轴向压力对异种钢水下摩擦锥塞焊接头组织及力学性能的影响

在X52管线钢上采用Q345塞棒进行水下摩擦锥塞焊工艺试验研究，讨论轴向压力对塞焊接头组织和力学性能的影响. 结果表明，对给定7 000 r/min焊接转速在30 kN轴向压力下，塞焊缝底部圆角过渡处易产生未结合缺陷，随着轴向压力增加达到35 kN以上，可以获得完全结合的致密塞焊缝，焊缝顶锻区及底部圆角过渡处的热影响区也不断扩大. 由于水介质快速冷却作用，焊缝区组织特征比较复杂，主要由板条状马氏体和板条状贝氏体组成，硬度分布不均匀并产生明显淬硬现象其硬度可达450 HV1. 在0 ℃下焊缝中心冲击吸收能量也会随着轴向压力的增加而不断提高，最高可以达到62 J，但远低于母材的267 J.     

焊后热处理对X52管线钢水下摩擦塞焊接头断裂韧性的影响

采用裂纹尖端张开位移(Crack tip opening displacement, CTOD)试验方法对X52钢水下等静压摩擦圆锥塞焊接头的断裂行为进行试验研究,探讨了焊后热处理温度对接头不同位置的微观组织及断裂韧性的影响。结果表明,由于焊缝中心产生明显不均匀淬硬马氏体及少量魏氏组织,焊态下焊缝中心CTOD平均值仅为0.103 mm,明显低于母材断裂韧性。随着焊后热处理温度从500℃增加到800℃,焊缝中心区域不均匀淬硬组织转变为回火组织并趋于均匀化,这使得焊缝中心区域抗断能力获得有效提高;在800℃热处理后焊缝中心CTOD平均值可达到0.8 mm以上。但由于结合区中夹杂物的存在,经适当温度的焊后热处理后,焊缝结合区断裂韧性的提高仍非常有限,800℃热处理后结合区CTOD值最高可达到0.3 mm。接头结合区的抗断裂能力是影响水下摩擦圆锥塞焊修复技术应用的关键因素。     

X52管线钢水下摩擦圆锥塞焊接头组织特征

对X52管线钢进行了水下摩擦圆锥塞焊工艺试验，对不同焊接工艺参数下接头的微观组织进行了金相显微镜及扫描电镜观测，探讨了工艺参数对X52管线钢水下摩擦圆锥塞焊接头组织的影响. 结果表明，接头可以分为锻造区、最终摩擦界面、剪切变形区、结合区及热影响区. 其中剪切变形区呈层状结构，所形成的焊缝微观组织极不均匀，且出现粗大晶粒. 相比于焊接转速，轴向压力对X52管线钢水下摩擦塞焊接头组织的影响更显著. 摩擦塞焊接头组织与传统摩擦焊接头晶粒细化的特征不同，这是由于在“封闭式”摩擦焊过程中塞焊缝主要由剪切变形区组成.