shè)計
5、和焊接工藝選擇傳統(tǒng)意義上，管線鋼環(huán)縫焊接和同等強(qiáng)度的結(jié)構(gòu)焊縫取決于作為基底微觀結(jié)構(gòu)的針狀鐵素體（AF）。對于X120鋼的應(yīng)用，針狀鐵素體作用不大，反而馬氏體、貝氏體，和/或其衍生物決定焊縫金屬主要成分。盡管針狀鐵素體自身作用不明顯，但我們?nèi)韵Ｍ玫缴倭酷槧铊F素體。具體來說，針狀鐵素體可以將原奧氏體晶粒打碎成更小的單元，從而有效減小晶粒尺寸。本文將研究不同針狀鐵素體體積分?jǐn)?shù)和形態(tài)的影響。實驗采用貝氏體或馬氏體以及少量針狀鐵素體將會導(dǎo)致韌性不足，焊縫金屬性能不一致和氫致開裂等問題。實際上，焊縫金屬韌性不足和氫致
6、開裂是存在的主要問題。韌性不足主要是由于環(huán)焊縫熔池中不可避免的會存在非金屬夾雜，高強(qiáng)鋼對斷裂敏感性高和以板條狀組織為中的夾雜容易形成開裂源，同時馬氏體又十分敏感。此外，夾雜對材料的韌性斷裂產(chǎn)生不利影響;因此，對于板條狀結(jié)構(gòu)組織由于其塑性變形能力有限，它們的抗斷強(qiáng)度應(yīng)引起注意。夾雜對焊縫金屬組織形成過程的影響是眾所周知的，有有利的一面，包括焊縫金屬脫氧，通過釘扎作用控制奧氏體晶粒大小和促進(jìn)針狀鐵素體形核。X120鋼焊縫金屬主要通過控制夾雜的體積分?jǐn)?shù)和尺寸來平衡其利弊。其首要目的是限制焊縫金屬氧含量在200-3
7、00ppm。焊縫金屬性能一致性需要注意，因為對于一個給定的成分，不同的冷卻速度會使馬氏體或貝氏體顯微組織具有不同的強(qiáng)度和韌性。這顯然影響到伊薩專利和美國海軍船體結(jié)構(gòu)高強(qiáng)鋼焊接項目。造船涉及不同厚度的鋼，熱輸入范圍相對較大。這對就要求材料微觀組織對冷卻速度不敏感。與造船業(yè)相反，管線鋼環(huán)縫焊接影響因素較少，傳統(tǒng)制造業(yè)中，所有環(huán)縫焊接都涉及全位置焊接，鋼材厚度較薄，這將熱輸入限制在較低水平，同時限制了冷卻速度變化。這種變化在熔化極氣體保護(hù)焊最明顯，變化最小。盡管管線鋼對造船具有明顯的優(yōu)勢，馬氏體或貝氏體設(shè)計和焊縫
8、金屬性能一致性仍是關(guān)鍵問題。出于其韌性和氫致開裂的考慮，X120鋼不可使用焊條電弧焊（包括低氫型垂直向下電極）。出于其焊縫金屬氧（夾雜）含量的考慮，藥芯和金屬芯融化極氣體保護(hù)焊排除在外，實芯融化極氣體保護(hù)焊是一種可行的選擇，也可選擇脈沖熔化極氣體保護(hù)焊(PGMAW)。脈沖熔化極氣體保護(hù)焊在當(dāng)前實際工業(yè)生產(chǎn)被廣泛應(yīng)用，預(yù)計，它使實現(xiàn)焊縫金屬成分均勻，缺陷率和焊縫金屬含氧量的可控制性，焊縫金屬的低氫性成為了可能。此外
