X70管线钢熔合区裂纹与焊接工艺的关系

探讨了X70管线钢中熔合区裂纹与焊接工艺的关系。结果表明,在铁研试件中出现的沿熔合线分布的裂纹属于氢致冷裂纹。当冷裂纹三要素集中于X70管线钢熔合区的粗晶区时,该区成为接头的薄弱环节,极易形成裂纹。在裂纹影响因素中,熔合区组织特性是裂纹产生的必要条件,应力水平和氢的分布特征则是充分条件。焊接工艺与裂纹的关系实质上反映的是焊缝中氢和应力与裂纹间的关系。工程上常用焊缝中残留的扩散氢量最小化、不足以引发氢致冷裂纹的"焊缝金属低氢化"综合工艺,并获得了满意的效果。     

基于铁研试验的X80钢焊接裂纹倾向探讨

探讨了铁研试验中涉及的X80钢焊接裂纹倾向。结果表明,X80管线钢试样断面裂纹率随工件预热温度的提高而减小。启裂于根部应力集中处、沿熔合区扩展裂纹的性质属于氢致冷裂纹。当冷裂纹三要素集中于X80管线钢熔合区粗晶区时,该区成为接头的薄弱环节,极易形成裂纹。在裂纹影响因素中,熔合区组织特性是裂纹产生的必要条件,应力水平和氢的分布特征则是充分条件。焊接工艺与裂纹关系实质上反映的是焊缝中氢和应力与裂纹间的关系。工程上常用焊缝中残留的扩散氢量最小化、不足以引发氢致冷裂纹的"焊缝金属低氢化"综合工艺,并获得了满意的效果。     

异种钢焊缝中熔合区裂纹与低氢工艺的关系

采用斜Y形缺口裂纹等试验方法,探讨了异种钢焊缝中熔合区裂纹与低氢工艺的关系。结果表明,在奥氏体与非奥氏体异种钢焊缝中,发现了一种沿熔合线分布的氢致冷裂纹。当冷裂纹的三要素集中于异种钢焊缝熔合区时,该区域则成为接头的薄弱环节,极易形成裂纹。在影响因素中,熔合区组织特性是裂纹产生的必要条件,应力水平和氢的分布特征则是充分条件。低氢工艺的选用原则即"合于使用"原则。焊接工艺与裂纹之关系,实质上反映的是焊缝中氢和应力与裂纹间的关系。     

X70 MS管线钢焊接接头硫化物应力腐蚀敏感性及氢捕获效率

目的分析探讨氢在X70级抗酸管线钢(X70MS)母材及焊接接头中的氢捕获效率及其对硫化氢应力腐蚀开裂(SSCC)敏感性的影响机理。方法依据NACETM0177标准,采用应力环拉伸试验分别获得X70 MS管线钢母材及焊接接头SSCC的临界应力门槛值(σscc)。采用场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)观察拉伸断口形貌、氢显试验后表面形貌以及电化学充氢后裂纹区域EBSD观察。利用改进的D-S双电解池氢渗透技术,联用Letry应力腐蚀试验机,测量母材及焊接接头的氢渗透动力学参数。结果 X70 MS管线钢母材和焊接接头发生SSCC的临界应力门槛值σscc分别为362.1 MPa和338.4 MPa,拉伸断口均呈脆性断裂特征。与母材相比,焊接接头的氢渗透通量J∞和表观氢浓度Capp较大,氢有效扩散系数Deff较小,被捕获的晶格氢、可逆氢和不可逆氢浓度均较高。结论 X70MS管线钢焊接接头具有比母材较高的SSCC敏感性,一方面是由于焊接接头中的板条贝氏体组织晶界及其亚晶界均是氢扩散通道及捕获陷阱,具有较高的氢捕获效率;另一方面,焊缝区中有相对较多的易于裂纹穿晶扩展的{101}//ND取向晶粒,在应力和可逆氢的共同作用下,裂纹易穿过这些取向晶粒快速扩展。     

HQ130钢焊接区扩散氢分布的数值分析

用有限元法对HQ130高强钢焊接区扩散氢分布进行了模拟计算,分析了扩散氢对焊接裂纹的影响。编制了焊接区氢扩散的有限元程序,该程序中考虑了焊接线能量、温度、氢的表面逸出系数等对氢扩散分布的影响。数值分析表明,氢在焊缝根部熔合区附近聚集是该区域产生裂纹的重要原因。提高焊接线能量和增大氢的表面逸出系数可降低氢在焊缝表面熔合区的聚集,但对焊缝根部氢的聚集影响不大。HQ130高强钢焊接控制焊接线能量在20kJ/cm以下可减小氢的局部聚集,有利于防止根部焊接裂纹的产生,     

X80管线钢焊接接头SSCC研究及数值模拟

硫化氢应力腐蚀破裂(sulfide stress corrosion cracking,SSCC)是制约管线钢应用的主要因素.针对X80管线钢焊接接头进行恒位移硫化氢应力腐蚀试验研究,分别测得母材、焊缝和热影响区的应力强度因子门槛值KISCC和裂纹扩展速率da/dt.通过对X80管线钢焊接接头的金相显微组织、断口形貌观察以及硬度测试,分析了X80管线钢SSCC性能的影响因素.并对WOL试样进行了三维弹塑性有限元分析,得到裂纹尖端应力场分布和氢浓度的分布特征.结果表明,热影响区的KISCC最小,裂纹扩展速率最大,具有较差的抗应力腐蚀开裂的能力,其应力腐蚀试验结果与有限元数值分析相互验证.     

X80管线钢焊接接头氢分布的数值模拟

利用ABAQUS有限元软件,建立了三维有限元模型,对X80管线钢焊接接头的氢扩散行为进行了模拟. 通过对不同焊接条件下温度场、应力场、氢扩散的三场耦合模拟,研究了焊接工艺参数对焊接接头中氢扩散及分布的影响. 结果表明,焊接热影响区残余应力水平最高,是整个接头的应力集中部位,也是焊接接头中的富氢地带. 适当地提高预热温度和焊接热输入,均有利于焊接接头中氢的扩散逸出,降低氢在焊接热影响区的聚集程度,从而降低氢致裂纹的敏感性.     

低相变点马氏体焊缝组织与高强钢焊接裂纹的关系

文章归纳了低相变点（low transformation temperature, LTT）马氏体焊缝组织与高强钢焊接裂纹的关系。结果表明，在冷裂纹影响因素中，马氏体焊缝的裂纹倾向，受控于氢的脆化与拉应力减小效果间的竞争。低相变点马氏体焊缝与高强钢焊接冷裂纹之间的关系，取决于马氏体焊缝的品质、焊缝中的应力状态与氢行为间的关系。工程上常用焊缝中残留的扩散氢含量最小化、不足以引发氢致冷裂纹的“焊缝金属低氢化”综合工艺，并获得了满意的效果。     

国产X70管线钢及其焊缝的氢致裂纹

依据氢致裂纹(Hydrogen Induced Cracking，HIC)试验标准，针对国产X70管线钢及其焊缝进行了HIC性能的研究，同时分析讨论了夹杂物对HIC性能的影响。研究结果证明，焊缝抗HIC能力不因焊接过程中焊接接头发生的一系列变化而比母材低；随着非金属夹杂物含量的增加，国产管线钢HIC敏感性增加。此外，夹杂物的形态和分布同样影响着管线钢的抗HIC性能。     

X70管线钢焊接接头慢拉伸应力腐蚀行为

利用金相显微镜观察了X70管线钢焊接接头组织结构,通过慢拉伸试验分析了X70管线钢焊接接头在NACE溶液中应力腐蚀行为,测试了X70管线钢焊接接头在不同H2S浓度下电化学腐蚀电位,讨论了X70管线钢焊接接头自腐蚀电位形成机理。结果表明,X70管线钢焊接接头熔合区中M-A组元所产生的微裂纹是焊接接头应力腐蚀产生裂纹的主要来源,使得其耐腐蚀性能下降;焊接接头在腐蚀初期主要表现为典型的点腐蚀特征,点蚀坑相互连接不断扩展,点蚀坑被生成的腐蚀产物所覆盖;焊接接头自腐蚀电位随着H2S浓度的增加而发生负移,应力腐蚀敏感性增加,在含饱和H2S NACE溶液中具有明显的应力腐蚀倾向。     

X80M管线钢铜衬垫外根焊接头冷裂敏感性分析

开展了不同装配条件下大厚度、大管径X80M管线钢铜衬垫外根焊接头的冷裂敏感性分析. 采用碳当量法和应力场模拟等方法,研究了不同装配条件对接头冷裂倾向的影响. 结果表明,接头顶部盖面层的热影响区和底部根焊层是X80M管线钢焊接接头的最薄弱区域,冷裂倾向最大. 对口间隙从0 ~ 0.5 mm增大至0.6 ~ 1 mm后,焊缝区根焊层的相对碳当量提高16.6%,增大了冷裂倾向. 错边量提高使得接头盖面层热影响区淬硬性增大,冷裂敏感性增大. 错边量和对口间隙增加均会导致焊后残余拉应力的进一步增大,错边量增大也会导致接头错边区域存在应力集中,错边量从0 mm增加为3 mm,其焊缝区根焊层凹角处残余应力峰值增加52.4%. 因此,X80M管线钢电弧焊接过程需尽量减小对口间隙和错边量以降低冷裂倾向.     

X90高强度管线钢预精焊冷裂纹形貌及成因

采用力学测试、组织分析、扫描电镜和能谱分析的方法,研究了X90高强度管线钢预精焊的焊接裂纹形貌,并分析了裂纹形成原因.结果表明,X90螺旋焊钢管内焊缝上的横向裂纹为冷裂纹,裂纹在焊缝组织中呈穿晶扩展或沿晶界扩展.X90含有较多的Mn,Cr,Mo,Ni,Cu等合金元素,强度高,导致内焊缝的焊接残余应力高于裂纹的临界应力.内焊道维氏硬度比外焊道的高,且焊缝两侧的硬度分布极不对称,造成了内焊道附近的应力集中和分布不平衡.内外焊缝重合区域的扩散氢不易逸出,其含量较高,在气孔、夹渣等“陷阱”处聚集,导致裂纹产生和断口上大量氢白点形成.焊缝一次结晶所形成的连续细长的树枝晶晶界为裂纹扩展提供了“通道”.     

大厚板高强钢补焊横向裂纹试验及产生机理

大厚板高强钢构件补焊易产生横向冷裂纹,为了探究其补焊横向裂纹的产生原因,设计了一种小窗口两端加强约束裂纹试验方法来模拟现场施工情况,预制出补焊的横向裂纹.通过金相观察和微观硬度测.试结果表明,在补焊区域出现较大横向裂纹,裂纹面与焊接方向呈45°,这主要是由于氢含量过高和拘束应力过大而引起的氢致裂纹,并在补焊底部熔合区出...     

Wasserstoffinduzierte Spannungsrißkorrosion an der Schmelzgrenze zwischen einem niedriglegierten Stahl und hochlegiertem Schweißgut

Hydrogen induced stress corrosion cracking at the fusion line between a low-alloy steel and high-alloy weld metal By analyzing the failure of welded joint consisting of low-alloy steel and high-nickel weld metal, a narrow zone of martensitic structure and high hardness was detected immediately adjacent to the fusion line. Within this region cracks had originated as a result of the simultaneous action of absorbed atomic hydrogen and mechanical stress. A similar situation arises when stainless steel based weld metal is used in welding unalloyed steel. In neither case, heat treatment provides a suitable measure to prevent the kind of failure observed.     

Effect of inclusions on initiation of stress corrosion cracks in X70 pipeline steel in an acidic soil environment

The effect of inclusions on the initiation of stress corrosion cracking (SCC) X70 pipeline steel was investigated in an acidic soil solution using slow strain rate test, scanning electron microscopy and energy-dispersive X-ray techniques. The results demonstrated that stress corrosion cracks are not initiated in X70 steel when it is under anodic polarization. At cathodic polarization, hydrogen evolution is enhanced, and hydrogen is actively involved in SCC processes. Two types of inclusions exist in the steel and play different role in crack initiation. The inclusions enriching in Al are brittle and incoherent to the metal matrix. Microcracks and interstices are quite easily to be resulted in at the boundary between inclusions and metal. There is no crack initiating at inclusions containing mainly Si.     

模拟煤制气环境下X80管线钢及HAZ的氢脆敏感性

煤制气中含有一定量的氢气,氢致失效成为输送管线的潜在问题,HAZ的存在增加了氢脆失效的敏感性. 选用X80钢,通过焊接热模拟制备了HAZ试样. 采用高压煤制气环境下的拉伸试验对比研究了X80钢及HAZ各区的氢脆敏感性. 结果表明,经模拟煤制气环境充氢后,X80钢及HAZ各区的性能均稍有降低,氢对材料的性能有一定影响. 粗晶区的氢脆敏感性最高,结合金相和电子背散射衍射分析发现,主要是由于粗晶区在高温作用下发生晶粒长大,致使大角度晶界减少,氢的扩散速率及其在裂纹尖端的富集程度增加,止裂性能变差,断口呈明显的脆性断裂特征.     

奥氏体焊缝对中碳合金钢焊接裂纹的影响

采用奥氏体焊条焊接中碳合金钢时,发现了两种形态的裂纹:底层焊道中的热裂纹和熔合区裂纹。本文研究了焊条的合金系统、接头的显微组织以及底层焊道熔合区氢行为对裂纹的影响,探讨了裂纹的生成条件,并提高了有效防止裂纹发生的实用工艺。     

Effect of grain boundary ferrite on susceptibility to cold cracking in high-strength weld metal

Due to the practical limitations of lowering the diffusible hydrogen content of flux-containing welding consumables, it is now felt that modification of the weld microstructure would alleviate the risk of weld metal cracking in multi-pass weld deposits. Thus, this study aimed to identify and evaluate the effect of the weld microstructure on the cold cracking susceptibility of FCAW weld metals and then to provide a basic guideline for designing new welding consumables from a microstructural point of view. In order to identify the parameter(s) that can quantify the microstructural susceptibility of multi-pass weld deposit, two sets of FCAW wires with tensile strength of about 600 MPa were prepared by controlling the Ni content to allow sufficient variation in the weld microstructure, but with little change in weld metal strength. The cold crack susceptibility of those two chemistries was evaluated by a multi-pass weld metal cracking test at various levels of diffusible hydrogen content. All of the cold cracks developed were Chevron-type, and the occurrence of such cracks depended upon the proportion of grain boundary ferrite (%GF) as well as the diffusible hydrogen (HD) content. In fact, at the same level of HD, higher Ni (1.5%Ni) wire showed better resistance to cold cracking than lower Ni (0%Ni) wire even though the latter was stronger and also higher in carbon equivalent. This result could be explained solely by the difference in grain boundary ferrite content between those two welds since Chevron cracking preferentially initiates at and propagates along grain boundary ferrite. Therefore, we propose the use of a value of %GF as a parameter to quantify the microstructural susceptibility of ferritic multipass weld deposit with a strength level of about 600 MPa. It was further suggested that, in addition to the hydrogen control approach, microstructural modification in the form of reducing the %GF can be pursued to develop welding consumables with improved resistance to cold cracking.