单电源双细丝并联埋弧焊接工艺应用探讨

针对多丝埋弧焊固有的焊接线能量大,容易导致焊缝及热影响区组织和力学性能恶化,造成粗晶区和临界粗晶区粗化、脆化以及X80以上高钢级管线钢热影响区软化问题,通过对单电源双细丝并联埋弧焊接工艺的分析探讨,认为将该工艺合理地应用于多丝埋弧焊生产中,可以进一步提高焊丝熔敷速度、焊接速度,尤其是可以显著降低焊接线能量,对于改善焊缝及热影响区的热循环过程、细化晶粒、强韧性具有重要意义。     

X80钢焊接热影响区脆化软化现象热模拟试验研究

为了研究X80管线钢焊接热影响区(HAZ)组织及力学性能随冷却速度和焊接线能量的变化规律,采用热模拟试验的方法,对特定化学成分和原始金相组织的26.4 mm厚X80管线钢进行了热模拟试验。试验结果表明:通过采用加速冷却或高熔敷率低线能量焊接工艺,可以适当提高热影响区冷却速度,达到细化热影响区晶粒、改善或消除热影响区脆化软化的目的,有效改善了X80管线钢热影响区强韧匹配,提高了产品合格率。     

预热温度对X80管线钢焊接热影响区组织性能的影响

X80管线钢在焊接过程中,热影响区由于受到焊接过程热的作用,其组织和性能会发生较大的变化,尤其是粗晶热影响区的组织和性能变化最大。采用热模拟技术、工程测试手段和显微分析方法,研究了焊前预热温度对X80管线钢粗晶热影响区的夏比冲击韧性的影响规律,并分析了原因,确定了管道在小线能量下焊接的预热温度。认为在较小线能量下焊接,焊前预热对粗晶区的韧性有利,在现场焊接线能量为10kJ/cm时,推荐焊前预热温度为150℃;若在较大线能量下焊接,焊前预热对粗晶区的韧性没有益处,预热温度过高会给粗晶区韧性带来损害,应予以限制。     

X80管线钢环焊缝的焊接工艺研究

以目前在我国管道建设中使用的最高钢级X80管线钢为研究对象,采用焊接工艺试验、力学性能测试及显微分析技术研究了CO2气体保护焊工艺下X80管线钢焊接接头的性能和热影响区的组织变化规律。结果表明:采用设计的工艺参数对X80管线钢进行焊接,X80管线钢母材及其焊接接头的显微组织均为针状铁素体和晶内针状铁素体,可以得到合格的焊接接头,能够满足管道建设工程的需要。     

大干伸长多丝埋弧焊接工艺研究

为了改善多丝埋弧焊大线能量焊接导致的高钢级管线钢焊缝及热影响区金相组织粗化、脆化的问题,采用焊接线能量较低的焊丝大干伸长多丝埋弧焊接工艺进行了焊接试验研究,并与常规四丝埋弧焊工艺进行了对比。经过相同壁厚、材质试板的焊接对比试验发现,焊丝大干伸长多丝埋弧焊工艺比常规四丝埋弧焊工艺焊接线能量降低约20%～25%,显著改善了焊缝及热影响区的低温冲击韧性,两种焊接工艺焊接接头抗拉强度变化不明显。     

多丝埋弧焊热影响区冲击韧性分析

热影响区的热循环是决定焊后热影响区组织和性能的重要因素。以X80级管线钢为研究对象,通过不同焊接线能量下的热模拟试验和实际工艺试验对热影响区的冲击韧性进行了比较,并结合热源的数学模型进行了简单分析。结果表明焊接线能量与焊接过程中热影响区的有效热输入存在差别,在进行焊接热模拟试验中,应根据实际工况对试验条件进行修正,以提高试验的准确性和指导性。最后,给出了实际生产中X80级管线钢热影响区冲击韧性的优化措施。     

双细丝并联多丝埋弧焊接工艺试验研究

为了解决多丝埋弧焊大线能量焊接导致的高钢级管线钢焊缝及热影响区金相组织粗化、力学性能脆化的问题,设计了焊接线能量较低的双细丝并联多丝埋弧焊接工艺,在该工艺下进行了焊接试验,并在相同焊接环境下与常规粗丝四丝埋弧焊工艺进行了对比。结果表明,双细丝并联多丝埋弧焊工艺比常规粗丝四丝埋弧焊工艺焊接线能量降低约27%,显著改善了焊缝及热影响区的低温冲击韧性,两种焊接工艺下焊接接头抗拉强度的变化不大。     

填充金属对X100管线钢焊缝组织性能的影响

采用埋弧自动焊机和焊接热模拟试验机对X100管线钢进行了埋弧双丝焊接试验,对比分析了两种焊接工艺下得到的焊缝区组织性能的变化情况及影响因素,研究填充金属对X100管线钢组织性能的影响规律。研究结果表明,经过埋弧双丝焊所得X100管线钢焊缝组织主要以针状铁素体、粒状贝氏体和少量先共析铁素体组成,组织比较细小,与母材性能相比,焊缝区的冲击韧性良好,强度有待提高;经过焊接热模拟方法所得X100管线钢焊缝区的组织主要以板条贝氏体和少量粒状贝氏体组织组成,焊缝区的强韧性基本和母材保持一致。     

几种典型X80管线钢管及其环焊缝性能研究

环焊缝质量是影响高钢级长输管道安全的重要因素之一。国际焊接研究中心(IWTC)针对几种典型X80管线钢的焊接开展了大量研究,测试了钢管管体和环焊缝的组织及关键力学性能,分析了X80管线钢管环焊工艺及环焊缝性能影响因素,给出了推荐工艺参数、控制措施等。采用焊接热模拟试验研究了2种不同Nb含量的X80钢管的焊接性,分析了Nb含量对焊缝区域微观组织的影响机制。结果表明,国内典型的X80管线钢管均具有良好的性能,其管体性能及焊接性满足工程需要;应采用合理的环焊工艺和质量控制措施以保证焊缝的性能;铌含量较高的X80管线钢具有更优越的焊接性,但必须严格遵从焊接工艺规范。     

X70钢板冷填丝气体保护焊工艺研究

为了改善高钢级管线钢焊缝及热影响区的低温冲击韧性,采用焊接工艺参数完全相同的常规MAG焊和冷填丝MAG焊接方法,对X70钢级管线钢进行了焊接对比试验,并对焊接接头进行了低温夏比冲击试验、拉伸试验和金相试验。试验结果显示,在焊接电流相同条件下,冷填丝MAG焊可提高焊丝熔化量30%~55%;在0 ℃、-10 ℃、-20 ℃、-30 ℃时,冷填丝MAG焊接工艺相对于常规MAG焊接工艺,焊缝冲击值有升有降,但热影响区冲击值均有不同程度的提高。研究表明,冷填丝MAG焊接工艺对焊缝及热影响区具有加速冷却作用,尤其有利于改善热影响区的低温冲击韧性,适用于耐磨及耐腐蚀金属表面堆焊,以及对熔深要求较低的中厚板的低线能量、高效多层多道焊接。     

成型和焊接对高强管线钢管焊缝及热影响区冲击韧性的影响

为了提高高强管线钢管焊缝及热影响区冲击韧性性能,综述了高强管线钢管成型和焊接对焊缝及热影响区（HAZ）冲击韧性的影响。结果表明,提高高强管线钢管焊缝及HAZ冲击韧性的有效方法是,根据原料特性、生产要求、产品规格及性能指标等制定合理成型工艺和焊接工艺,精确控制成型合缝质量和焊接热输入,合理匹配线能量和预热温度,正确选用焊丝和焊剂。     

组织特征对高强管线钢焊缝及热影响区韧性的影响

为了研究组织特征对高强管线钢管焊缝及热影响区韧性的影响,降低管线建设成本,保证服役管道的安全性和可靠性,以X80管线钢为例,分析了奥氏体晶粒尺寸、第二项粒子、HAZ粗晶区第二相组织等对管线钢管焊缝及HAZ韧性的影响。分析结果表明,适当控制t8/5和tH,保证第二相粒子的数量、均匀分布及HAZ粗晶区贝氏体的均匀化和精细化,避免岛链状大尺寸尖角型M-A组元的产生是提高焊缝及热影响区韧性的有效方法。另外,在焊材的设计和制备上做好多元合金和微合金含量的精细配比和冶炼,防止合金元素偏聚,形成大尺寸夹杂和异类相影响焊缝塑韧性。     

高强度管线钢焊接性影响因素分析

为了使X80～X120高强度管线钢焊接时获得高强韧性焊接接头,避免产生冷裂纹及热影响区脆化、软化等各种缺陷,针对高强度管线钢的焊接性影响因素进行了分析论述,包括冷裂纹产生的原因及影响因素、管线钢的HAZ软化及脆化影响因素等。重点对管线钢的焊缝与管材的强韧匹配以及管线钢焊接工艺进行了分析研究。研究结果表明,高强度管线钢焊接时,应依据等韧性原则来选用接头的匹配,选择合适的预热温度、含氢量较小的焊接材料、合理的焊接热输入,保证焊接接头具有足够的韧性,满足实际需要。同时针对冷裂纹及热影响区脆化、软化等各种缺陷提出了合理的控制措施。     

X80焊接热影响区组织与性能的模拟试验研究

针对X80管线钢焊接热影响区的软化与脆化问题,研究模拟焊接热影响区的组织性能分布规律,为X80管线钢化学成分及焊接工艺的优化提供技术参考;采用Gleeble3500热模拟试验机对三种不同化学成分的X80钢进行焊接热影响区模拟试验研究,分析焊接热循环峰值温度、冷却时间t8/5对显微组织、拉伸性能、维氏硬度、冲击韧性的影响规律。当峰值温度范围为800~1000℃,X80焊接热影响区的临界区和细晶区存在软化现象;随着冷却时间t8/5的增大,X80焊接热影响区的软化率和软化温度范围均呈增大趋势,X80焊接热影响区的临界区和粗晶区易出现脆化现象。合理设计X80管线钢的化学成分和原始显微组织,可有效减小焊接热影响区的软化与脆化趋势。     

X80管线钢焊接热影响区软化问题研究

为了提高管线钢焊接热影响区组织性能,控制热影响区软化问题,分析了当前超低碳微合金X80直缝埋弧焊管焊接热影响区的软化现象,以及热影响区软化导致的弯曲开裂等质量问题。采用焊接热模拟及批量生产检验数据统计分析等方法,研究了影响X80管线钢焊接热影响区软化的因素。研究结果表明,母材合金元素、焊接热输入、母材强度以及三者之间的匹配是影响焊接热影响区软化的关键因素。指出,母材合金设计应考虑焊后热影响区的强度,母材强度应与热影响区强度相匹配。     

电弧超声技术在焊接工艺中的应用研究

对电弧超声技术的应用情况进行了综述,分析了电弧超声对焊接接头宏观形貌、焊缝及热影响区金相组织及力学性能的影响规律。分析表明,在电弧超声作用下,显著增强了焊接熔池搅拌作用、加快了焊接热传导,随着激励频率的增加,熔深基本不变,熔宽增大,粗晶区宽度减小,细晶区宽度增大;焊缝、熔合区、粗晶区、细晶区金相组织均明显细化,焊缝区的组织分布更趋均匀化;降低了焊接接头对热输入的敏感性,并使焊接接头在较高的焊接热输入水平下仍能具有良好的冲击韧性,尤其可显著提高焊接接头的低温冲击韧性;能够改善焊缝及其周围区域的残余应力分布,使其分布均匀,变化幅度减小。     

热输入对管线钢热模拟焊缝粗晶热影响区冲击韧性的影响

为了研究不同热输入对管线钢焊缝粗晶热影响区冲击韧性的影响,选用40～55 kJ/cm 4种不同焊接热输入量（对应于t8/5=21～40 s）对管线钢进行了热模拟焊接试验,并对不同焊接热输入下的焊缝冲击韧性、冲击断口形貌进行了研究。研究结果显示,随着t8/5的增加,相变过程的冷速逐渐降低,导致相变形成的板条结构宽化,M-A组元的宽度逐渐变粗（即短轴、长轴之比增大）,尺寸增大且粗大的M-A组元在晶界上链接成串,从而降低了冲击韧性;随着t8/5的增加,韧脆转变温度升高;热模拟峰值温度一致且较高导致混晶,也是引起冲击韧性降低和试验值分散性较大的原因;冲击断口的SEM形貌观察和能谱分析显示,材料中形成的大尺寸Ti、Nb复合碳氮化物析出相,以及形成的邻近两个或多个Al2O3和CaS复合夹杂物可以成为诱发脆性解理断裂的起裂源。