国产06Ni9钢药芯焊丝气体保护焊焊接接头组织与力学性能研究

为了推动06Ni9钢及其焊接技术的国产化,采用三种不同焊接热输入10 kJ/cm、 15 kJ/cm和20 k J/cm对国产06Ni9钢进行药芯焊丝气体保护焊,焊后采用光学显微镜对焊缝和粗晶区的组织进行观察,并测试焊接接头的拉伸、弯曲、硬度等常温力学性能以及-196℃低温下的冲击、落锤、CTOD等低温力学性能,对比分析焊接线能量对焊接接头组织和性能的影响。结果表明:在三种不同焊接热输入下所焊接头焊缝区组织主要为奥氏体及其析出相,粗晶区组织主要为板条马氏体及残余奥氏体,焊接接头各项力学性能均满足标准要求,且相差不大。     

X80自保护药芯焊丝半自动焊焊缝夹杂物特征分析

为了详细研究高钢级管线钢自保护药芯焊丝半自动焊焊缝韧性波动的原因,选取了工业生产的3种X80自保护药芯焊丝和5种壁厚18.4 mm的X80钢板,通过正交组合后进行焊接评定试验,并采用光学金相、扫描电镜等手段对15种焊缝中的夹杂物进行了详细的定性和定量分析,结果显示:X80自保护药芯焊丝半自动焊缝内自根部向上夹杂物数量和尺寸逐渐减少;夹杂物颗粒细小,平均颗粒尺寸在0.4μm左右,最大颗粒尺寸控制在2.0μm以下;夹杂物类型主要是以A12O3为主的球形复合氧化物,没有观测到多边形AlN尤其是大颗粒夹杂物的存在。研究结果表明,X80自保护环焊缝夹杂物控制水平较理想,夹杂物并不会对冲击韧性造成不利影响。     

高钢级管线钢自保护药芯焊丝环焊接头韧性影响因素研究

针对高钢级管道自保护药芯焊丝半自动焊接环焊缝韧性离散性较大的问题,结合国内某X80天然气长输管道项目自保护药芯焊丝环焊接头实际分析结果,运用扫描电镜、透射电镜、气体元素分析、化学萃取相分析以及夏比冲击韧性测试等检测手段,对焊缝韧性影响因素进行了综合分析。结果显示,焊缝中夹杂物的平均颗粒尺寸为0.4 μm,在解理面或准解理面的起裂位置均未发现夹杂物;自保护药芯焊丝环焊缝中存在一定数量的间隙固溶氮;自保护药芯焊丝中大量Al的加入促进了室温下大量M/A组元的生成。研究表明,夹杂物并不是导致环焊缝韧性离散分布的主要原因,而焊缝中存在的间隙固溶氮和大量M/A组元是导致自保护药芯焊丝环焊缝韧性离散分布的主要原因。     

油气长输管道全位置自保护药芯焊丝自动焊接技术

为实现复杂施工环境下的管道自动焊接,利用自保护药芯焊丝具有较好的全位置焊接性、良好的脱渣性与电弧稳定性、未熔合缺陷低、无需保护气体、在风速小于8m/s时不需采用任何防风措施的优势,研制了管道全位置自保护药芯焊丝自动焊接系统(由安装焊炬的焊接小车、导向轨道、自动控制系统、焊接电源及送丝机等组成),应用自保护药芯成品焊丝对X80管线钢进行了焊接试验,确定了合适的自保护药芯焊丝自动焊焊接参数,进而制订了"内焊机根焊+管道全位置自保护药芯焊丝自动焊接填充、盖面焊接"的焊接工艺,并对该工艺焊缝进行了力学性能测试。试验结果表明,管道全位置自保护药芯焊丝自动焊接系统整体性能稳定,焊接过程平稳,可有效提高焊接过程的连续性与稳定性,焊接接头的内在质量、外观成形、力学性能都满足X80管线钢的焊接标准要求,且焊接时不需防风棚,可有效降低管道焊接综合成本。同时,还提出了进一步研发适合于自动焊接的专用自保护药芯焊丝的合理化建议。     

高钢级油气管道环焊缝接头性能及质量控制

在介绍管道环焊缝特点及重要性的基础上,分析了典型化学成分X80钢管自保护药芯焊丝半自动焊(FCAW-S)和熔化极气体保护焊(GMAW)环焊缝接头的关键力学性能。结果表明,无论采用FCAW-S还是GMAW方法并匹配相应级别焊丝进行环焊缝焊接,其接头的抗拉强度均满足标准要求。FCAW-S和GMAW环焊接头热影响区的韧性分散性大于焊缝,但是FCAW-S环焊接头焊缝的冲击吸收能量容易出现低值而导致不满足标准要求,而GMAW环焊接头焊缝和热影响区的冲击韧性均满足标准要求。强度匹配和焊接缺陷对管道环焊缝接头性能和承载能力有重要影响。为了保证管道运行安全,需要加强环焊缝焊接质量控制。     

X80管线钢环焊缝气体保护焊焊丝的研制

针对X80管线钢的组织与性能特点,研究设计了适用于管线钢现场焊接用Mn-Ni-Mo-Ti合金系气体保护焊焊丝;测试了焊缝金属的化学成分、金相组织、冲击韧性、抗拉强度和硬度。该焊丝的熔敷金属屈服强度600 MPa,抗拉强度645 MPa,-30℃夏比冲击功105 J。该焊丝用于X80管线钢现场焊接结果表明,焊缝抗拉强度645 MPa,-10℃夏比冲击功平均值145 J,焊缝具有很好的强韧性匹配。采用金相显微镜和SEM对使用该焊丝焊缝微观组织和断口形貌分析表明,焊缝金相组织主要为针状铁素体、少量的先共析铁素体和粒状贝氏体的组织,断口为韧窝状,呈现典型的塑性断裂特征。     

钛型气保护药芯焊丝工艺质量影响因素综述

综述了涉及钛型气保护药芯焊丝工艺质量的影响因素。结果表明,合理选用药芯添加物,严格控制熔敷金属中主要强化元素C、Mn、Si的含量,可以改善焊丝熔滴过渡形态,获得焊丝熔敷金属满意的力学性能。在Ar+CO₂二元混合保护气体中,随着CO₂含量增大,熔滴过渡形态从轴向变为非轴向滴状排斥过渡,接头的抗拉强度几乎没有影响,但熔敷金属的冲击吸收能明显下降。热输入较大时,焊丝工艺性变差;热输入居中时,焊丝工艺性较好。热输入对焊丝熔敷金属韧性的影响出现了对热输入敏感和不敏感两种情况。钛型气保护药芯焊丝工艺质量的三个影响因素控制原理各具特色。     

自保护药芯焊丝中Cr含量对钢管焊缝冲击性能及组织的影响

从自保护药芯焊丝合金元素角度出发,探究了自保护药芯焊丝半自动焊焊缝冲击性能不稳定的主要影响因素。采用两种不同Cr含量的自保护药芯焊丝对同一种钢板进行焊接,对获得的焊缝金属进行了夏比冲击性能检测和金相组织分析,探究了合金元素Cr对自保护药芯焊丝半自动焊焊缝组织及冲击性能的影响。分析结果表明:焊丝中Cr含量较高的焊缝冲击功离散性大,且焊缝中链状M/A含量高。     

X80钢管道焊接技术

X80钢的焊接方法包括焊条电弧焊、药芯焊丝半自动焊、熔化极气体保护自动焊以及上述焊接方法的组合.其中焊条电弧焊主要用于主线路返修和连头的焊接,药芯焊丝半自动焊和熔化极气体保护自动焊主要用于主线路焊接.X80钢的预热温度主要通过理论计算、斜Y型坡口焊接裂纹试验和插销冷裂纹试验三种方法确定.X80钢填充和盖面焊接,当采用半自动或全自动焊接时和X70钢的焊接方法相同.如果采用低匹配进行X80钢焊接,焊缝会产生应变,因而需要焊缝具有更高的韧性以防止在缺陷处产生裂纹,所以焊接材料和母材金属采用高匹配.     

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。     

自保护药芯焊丝焊缝组织及性能研究

采用E71T8-Ni1J自保护药芯焊丝进行X70管线钢管半自动焊接,通过光谱分析、金相、扫描电镜、力学性能等试验手段,研究了X70管线钢管自保护药芯焊丝焊缝不同焊层及层间热影响区的组织特征和力学性能。试验结果表明,根焊组织主要由细小的等轴晶、板条马氏体和少量粒状贝氏体组成：填充焊层中可以观察到明显的奥氏体晶界,组织主要由准多边形铁素体、粒状贝氏体和M／A组元组成：层间热影响区组织由少量准多边形铁素体、粒状贝氏体、M／A组元以及沿奥氏体晶界连续分布的“项链状”M／A组成。焊缝的抗拉强度为720～750MPa,-20℃夏比冲击功为78～128．5J。层间热影响区组织中沿晶界分布的“项链状”M,A、晶内粒状贝氏体板条间形成的平行排列的条状M／A组元以及焊缝中粗大不均匀的组织会降低焊缝的韧性。     

一种X80管线钢焊接接头疲劳裂纹扩展门槛值的研究

采用疲劳试验、显微分析方法和力学性能分析等手段,对焊接热输入为20 kJ/cm的一种X80管线钢焊接接头在不同应力比条件下的疲劳裂纹门槛值进行了研究。研究结果表明,随着应力比的增加,疲劳裂纹扩展速率da/dN增大,疲劳裂纹扩展门槛值呈逐渐降低的趋势。在热输入为20 kJ/cm时,焊缝的组织以针状铁素体为主,含少量多边形铁素体,有很好的韧性。     

焊接热输入对厚壁X80管线钢粗晶热影响区组织及性能的影响

为了研究焊接热输入对X80管线钢粗晶热影响区的组织及性能影响,采用热模拟技术,对不同焊接热输入下X80管线钢的力学性能与显微组织进行了研究和分析。研究结果表明,在不同热输入量下厚壁X80管线钢粗晶热影响区组织为板条贝氏体、粒状贝氏体及M-A岛组织。当热输入量小于25 kJ/mm时,粗晶热影响区组织以贝氏体板条为主,冲击韧性最佳,但硬度较高;当热输入量在25 kJ/mm时,试验钢粗晶热影响区组织为板条贝氏体与粒状贝氏体,冲击韧性较高,且硬度适中;随着热输入的增大,粗晶热影响区中的粒状贝氏体变得极为粗大,同时,M-A形态与分布发生急剧变化,粗晶热影响区出现严重软化,冲击韧性值明显下降。     

高钢级管线钢摩擦焊焊接接头组织与硬度分析

为了提高高钢级管线钢焊缝的冲击韧性,采用连续驱动摩擦焊对X80管线钢进行了焊接,并对其焊接接头的组织及硬度进行了分析和检测。结果表明,X80管线钢连续驱动摩擦焊焊接接头焊缝区组织为铁素体和粒状贝氏体,热影响区的组织由原始的针状铁素体转变为先共析铁素体、针状铁素体及粒状贝氏体。焊接接头的硬度高于母材,其中焊缝区域硬度最高,达到了247.4HV10,其次是热影响区,母材的硬度最低,且在焊缝两侧,硬度值呈对称分布。     

X80钢管双连管埋弧环焊用烧结焊剂研制

为了提高X80管线钢管双连管焊缝韧性和焊接工艺性,针对X80管线钢管双连管埋弧环焊工艺,对埋弧焊焊剂进行了优化。以CaF2-MgO-Al2O3-CaO-SiO2渣系为基础,加入稀土硅铁及镍合金等,研制出了一种适合于X80双连管埋弧环焊用烧结焊剂,并按照CDP-G-OGP-OP-081.01—2019-2《油气管道工程焊接技术规定 第1部分》标准进行了X80钢级双连管环焊试焊及焊缝性能检测。结果表明:采用所研制的焊剂配合相应焊丝焊接所得的环焊缝各项性能均能满足管道线路焊接标准要求,且环焊缝具备了良好的强韧性及断裂韧性,焊缝抗拉强度达到690 MPa以上,-10 ℃下焊缝冲击韧性达150 J以上,-10 ℃下焊缝CTOD值超过0.254 mm。     

X80管线钢用气体保护焊丝的研制

为了满足X80管线钢焊接时的强度、冲击韧性等性能要求,设计了以Mn-Ni-Mo-Ti-B为合金系的焊丝。确定了X80管线钢用气体保护焊丝熔敷金属组织应以大量针状铁素体和少量粒状贝氏体的复合组织为主,同时明确了焊丝的化学成分。试验分析表明,所用焊丝熔敷金属强度、冲击韧性和硬度等均达到了要求值。焊缝熔敷金属显微组织也达到了设计目标,即获得了以针状铁素体为主,其间弥散析出少量粒状贝氏体的焊缝复合组织。同时利用扫描电镜对冲击断口形貌进行了分析,断口具有典型的韧窝。最后利用透射电镜探究了针状铁素体在夹杂物表面的形核机理。     

X80管线钢焊接热影响区组织性能改善措施

采用热模拟试验方法,研究了一种X80管线钢热影响区在不同冷速、焊接线能量和峰值温度下的金相组织和力学性能变化规律。试验表明:适当提高焊缝热影响区冷速可以改善其组织和强韧性能;在相同焊接线能量的条件下,试验X80钢焊接热影响区的临界区、粗晶区冲击韧性最差并分别出现一处谷值,细晶区强度最差;采用较小线能量焊接有利于改善热影响区综合强韧性;采用高熔敷率复合高效多丝埋弧焊低线能量化焊接工艺、随焊加速冷却工艺、焊后焊缝及热影响区局部中频正火热处理工艺,可以有效改善X80管线钢热影响区强韧匹配性能。