X70管线钢熔合区裂纹与焊接工艺的关系 孙咸

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。     

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。     

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。     

X80管线钢的焊接冷裂纹试验

为了实现焊接时焊缝金属的纯净化与晶粒细化,减小焊缝的裂纹率.通过碳当量计算公式,判断X80管线钢的淬硬倾向;通过小铁研试验计算了在25℃、50 ℃、100 ℃和150 ℃的预热温度下X80管线钢的焊接裂纹率;利用金相方法分析了裂纹的性质和不同预热温度时焊接接头熔合区的金相组织.结果表明:X80管线钢淬硬倾向较小,焊后一般不需要热处理,小铁研试验出现的裂纹为冷裂纹;随着预热温度的升高,裂纹率显著降低;焊接接头熔合区显微组织为粒状贝氏体 板条贝氏体 铁索体,随着预热温度的升高,线能量的降低,晶粒粗化现象得到缓解,粒状贝氏体组织增加,降低了冷裂纹敏感性.     

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.     

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。     

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。     

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大应变钢管焊接接头的疲劳性能北大核心CSCD

采用MTS landmark 370型液压伺服动静疲劳拉伸试验机研究了应力比(R=σmin/σmax)为0.1时X80大应变管线钢焊接接头的拉拉疲劳寿命;并采用显微硬度计和扫描电镜对焊接接头的硬度及疲劳断口进行了分析。结果表明:焊接接头的疲劳寿命显著低于母材;疲劳裂纹均萌生在焊缝熔合线处;裂纹沿热影响区向内扩展,当裂纹扩展到一定程度时,裂纹沿热影响区快速开裂。焊缝金属咬边所形成的夹杂物、焊缝的应力集中及热影响区性能恶化是疲劳裂纹萌生及快速扩展的原因。     

X80大应变钢管焊接接头的疲劳性能

采用MTS landmark 370型液压伺服动静疲劳拉伸试验机研究了应力比(R=σmin/σmax)为0.1时X80大应变管线钢焊接接头的拉拉疲劳寿命;并采用显微硬度计和扫描电镜对焊接接头的硬度及疲劳断口进行了分析。结果表明:焊接接头的疲劳寿命显著低于母材;疲劳裂纹均萌生在焊缝熔合线处;裂纹沿热影响区向内扩展,当裂纹扩展到一定程度时,裂纹沿热影响区快速开裂。焊缝金属咬边所形成的夹杂物、焊缝的应力集中及热影响区性能恶化是疲劳裂纹萌生及快速扩展的原因。     

Nb-Mo系X80管线钢焊接冷裂纹敏感性的研究与预测

通过插销试验获得Nb-Mo合金化的X80管线钢焊接冷裂纹下临界应力,分析发现Nb-Mo合金化的X80管线钢具有较小的冷裂敏感性.测量了不同焊接工艺条件下的焊接热循环参数、焊接热影响区最高硬度、熔敷金属初始扩散氢含量,和冷却到50℃时的残余扩散氢含量,建立了Nb-Mo合金化的X80管线钢冷裂纹判据公式,并对判据进行了分析.结果表明,在低氢条件下,钢的抗冷裂能力随着热影响区最高硬度的增大而提高;高氢条件下,钢的抗冷裂能力随着热影响区最高硬度的增大而降低;在试验硬度范围内冷裂倾向随残余扩散氢含量的增加而增大.     

管线钢焊接接头H2S应力腐蚀试验分析

采用楔形张开加载(WOL)试样,对X56、X65管线钢不同焊接工艺下焊接接头的焊缝金属和热影响区在H2S介质中的抗应力腐蚀性能进行了试验研究.结果表明,全部平行试样都发生了少量的裂纹扩展,当应力强度因子K达到临界值(KISCC),裂纹不再扩展.在文中采用的焊接工艺下制备的X56钢和X65钢焊接接头,热影响区的抗H2S应力腐蚀性能略强于焊缝金属,且焊缝金属和热影响区性能均低于文献中介绍的母材性能,可以认为是焊缝金属和热影响区粗晶区的晶粒粗化、焊接缺陷、焊接残余应力和焊缝的高匹配等因素造成的.     

X100管线钢焊接接头抗HIC性能研究

利用OM和SEM研究了X100管线钢焊接接头的微观组织,并利用EDS分析接头中的非金属夹杂物种类及成分。结果表明,实验用X100管线钢焊接接头由针状铁素体、粒状贝氏体和M/A岛组成;焊缝金属中含有MnS,Si的氧化物和Al的氧化物及Al-Mg-O和Ca-Al-O-S系夹杂物。焊接接头氢致开裂敏感性较高,焊缝金属中的非金属夹杂物及硬脆M/A组元与基体之间的界面和应力导致氢致裂纹的萌生,并沿粗大的贝氏体晶粒扩展。     

焊缝为镍基合金的管线钢焊接接头应力腐蚀性能

用镍基合金Arc625焊材,采用钨极惰性气体保护焊(tungsten inert gas welding, TIG)方法焊接X65管线钢. 针对该类焊接接头,通过显微组织观察、电化学测试、氢渗透试验、四点弯曲以及能谱分析研究其H2S应力腐蚀开裂(sulfide stress corrosion cracking, SSCC)行为. 结果表明,该类焊接接头熔合线处有硬脆碳化物聚集,焊缝与热影响区间电化学腐蚀性能差异较大,焊缝的自腐蚀电流密度比热影响区小一个数量级,该类焊接接头整体抗氢渗透能力较强,SSCC试验后试样在熔合线处出现了裂纹,该裂纹由阳极溶解和氢渗透的双重作用所致. 熔合线处 C元素的聚集和Ni,Cr元素的偏析对焊接接头SSCC性能影响较大.     

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”.     

扩散氢与X100管线钢临界断裂应力的关系

采用扩散氢试验方法、插销试验方法和热影响区最高硬度试验方法研究了扩散氢与X100管线钢临界断裂应力之间的关系。结果表明:X100管线钢在不预热条件下,防止冷裂纹产生的临界扩散氢含量约为3.65 m L/100g,临界应力为573 MPa;焊接HAZ宏观硬度最大317.6 HV10,小于冷裂纹产生临界硬度350 HV10,冷裂纹倾向较小。     

X90预精焊螺旋缝埋弧焊管冷裂纹形貌及成因分析

研究X90螺旋缝埋弧焊管预精焊试制中产生的焊接裂纹形貌,并分析裂纹形成原因。结果表明:X90螺旋缝埋弧焊管内焊缝上的横向裂纹为延迟冷裂纹,裂纹在焊缝组织中以穿晶和沿晶界并存的形式扩展。该冷裂纹产生的原因是:X90钢含有较多的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,且焊缝两侧的硬度分布极不对称,造成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且其含量较高,在气孔、夹渣等处聚集,导致裂纹产生并在断口上形成大量的氢白点;焊缝一次结晶所形成的树枝晶晶界为裂纹扩展提供了"通道"。     

X80管线钢氢致开裂研究

通过电化学充氢法研究了X80管线钢氢致裂纹(HIC)的种类及开裂特征,探讨了氢致开裂规律,对X80管线钢的氢致开裂影响因素进行了分析.结果表明:随充氢时间的延长和电流密度的增大,氢鼓泡的密度逐渐增大,体积先增大后趋于稳定;形成的氢致裂纹主要呈阶梯状,由直线型裂纹和“S型裂纹”组成,多以穿晶方式扩展,裂纹尖端沿着晶界萌生;X80管线钢中的带状组织是氢致裂纹萌生和扩展的聚集场所;非金属夹杂物是氢致裂纹萌生的裂纹源,其中较大尺寸的A1和Si的氧化物易于诱发“S型裂纹”形成,对管线钢抗氢致开裂的敏感性有很大影响.     

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。