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。     

湿H2S环境下低合金钢焊接接头氢扩散数值模拟

利用电化学渗透法测定了氢在16MnR低合金钢焊接接头处的焊缝金属、热影响区金属以及母材中的扩散系数.利用有限元软件ABAQUS,对16MnR钢焊接接头氢扩散进行数值模拟,考虑焊接残余应力、不同组织对氢扩散的影响,得到焊接接头扩散氢的浓度随时间的分布.结果表明,在焊缝和热影响区,氢的扩散系数和焊接残余应力较大,使氢在焊缝和热影响区聚集,降低材料的力学性能,使得焊接接头部位成为最薄弱环节,在湿H2S环境下很容易发生与氢有关的损伤和破坏.     

基于预充氢拉伸法的焊接接头氢致裂纹敏感性评价

提出了焊接接头预充氢拉伸法评价焊接接头氢致裂纹敏感性的新方法,以30CrMnSiNi2钢TIG焊接接头为研究对象,对此方法进行了试验验证. 结果表明,预充氢后的拉伸试样断裂位置由未充氢时的母材区转变为HAZ粗晶区,预充氢电流对屈服强度影响不大,随预充氢电流密度增加抗拉强度下降,断后伸长率和断面收缩率减小. 同时,随着预充氢电流的增加,断裂方式由准解理断裂和韧窝断裂组成的混合型断裂逐渐向穿晶准解理断裂和沿晶准解理混合断裂过渡. 预充氢拉伸试验结果表明该方法能够方便地确定焊接接头临氢环境时的薄弱环节,有效评价焊接接头氢致裂纹敏感性.     

电化学充氢条件下X70管线钢及其焊缝的氢致开裂行为

采用电化学充氢的方法研究了X70管线钢在不同浓度硫酸溶液中的氢致开裂(HIC)行为．结果表明,增大充氢电流密度、延长充氢时间以及降低充氢溶液的pH值能够促进氢进入X70钢基体．微观观察表明,X70钢中的非金属夹杂物如氮化物和氧化物等对其氢致开裂行为有不同的影响,氮化物夹杂并不是充氢裂纹的必然形核位置,而Mg,Al,Ca等的氧化物是更为有害的氢致裂纹源．通过氢渗透实验测得室温下氢在X70钢中的有效扩散系数为3．34×10-9cm2／s．对XT0管线钢基体及焊缝试样电化学预充氢后拉伸,焊缝试样的拉伸塑性较差,各项塑性指标在充氢前、后均低于X70钢基体材料．     

焊接接头氢扩散数值模拟(I)

采用ABAQUS有限元分析软件对氢在不均质焊接接头的扩散进行了模拟计算 ,结果表明 ,对 2 0MnNiMo钢焊接接头 ,随时间延续 ,焊缝金属中的氢浓度逐渐降低 ,而熔合区以外区域氢的浓度经历了一个峰值变化过程。由于焊接接头不同部位氢的扩散系数和溶解度不同 ,一定时间以后热影响区中的氢浓度超过焊缝金属和母材 ;预热使焊缝金属中的氢浓度快速降低 ,并缩短热影响区出现峰值浓度的时间 ;后热可加速氢从焊接接头的逸出 ,降低热影响区氢浓度峰值并缩短其出现时间。     

焊接接头氢扩散数值模拟（Ⅰ）

采用ＡＢＡＱＵＳ有限元分析软件对氢在不均质焊接接头的扩散进行了模拟计算,结果表明,对２０ＭｎＮｉＭｏ钢焊接接头,随时间延续,焊缝金属中的氢浓度逐渐降低,而熔合区以外区域氢的浓度经历了一个峰值变化过程。由于焊接接头不同部位氢的扩散系数和溶解度不同,一定时间以后热影响区中的氢浓度超过焊缝金属和母材;预热使焊接接头的逸出,降低热影响区氢浓度峰值并缩短其出现时间。     

SPV50Q钢焊接接头腐蚀和氢渗透性能分析

具有不同组织结构的焊接接头是腐蚀环境中服役焊接设备或管道的薄弱环节,这与焊接接头处发生的非均匀腐蚀密切相关.利用动电位极化、交流阻抗技术和氢渗透技术,研究了液化石油气（LPG,liquefied petroleum gas）球罐用SPV50Q钢焊接接头在含H2S溶液中的腐蚀和氢渗透特性.结果表明,具有不同组织结构的SPV50Q钢焊接接头各区金属（母材、热影响区和焊缝）,在含H2S溶液中的耐腐蚀性和氢渗透性能都具有一定的差异性,母材的耐蚀性最好,热影响区次之,焊缝金属的最差;对氢渗透性能而言,焊缝金属的氢扩散速度和扩散系数最大,热影响区的次之,母材的最小.     

焊接氢致裂纹的模拟与预测

焊接氢致裂纹是金属氢损伤在焊接中的一种表征。它的产生与焊接接头中的组织、应力和局部氢浓度密切相关 ,迄今尚没有可行的技术 ,测定焊接氢致裂纹开裂时启裂处的局部氢浓度 ,即无法确定焊接氢致裂纹开裂的临界氢浓度 ,因而无法进行焊接氢致裂纹的模拟预测。通过用数值模拟技术与可以定量评定焊接氢致裂纹的插销试验法相结合 ,确定了氢致裂纹启裂时的临界局部氢浓度 ,建立焊接氢致裂纹的定量判据 ,实现了焊接氢致裂纹的模拟预测。试验验证结果证明该项技术是可行的。     

30CrMnSiNi2钢TIG焊接头电化学充氢后扩散氢逸出特征及示踪

高强度钢焊接接头不同区域组织对氢扩散与聚集的影响存在差异,采用显微镜摄影测氢法研究了电化学充氢条件下,30CrMnSiNi2钢TIG焊接头不同区域扩散氢的逸出规律,观察了氢气泡大小及分布特征;采用氢原子微印技术对焊缝区的扩散氢进行了示踪研究,探讨了高强度钢焊接头扩散氢逸出分布特征与低碳钢完全相反的原因,结果表明,30CrMnSiNi2A钢TIG焊接头扩散氢主要聚集在焊缝区及热影响区,焊缝区亚晶界为氢扩散和聚集的优先通道,组织中的内应力场是导致扩散氢聚集的根本原因. 研究结果对于研究焊接接头不同区域组织与扩散氢的关系提出了有益的思路.     

Zr基块状非晶的氢损伤与氢致滞后断裂

研究了Zr41.2Ti13.8Ni10Cu12.5Be22.5块状非晶在充氢过程中氢致滞后断裂规律以及氢鼓泡的形核、长大及破裂过程.结果表明,当充氢电流i<20 mA/cm2时,不出现氢损伤(鼓泡及微裂纹),但在恒载荷条件下能发生氢致滞后断裂,其归一化门槛应力强度因子为KIH/KIC=0.63.当i>20 mA/cm2后,无载荷下充氢会产生氢损伤,恒载荷下发生滞后断裂时KIH/KIC从0.63降为0.26.氢鼓泡(直径约为30 nm)形核时的内压pi≈3.6 GPa.随氢的进入,鼓泡不断长大;内压增大至pC≈3.9 GPa时,鼓泡就会解理扩展变成裂纹;但扩展20-30 μm后,内压下降从而止裂.当一定量原子氢进入氢鼓泡后,它又能解理扩展,从而在鼓泡边缘局部解理断口上可以观察到止裂线.     

激光焊接HR-2抗氢不锈钢的性能及组织

为研究HR-2抗氢不锈钢的激光焊接性,对焊接接头的力学性能、试样断口扫描电镜形貌、焊缝金相组织及焊缝内气孔的形貌与成分进行了试验与分析.结果表明,激光焊接HR-2抗氢不锈钢,虽然焊接接头的抗拉强度有所升高,断面收缩率和缺口冲击韧性值有所降低,但试样的微观断裂机制与母材一样是按微坑聚集型的韧性断裂方式进行的,表明焊接接头仍然具有较好的韧塑性;焊缝中未出现明显的合金元素烧损或过多的氧化及脱氧产物,焊缝热影响区很窄,与基体的结合界面良好;激光深熔焊接HR-2抗氢不锈钢,焊缝中除了容易出现常见的析出性气孔和反应性气孔外,更容易出现激光焊接所特有的小孔型气孔.     

TC11钛合金电子束焊接接头超高周疲劳性能

采用天津大学自行研制的TJU-HJ-I型超声疲劳试验系统研究了TC11钛合金电子束焊焊接接头的超高周疲劳性能. 试验结果表明,TC11钛合金电子束焊接接头在107周次以上仍然会发生疲劳失效,S-N曲线呈现连续下降的趋势,没有明显的转折. 试件的断裂位置大多数为母材处,焊缝和热影响区的疲劳性能要比母材好,这与焊接接头的微观组织有关. 通过SEM对超声疲劳断口形貌进行观察发现,断裂试件的疲劳裂纹大部分在表面萌生,然而在应力范围较低时,疲劳裂纹的萌生位置有从表面转向次表面的趋势.     

置氢量对TC4钛合金激光焊接头组织相变及硬度的影响

采用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)和X射线衍射(XRD)等研究了置氢量分别在0%、0.05%、0.16%和0.37%时的TC4钛合金激光焊接头的显微组织及相变,并用数字显微硬度计分析置氢后接头硬度的变化规律,阐述其影响机制。结果表明:随着置氢量的增加,母材中的α相减少,β相增加;焊缝组织由针状马氏体α′相转变为片层状组织,且母材和焊缝组织向同一方向转变。接头显微硬度随置氢量的增加逐渐降低,且母材和焊缝的硬度差值逐步缩小,当置氢量为0.37%时,焊缝和母材的硬度差最小,为13 HV。置氢量影响TC4钛合金接头硬度的原因是接头中软化相β、氢化物δ和氢的固溶强化等引起的多种相变的作用。     

The Microstructure and Pitting Resistance of Weld Joints of 2205 Duplex Stainless Steel

2205 duplex stainless steel (DSS) was welded by submerged arc welding. The effects of both heat input and groove type on the ferrite/austenite ratio and elemental diffusion of weld joints were investigated. The relationships among welding joint preparation, ferrite/austenite ratio, elemental diffusion, and pitting corrosion resistance of weld joints were analyzed. When the Ni content of the weld wire deposit was at minimum 2–4% higher than that of 2205 DSS base metal, the desired ratio of ferrite/austenite and elemental partitioning between the austenite and ferrite phases were obtained. While the pitting sensitivity of weld metal was higher than that of base metal, the self-healing capability of the passive film of weld metal was better than that of the base metal when a single V-type groove was used. Furthermore, the heat input should be carefully controlled since pitting corrosion occurred readily in the coarse-grained heat-affected zone near the fusion line of welded joints.     

Incoloy 825镍基高温合金电子束焊工艺及接头组织与力学性能分析

采用电子束焊,对空冷器管箱Incoloy 825镍基高温合金进行对接焊试验. 通过对焊接接头的组织观察,并结合拉伸力学性能以及接头的冲击韧性等试验,分析镍基高温合金电子束焊接头的组织和力学性能. 结果表明, 采用电子束焊焊接镍基高温合金可以得到良好的焊接接头,焊缝区组织由大片等轴晶和少量柱状晶组成;焊缝区没有出现明显的元素烧损现象;焊缝、热影响区硬度达到母材硬度值;焊缝接头抗拉强度达到600 MPa,接近母材抗拉强度,接头断裂形式为韧性断裂;焊缝和热影响区的冲击吸收能量高于母材区,其中焊缝区的冲击吸收能量达到了262 J,冲击断口形貌为韧窝状.     

喷瓷管道焊接接头的自熔覆防护

通过分析焊接对喷瓷管道焊接接头处瓷层的影响，提出了用自熔覆法对焊接接头进行防护。试验结果表明，在合适的电流下采用TIG焊打底能够使焊口附近的瓷层重熔并向焊缝流布、熔覆，在焊缝区形成保护层，起到自熔覆防护作用；焊前管端预涂釉浆能有效增加焊后接头区自熔覆瓷层的厚度，提高瓷层的防护效果；焊后采用火焰加热对接头区进行重熔处理，可以消除瓷层中气泡、裂纹等缺陷。采用焊前管端预涂釉浆、TIG焊打底、焊条电弧焊填充、焊后接头区瓷层重熔处理等配套措施能够有效解决喷瓷管道焊接接头的防护问题，焊后不用进行内补口。     

水下焊条电弧焊扩散氢含量及焊缝组织特征分析

对影响水下焊条电弧焊扩散氢含量的主要因素和焊缝组织进行分析研究.结果表明,电弧周围的水对焊缝增氢的贡献并不大,仅仅使扩散氢含量增加0.4%,扩散氢来源的主体是药皮中的结晶水和防水层材料所携带的H元素,分别使扩散氢含量增加12.1%和21.8%,工件表面的铁锈也是焊缝增氢的一个不容忽视的因素,会使扩散氢含量上升达28.2%.焊缝组织为少量的侧板条铁素体和贝氏体,热影响区(HAZ)则含有大量马氏体组织.其焊接接头的最高硬度一般都超过0.4 GPa,硬度峰值出现在熔合线附近,在焊缝热影响区内会形成典型的焊道下裂纹缺陷.