X65/316L与AISI4130/Inconel625复合管焊接接头力学性能及腐蚀行为研究

采用ERNiCrMo-3焊丝成功焊接X65/316L与AISI4130/Inconel625复合管,研究了复合管焊接接头的力学性能和腐蚀行为。采用拉伸试验、全焊缝拉伸试验、冲击试验、硬度测试表征了焊接接头的力学性能。参照ASTM G39和ASTM G5的相应标准对复合管焊接接头进行了CO2应力腐蚀和电化学腐蚀性能测试。结果表明,复合管焊接接头的抗拉强度达到583 MPa,断裂发生在X65/316L母材处;焊缝屈服强度为441.4 MPa,抗拉强度为725.9 MPa,延伸率达到37.67%;在-10 ℃试验条件下,焊缝的冲击吸收功为157 J,接头硬度值呈现梯度过渡。复合管焊接试样经过CO2应力腐蚀试验后失重达标,在母材和焊缝处没有观察到裂纹;电化学腐蚀试验后焊缝和热影响区的耐蚀性与母材相当。     

X100直缝埋弧焊管焊接接头性能分析

随着直缝埋弧焊钢管需求的不断加大,分析和研究直缝埋弧焊管各项性能指标显得尤为重要。本研究对国外某钢厂生产的X100直缝埋弧焊管进行了一系列分析,对母材和焊接接头进行了拉伸、冲击韧性和显微硬度等试验,结合金相组织分析,综合评定该钢组织性能。结果表明,直缝埋弧焊管焊接接头抗拉强度接近母材,焊缝金属的显微硬度高于母材,热影响区显微硬度低于母材;埋弧焊焊缝金属的韧性良好,韧脆转变温度为-60～-50℃,热影响区韧脆转变温度为-30～-20℃。     

双金属复合管焊接工艺研究

为对比全部采用Ni625焊丝焊接与分层焊接(采用Ni625焊丝打底、316L焊丝过渡及J507焊条填充盖面焊接)2种工艺的冶金复合管焊接接头性能,采用电化学测试和电子探针对焊接接头内壁耐蚀性和主要元素分布进行分析,对焊接接头的力学性能进行了测试。研究结果表明,2种焊接工艺均可以得到力学性能优良的焊接接头;分层焊接工艺中过渡层的合金明显被稀释,而不锈钢层合金含量变化不大,这说明过渡层对打底层起到了很好的保护作用;2种工艺焊接接头内壁比20#钢的耐蚀性能良好,并且2种工艺焊接接头内壁耐蚀性相差不大。最后指出分层焊接工艺可以取代全部采用Ni625焊丝焊接工艺进行复合管焊接。     

20/IN625复合管焊缝扩散层组织及元素分析

为了研究双金属复合板焊接接头组织、元素扩散情况及其对力学性能的影响,采用两种焊接方案对20/IN625双金属复合管进行了焊接试验。采用光学显微镜和扫描电子显微镜对焊缝扩散层显微组织及合金元素分布进行了分析,并且采用显微硬度计测定了扩散层附近的硬度分布。研究结果表明,基层焊缝组织主要为针状铁素体,不锈钢层和过渡层焊缝组织为奥氏体和少量铁素体。增加过渡层焊道可以减少不锈钢焊道Cr、Ni、Mo合金元素的稀释量,使扩散层界面变模糊,并降低扩散层处的硬度。两种焊接方案中焊缝扩散层处的硬度均高于其两侧焊缝硬度。     

X65管线钢焊接接头的显微组织和低温韧性研究

研究了X65管线钢焊接接头的显微组织和力学性能。试验结果表明，该钢焊接接头焊缝为典型的铁素体和少量的珠光体组织，HAZ（热影响区）含有侧板条铁素体。焊接接头的拉伸试验断裂部位在焊缝。焊接HAZ熔合线附近的硬度值最高，远离熔合线硬度降低，并逐渐接近母材金属的硬度，从冲击结果和上述的硬度结果可以看出，焊接接头有良好的冲击韧性。焊缝和母材属于“低强度”匹配。焊接接头和母材都具有良好的力学性能，焊缝的断裂韧度相对优于热影响区。     

X100管线钢管埋弧焊焊接接头性能分析

对X100管线钢管直缝双面埋弧焊接头进行了微观组织、显微硬度、拉伸及冲击试验。试验结果表明:X100管线钢双面埋弧焊焊缝金属的显微硬度高于母材,热影响区的显微硬度低于母材,焊接接头存在HAZ软化问题;横向焊接接头的抗拉强度满足ISO 3183—2007的要求,抗拉强度值高于母材纵向,但低于母材横向;埋弧焊焊缝金属的韧性良好,韧脆转变温度为-53℃;焊接热影响区的韧性较差,韧脆转变温度约为7℃。     

双面单道埋弧焊管线钢管的力学性能评价与统计相关性研究

为了评价 X70埋弧焊管线钢管的力学性能,对焊接接头和母材的强度、塑性、硬度、韧性以及可焊性进行了评价。结果表明,焊缝熔合区沉淀相的显微组织主要由晶内针状铁素体和晶界块状铁素体组成,其硬度最高而冲击韧性最低;焊接接头的抗拉强度高于母材的抗拉强度。使用相关性和一元线性回归方法对试验数据进行了统计分析,分析结果表明,屈服强度可以有效用于估算母材的抗拉强度和屈强比,决定系数R2分别约为80％和65％。另外,还可以采用母材的抗拉强度以大约60％的决定系数R2来预测焊接接头的抗拉强度,预测值与试验数据高度吻合,所提出的模型可以在实践中便捷使用。     

X70MS螺旋埋弧焊管的研制

为了开发酸性服役条件下的管线用管,通过对耐酸管硬度控制的研究、X70MS钢级卷板化学成分的设计、焊接材料的合理匹配以及焊接工艺参数的调整,研制出了X70MS钢级Φ711 mm×9.5 mm规格耐酸性埋弧焊管,并对试制钢管进行了化学成分分析、显微组织分析、硬度测试、力学性能检验以及HIC和SSC试验。试验结果显示,焊管管体屈服强度为489～555 MPa、抗拉强度为597～607 MPa,焊缝抗拉强度为667～679 MPa,管体和焊缝硬度均小于250HV10,0 ℃下母材冲击功大于226 J,焊缝单个冲击功大于169 J;母材、焊缝和热影响区裂纹敏感率（CSR）、裂纹长度率（CLR）、裂纹厚度率（CTR）均为零;在72%SMYS、80%SMYS和90%SMYS三种载荷下SSC试样的拉伸面在10倍显微镜下均未发现断裂。试制结果表明,X70MS管材表现出良好的力学性能和耐酸性, 各项性能满足API SPEC 5L标准要求。     

国产镍基埋弧焊焊接材料在甲醇合成装置中的应用

采用国产镍基埋弧焊丝与焊剂HS600/SJ608,对14Cr1MoR与镍基HS600之间的异种钢焊接接头进行了力学性能和显微组织变化分析,并与甲醇合成装置中进出口热交换器的相关应用数据进行对比分析。分析结果表明,镍基埋弧焊焊接接头的弯曲性能符合要求,母材区的硬度值为158HV,焊缝区的硬度最高为200HV,热影响区的硬度比母材区的硬度稍高,为168HV;热影响区的晶粒有一定的长大,并且珠光体相有所减少;焊缝区组织主要是针状γ相,γ相的形成增加了焊缝区的硬度。采用HS600/SJ608镍基埋弧焊丝与焊剂可以实现对大厚度板材14Cr1MoR的焊接,焊接接头的拉伸强度可以达到560MPa,且在母材区断裂,满足实际应用要求,可以替代进口焊接材料ERNiCr-3。     

HR3C钢焊接接头高温时效后的显微组织和力学性能试验研究

通过力学性能试验、光学金相显微镜、透射电子显微镜,研究了HR3C钢焊接接头高温时效后的显微组织和力学性能。试验结果表明,经650 ℃时效,HR3C钢焊接接头的强度和硬度升高,焊缝硬度上升幅度大于母材;焊缝的时效脆化倾向明显,时效7 000 h后冲击功都保持在15 J以下。对试验结果的分析表明,焊缝区晶界处M₂₃C₆相的连续网状分布及σ相、G相的存在导致了其较低的缺口冲击功,而晶内均匀细小Z相的沉淀强化作用则提高了接头的强度和硬度。     

不同焊接工艺下2205双相不锈钢焊缝组织及性能对比

采用PAW不填丝打底焊接+TIG填丝盖面焊接、PAW不填丝打底焊+SAW盖面焊两种焊接工艺对2205双相不锈钢进行焊接,并通过力学试验、弯曲试验、金相组织观察及耐腐蚀性能试验,对焊缝的理化性能进行了检测。结果表明,两种焊接工艺焊缝的拉伸、弯曲试验结果均符合标准要求;SAW焊焊缝组织方向性较强,整体呈树枝状晶,TIG焊焊缝也存在树枝状晶,方向性较埋弧焊不明显,SAW焊热影响区组织呈连续带状分布,TIG焊热影响区组织呈间断条状分布,TIG焊母材区组织呈间断条状分布,SAW焊母材区组织呈连续带状分布;TIG焊盖面焊缝耐点蚀性能较优于SAW焊盖面焊缝耐点蚀性能。研究表明,TIG盖面焊焊缝组织及理化性能优于SAW盖面,但SAW焊生产效率比TIG焊生产效率高3倍多。可综合考虑应用工况及生产效率,选择焊接工艺。     

高强钢L485MB+316L双金属复合管对接焊工艺验证

针对高强钢L485MB+316L双金属复合管钢级的的提升、尺寸增大,导致传统的手工氩弧焊打底+焊条电弧焊填充盖面焊接方法无法满足其焊接需求的问题,分析了L485MB+316L双金属复合管材料的化学成分和力学性能,从焊材选择以及工艺参数等角度制定了详细的对接焊焊接工艺,并根据标准对焊口试样进行了拉伸试验、弯曲试验、刻槽锤断试验和腐蚀试验。结果表明,316L内衬管采用316L药芯焊丝焊接后的耐腐蚀性能可以满足API 5LC标准中对耐蚀合金的要求;作为耐蚀合金钢与碳钢的过渡区域采用ER309L焊材可以有效连接不锈钢与碳钢,且能保证过渡区域的良好韧性;采用JM-68作为填充盖面金属可以有效地满足X70级钢的强度要求。     

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。     

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。     

铝与钢的摩擦焊接接头分析

对铝与钢进行了摩擦焊接试验,通过光学显微镜对焊接接头显微组织进行了观察,结合电子探针(EPMA)及XRD对焊接接头进行了分析。铝和钢摩擦焊接所得到的接头在焊缝处铝侧有飞边,而钢侧没太大变形,对该焊接接头进行整体拉伸试验,接头在铝侧发生断裂,接头抗拉强度Rm=96 MPa,表明接头强度高于铝基材的强度,形成了良好的焊接接头。通过分析发现,铝与钢摩擦焊接接头结合方式属于机械及冶金结合,且焊接接头处钢侧晶粒细小,并发生了明显的变形,距离焊缝越近铝侧的晶粒越细小。     

低合金钢焊材焊接铁镍合金复合管的可行性研究

为了降低Incoloy825铁镍合金复合管的焊接成本,对以低合金钢为焊材的铁镍合金复合管进行的填充盖面焊做了可行性研究。试验采用ERNi Cr Mo-3镍基焊丝氩弧焊打底,E71T8-Ni1J自保护药芯焊丝半自动填充盖面,并对其焊接接头进行了拉伸、弯曲、冲击及耐腐蚀性等理化试验。试验结果分析显示,采用低合金钢焊材进行铁镍合金复合管的填充盖面焊,其冲击与耐蚀性指标偏低,无法满足相关标准要求。研究表明,此类复合管采用低合金钢焊材进行填充盖面焊是不可行的。     

缓冲罐用Q345R钢焊接性试验及工艺评定

为了提高石油化工行业中缓冲罐的使用性能,采用钨级氩弧焊打底、埋弧焊填充和盖面的焊接工艺对Q345R钢级Φ600 mm×32 mm钢管进行焊接,并对焊接接头进行了探伤检测、力学性能检测和显微组织分析。试验结果表明:焊接接头抗拉强度大于525 MPa,-20 ℃冲击吸收功达到100 J以上,弯曲和硬度检测合格,满足技术要求。同时,根据设计的焊接工艺参数对Q345R缓冲罐进行焊接并开展了耐压试验,在水压6.25 MPa,保压1 h的条件下,焊缝未发生渗漏,无可见变形和异常声响,设计的焊接工艺满足缓冲罐应用要求。     

超高强度X100管线钢埋弧焊焊丝研制

以Mn-Ni-Mo-Ti-B为主要合金系,研制出了一种能够适用于X100超高强度管线钢埋弧焊焊丝。该焊丝与相应的BG-SJ101H2焊剂匹配,依据GB/T 12470—2003《埋弧焊用低合金钢焊丝和焊剂》要求,经熔敷金属试验检测,屈服强度685 MPa,抗拉强度780 MPa,-40℃冲击功均在27 J以上;通过X100钢管埋弧焊接后,焊缝外观形貌和工艺性能良好,力学性能优良,抗拉强度在780 MPa以上,-10℃冲击功为100 J,实现了焊缝高强度和高韧性的良好匹配,能够满足X100埋弧钢管性能要求。     

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。