X80管线钢埋弧焊焊接材料的选材研究

通过对国内为“西气东输”工程生产的X70管线钢管焊缝性能的统计分析和实验室的试验研究，优选出了X80管线钢埋弧焊焊接材料，采用这种材料在生产线上使用试制出焊接接头性能良好的大口径X80管线钢螺旋埋弧焊钢管。     

X80管线钢埋弧焊匹配焊丝试验

通过分析高强度低合金钢焊缝熔敷金属常见显微组织对其力学性能的影响,确定X80管线钢用埋弧焊丝熔敷金属组织应以大量针状铁素体(AF)和少量粒状贝氏体(GB)的复合组织.从相变动力学原理出发,结合针状铁素体(AF)非自发形核机制和微合金组织韧化理论,选择Mn-Ni-Mo-Ti-B合金系进行X80管线钢匹配焊丝的试制.结果表明,合理选择和控制合金元素,可以获得理想的焊缝熔敷金属组织和强韧性以及低温韧性要求,试制的1号焊丝能够满足X80管线钢的使用要求.     

X80钢焊接残余应力耦合接头组织不均匀下氢扩散的数值模拟

采用ABAQUS软件建立了煤制气管线X80钢螺旋焊管三维模型,综合考虑焊接残余应力和组织不均匀性的影响,进行了焊接接头氢扩散的数值模拟。结果表明,残余应力和组织不均匀都会导致氢扩散的发生,氢浓度的分布规律与静水应力分布特征相似,即静水应力越高的区域,相应的氢浓度也较高,说明残余应力的影响大于组织不均匀性的影响。氢浓度最高的焊缝区比不考虑残余应力时提高了2.7倍,通过等效充氢压力下的慢应变速率拉伸实验发现,氢脆系数由不考虑残余应力时的18.56%上升至考虑残余应力所致氢富集条件下的32.53%,增加幅度达到75.27%。因此,残余应力是导致焊接接头氢富集进而影响氢脆失效的重要因素,采用数值模拟方法确定氢富集程度则是评估煤制气管线焊接接头安全性的重要基础。     

脉冲埋弧焊技术在X80钢焊接中的应用

为提高X80级钢管的焊接效率,必须加大埋弧焊接电流,然而这会导致焊缝区晶粒长大及相关性能下降.脉冲埋弧焊工艺通过改变加热方式并利用脉冲电流的震荡作用细化焊缝组织的晶粒,从而提高焊接接头的性能.利用林肯DC1500焊机与自行开发的脉冲控制器构建了应用于钢管制造的脉冲埋弧焊接系统,通过试验对比,发现经脉冲电流焊接的接头具有更细的晶粒,显示了脉冲埋弧焊技技术在制管行业应用推广的前景和优势.     

X80管线钢电磁超声残余应力检测精度的影响因素

管道运输中X80管线钢应用较为广泛,实际管道焊接大多使用半自动焊,难免存在焊接缺陷,在使用过程中会造成应力集中,可能导致管道破裂、石油泄漏等重大事故。为了促进电磁超声残余应力检测在管线钢中的应用,采用电磁超声系统,测试了X80管线钢残余应力检测的最佳参数。试验结果表明,电磁超声残余应力检测系统的6次回波测试精度为60 MPa;得出了电磁超声残余应力检测应力系数、信噪比随回波次数的变化关系,回波次数和应力系数、信噪比之间存在最佳取值,最后对薄板、厚板的电磁超声残余应力检测提出了一些建议。     

X80级管线钢三丝埋弧焊接热过程的数值分析

针对X80级高强管线钢纵向焊缝三电极串列三丝埋弧焊,借助ANSYS有限元分析软件,采用生死单元技术处理双V形坡口填充,利用双椭球体积热源分布模式实现载荷的施加与求解,建立焊接热过程数值分析模型.计算结果表明,焊接开始后1.6 s时出现三电极共熔池现象,到5 s时焊接过程达到准稳态,形成长度逾100 mm的熔池;焊缝区和HAZ的焊接热循环曲线出现三个高温波峰,延长了热循环曲线的高温停留时间,是HAZ晶粒粗化和焊接接头性能劣化的主要诱因.焊接工艺试验与数值计算结果对比表明,熔宽比熔深吻合更加良好,考虑焊缝余高可进一步提高计算精度.     

埋弧焊焊接及校正过程数值模拟

针对金属结构在焊后易产生残余应力和焊接变形的问题,以一种对焊钢制梁为例,采用有限单元法模拟埋弧焊焊后的残余应力和变形.结果表明,钢制梁焊后存在较大的残余应力,且纵向残余应力大于横向残余应力.以焊接结果为初始条件,分析是否考虑残余应力对校正后钢制梁应力分布的影响,结果显示校正后焊缝处仍存在较大的应力,因此焊接残余应力不能...     

缆式焊丝埋弧焊残余应力有限元分析

采用直径为2.4 mm的7根分焊丝,其中一根分焊丝（称为中心丝）位于中间,其余6根分焊丝（称为外围丝）围绕中心丝绞合组成直径为7.2 mm的缆式焊丝.试验用22 mm厚DH36船用钢板进行平对接缆式焊丝埋弧焊,采用小孔法对焊接接头进行残余应力测试;基于热弹塑性理论,建立缆式焊丝埋弧焊残余应力有限元数值分析模型,利用ANSYS软件对缆式焊丝埋弧焊残余应力进行模拟计算.结果表明,缆式焊丝埋弧焊的应力分布特征和幅值与单丝埋弧焊相近,纵向应力在焊缝及近缝区表现为拉应力,应力峰值为363 MPa;横向应力较小,焊缝上下部位呈现拉应力,中间呈现压应力.     

X80管线钢激光电弧复合焊接数值分析

根据激光电弧复合热源焊接的物理特征,建立双椭球体热源焊接模型。使用ANSYS有限元分析软件对X80管线钢激光电弧复合焊接的温度场和应力场进行耦合分析,在此基础上对10 mm厚X80管线钢进行对接焊试验,并对比分析数值计算结果和实际焊接试验结果。结果表明,数值仿真得到的焊缝截面形状、焊缝尺寸以及试件残余应力与焊接试验所得结果吻合,验证了选用热源模型的适用性,为焊缝组织和性能的预测奠定了基础。     

三丝埋弧焊工艺在薄壁小口径直缝钢管焊接中的应用

基于薄壁小口径直缝焊管生产的需要,分析了三丝埋孤焊的原理及特点,确定了焊接电流配置方式,焊丝空间排布方式,各焊丝直径大小的组合,焊剂品种的选用以及焊接电流、电弧电压、焊接速度等工艺参数.     

焊缝余高对复合型坡口X80管线钢多层多道焊接残余应力的影响

基于熔池反演法获取与工程实际一致的热源模型和参数,采用非线性有限元软件MSC. Marc“生死单元”技术对X80管线钢复合型坡口GMAW多层多道焊接过程热–力耦合有限元程序,并进行了数值模拟计算,进一步分析了复合型坡口有无余高两种情况下焊接接头的残余应力分布情况. 结果表明,焊接余高对焊接热循环过程曲线无明显影响,对焊后残余应力影响显著,有余高和无余高的纵向、横向残余应力均呈现“双峰”现象,应力集中于焊趾处;有余高时的纵向与横向峰值应力均高于无余高情况,且超过了X80管线钢的屈服强度.     

X80管线钢管焊接技术

介绍我国X80管线钢管焊接性能和焊接工艺,指出焊接工艺存在焊接质量与焊接生产率的矛盾。提出采用电磁搅拌的X80管线钢管焊接技术和电磁搅拌产生方法,解决了X80管线钢管焊接质量和焊接生产效率之间的矛盾。     

X80管线钢气体保护焊用焊丝的研制

对所研制的焊丝进行了气体保护焊试验,测试了焊缝金属的化学成分、金相组织、冲击韧度、强度、硬度和接头的抗拉强度.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,用扫描电镜分析了冲击断口的形貌和夹杂物的组成,用透射电镜分析了焊缝金属的微观结构.结果表明,在焊丝中加入微量的Ti-B,可以有效地抑制先共析铁素体的形成,使焊缝获得细小、均匀的针状铁素体组织.焊缝中合金元素形成了弥散分布的细小夹杂物,成为了针状铁素体(AF)的形核质点.针状铁素体内有许多位错团,可以有效地阻止裂纹的扩展,提高冲击韧度.     

X80管线钢激光-电弧复合焊接工艺

激光-电弧复合焊接结合了激光焊和电弧焊两种焊接工艺,影响焊接过程稳定性和焊接接头质量的因素较多。针对X80管线钢,系统开展了光纤激光-MIG电弧复合焊工艺研究。在对比光纤激光焊、MIG焊和激光-MIG复合焊的基础上,分别考察焊接电流、激光功率、焊接速度、光丝间距、离焦量等参数对焊缝成形的影响,并优化了激光-MIG复合焊的焊接工艺参数。     

X80管线钢焊条电弧焊接头组织与耐蚀性分析

利用双熔敷极焊条电弧焊技术对X80管线钢进行了焊接,并在焊接接头成分、组织及耐蚀性方面与传统焊条电弧焊进行了对比分析.结果表明,双熔敷极焊条电弧焊技术熔敷效率高,但受其结构及药皮重量系数的影响焊缝中合金元素的含量比普通焊接焊缝的低,且焊缝中多边形铁素体含量较高,另一方面由于对母材的热输入较低,使得其粗晶区组织较为细小,这有利于其性能的提高;对0.5 M Na₂CO₃-1 M NaHCO₃溶液及通饱和CO₂的NACE A溶液中的耐蚀性研究发现,焊缝及粗晶区耐蚀性均差于母材,且采用双熔敷极焊条电弧焊技术有利于提高焊缝及粗晶区的耐蚀性.