【正文】 o b(MPa) 648 628 635 635 636．5(半自動(dòng)焊)斷裂位置 焊縫 焊縫 焊縫 焊縫 |試件號 1 2 3 4 {20 b(艘a) 666 676 676 678 674(自動(dòng)焊)斷裂位置 母材 母材 母材 母材 |(5) 結(jié)果分析 兩種工藝環(huán)焊縫的抗拉強(qiáng)度值均能滿足拉伸試驗(yàn)的要求。因?yàn)椴捎玫暮附硬牧喜煌幮竞附z的熔敷金屬強(qiáng)度較低，因此斷裂在焊縫，實(shí)心焊 絲熔敷金屬強(qiáng)度較高，因此斷裂位置均為母材。4．3刻槽錘斷試驗(yàn)(1)準(zhǔn)備刻槽錘斷試樣(如圖43所示)約230mm長，25ram寬，制樣可通過機(jī) 械切割或氧氣切割的方法進(jìn)行。用鋼鋸在試樣兩側(cè)焊縫斷面的中心(以根 焊道為準(zhǔn))鋸槽，每個(gè)刻槽深度約為3mm。用此方法準(zhǔn)備的某些自動(dòng)焊或半自動(dòng)焊(有時(shí)也包括焊條電弧焊)的 刻槽錘斷試樣，有可能斷在母材上而不斷在焊縫上。如果前一次試驗(yàn)表明 可能會在母材處斷裂時(shí)，為保證斷口斷在焊縫上。則可在焊縫外表面余高 上刻槽，但是深度從焊縫表面算起不得超過1．6mm。如果另有要求的話，可以對用半自動(dòng)焊或自動(dòng)焊方法進(jìn)行工藝評定 的刻槽錘斷試樣在刻槽前先進(jìn)行宏觀浸蝕檢查。(2)方法 刻槽錘斷試樣可在拉伸機(jī)上拉斷：或支承兩端，打擊中部錘斷：或支承一端，打擊另一端錘斷。焊縫暴露面應(yīng)至少19mm寬。 (3)要求每個(gè)刻槽錘斷試樣的斷裂面應(yīng)完全焊透和熔合，任何氣孔的最大尺寸應(yīng)不大于1．6mm。且所有氣孔的累計(jì)面積應(yīng)不大于斷裂面積的2％。夾渣深天津大學(xué)工程碩士學(xué)位論文度應(yīng)小于0．8mm，長度應(yīng)不大于鋼管公稱壁厚的1／2，且小于3mm。相鄰?qiáng)A 渣之間至少應(yīng)有13ram無缺陷的焊縫金屬。避錒僻q誰誠鉀哼j：。矗廿{．1害：tt釩。乙{口熹。身3叫 ， ／ 兩剖247。：．葶競臂和嗜五等f： 一 一 l ～168。．，?，：一_．?一二 ～．—— ． 一；：一{～j／鼢，二～r一 ＆：疊㈡7： 乏3m l l疊．、／!——————————T一一——盥己L————————一j一 ．’?230H168。 一一：——．一￡一二：1 1。一 —— ——一。一一j ；l／‘——一——247。——二i}—————一———————————————————上一，_，7嚏靜嬸嗵采磚嬸3啊n、囅艇艫二黼I．、F：一、_二氣蠢囊一‘。 。 。j一一一 、 、．一一”一j 47一，’?、．一一 一一，’f。+{‘．|一，一一一‘～．。4：一、二o，一一一“圖4．3刻槽錘斷試樣 (4)試驗(yàn)結(jié)果表43 試驗(yàn)結(jié)果工藝方案 試件號及斷面缺陷情況試件號 1 2 3 ．41斷面缺 未見明顯 未見明顯 未見明顯 未見明 (半自動(dòng)焊)陷情況 缺陷 缺陷 缺陷 顯缺陷試件號 1 2 3 42斷面缺 未見明顯 未見明顯 未見明顯 未見明 (自動(dòng)焊)陷情況 缺陷 缺陷 缺陷 顯缺陷(5)試驗(yàn)結(jié)果分析刻槽錘斷試驗(yàn)結(jié)果均沒有發(fā)現(xiàn)明顯的缺陷，兩種工藝所得環(huán)焊縫均 能很好地滿足要求，并且斷口韌性是良好的。由于采用的焊接材料藥芯焊 絲是管道專用焊接材料且具有抗風(fēng)、抗?jié)穸燃皟?yōu)良的操作工藝性能，實(shí)心 焊絲是在防風(fēng)棚內(nèi)焊接且采用氣保護(hù)，適當(dāng)?shù)暮附右?guī)范參數(shù)和技能合格的 焊工，在很大程度上保證了環(huán)焊縫的斷口的質(zhì)量，因此兩種工藝均能保證天津大學(xué)工程碩士學(xué)位論文焊縫的質(zhì)量。4．4側(cè)彎試驗(yàn)(1)準(zhǔn)備 側(cè)彎試樣約230ram長，13ram寬，且其長邊緣應(yīng)磨成圓角(如圖44所示)。試樣可先通過機(jī)械切割或氧氣切割的方法制成寬度約19ram的粗 樣，然后用機(jī)加工或磨削制成13ram寬的試驗(yàn)試樣。試樣各表面應(yīng)光滑平 行。焊縫的內(nèi)外表面余高應(yīng)去除至與試件表面平齊。(2)方法側(cè)彎試樣應(yīng)在類似于圖45所示的導(dǎo)向彎曲試驗(yàn)?zāi)＞呱蠌澢?。將試?以焊縫為中心放置在下模上，焊縫表面與模具成90。施給上模壓力， 將試樣壓入下模內(nèi)，直到試樣彎曲成近似U形。(3)要求每個(gè)側(cè)彎試樣彎曲后，試樣拉伸彎曲表面上的焊縫和熔合線區(qū)域 所發(fā)現(xiàn)的任何方向上的任一裂紋或其它缺陷尺寸應(yīng)不大于公稱壁厚的1／2， 且不大于3 mill。除非發(fā)現(xiàn)其它缺陷，由試樣邊緣上產(chǎn)生的裂紋長度在任 何方向上可不大于6 mill。彎曲試驗(yàn)中每個(gè)試樣均應(yīng)滿足評定要求。玉二j I／7 ，r——————————————“]—于_——————1—T．＼ 』 f i {；{ 、‘＼＼ ／’’／’／ {槲j； 。l’i ’L ．一 鯽23‘咖 ， ．～． 一 ；精 療 群 靜 彳 征 ‰。 一 斯．、譬一 一 ． I ，：霎。q 庶圖44側(cè)彎試樣(壁厚13m)天津大學(xué)工程碩士學(xué)位論文■～一．一 。．一一’；一一’。’‘l |， |／／‘二一飛，， ； ，|j r?！?，．，≯／ ：i ／之‘j。 c 7jJ／’|、。 |^。|、 07 ／／’。、’j j≯ 、j j／ I．’一’ B j，’。、一，／～～～～ 、． j ，’。{，7，7‘～、～一～～ ． ～ 弋．一， j ／ ，一7／7一：===：二：≥～k～．．～z=專=矗～． 1～～， ! ／’ √7，7’、～～～一≤蘭_l～≮》j～～～～V∥：j≯7～一一．==_．’：世?耋，：。i：，，7～～～～～一i，7沖頭半徑A=45mrn 胎具半徑B=60m胎具厚C=50mm度 圖4．5導(dǎo)向彎曲試驗(yàn)胎具(4)試驗(yàn)結(jié)果表44 側(cè)彎試驗(yàn)結(jié)果 工藝方案 試件號及斷面缺陷情況試件號 1 2 3 4 l拉伸彎曲表 未見明顯 未見明顯 未見明顯 未見明 (半自動(dòng)焊)面缺陷情況 缺陷 缺陷 缺陷 顯缺陷試件號 1 2 3 42拉伸彎曲表 未見明顯 未見明顯 未見明顯 未見明 (自動(dòng)焊)面缺陷情況 缺陷 缺陷 缺陷 顯缺陷(5)試驗(yàn)結(jié)果分析 側(cè)彎試驗(yàn)結(jié)果均沒有發(fā)現(xiàn)明顯的缺陷，兩種工藝所得環(huán)焊縫均能很好地滿足要求，并且拉伸彎曲面質(zhì)量是良好的。由于采用的焊接材料藥芯 焊絲是管道專用焊接材料且具有優(yōu)異的焊接性能，實(shí)心焊絲是在防風(fēng)棚 內(nèi)焊接且采用氣保護(hù)，焊接性能優(yōu)異，適當(dāng)?shù)暮附右?guī)范參數(shù)和技能合格的 焊工，在很大程度上保證了環(huán)焊縫的內(nèi)部質(zhì)量，因此兩種工藝均能保證焊天津大學(xué)工程碩士學(xué)位論文縫的質(zhì)量。4．5低溫沖擊韌性試驗(yàn)(1)準(zhǔn)備 按圖1規(guī)定的位置截取試塊，在每個(gè)試塊上機(jī)加工出兩組(每組3塊)夏比V型缺口沖擊試樣。其中一組缺口開在焊縫垂直中心線上，另一組 缺口開在熔合線上見圖4—6。試樣尺寸和沖擊功見表3。表4_5試樣尺寸及最低沖擊功試樣尺寸 最低沖擊吸收功(J) 厚X寬長(mmmmmm) 平均值 單個(gè)值5x10x55 38 287．510x55 57 4210x 10x55 76 56注：l、沖擊功適用于X70鋼級管線管，其他鋼級的管線管的沖擊功 應(yīng)參照國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)制定；根據(jù)壁厚尺寸應(yīng)盡可能取較大試樣尺寸。j i’r，一 廠～ ““1‘。、 ／ ●：l／2t j： 、’ 、’j f 1 j j 鋒雄；， I ；t — 、／ 1／2t ”ir，圖4—6沖擊試樣缺口位置示意圖(2)方法試驗(yàn)溫度為．20C。試驗(yàn)方法應(yīng)按GB／T 229標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定進(jìn)行。 (3)要求 沖擊試樣在．20C下，沖擊吸收功應(yīng)等于或大于表3中規(guī)定值。如果任一沖擊試樣未滿足上述要求，則該焊口不合格。天津大學(xué)工程碩士學(xué)位論文(4)試驗(yàn)結(jié)果表46 試驗(yàn)數(shù)據(jù)(10x lO55mm)三個(gè)平焊位置 三個(gè)立焊位置 六個(gè)試件 工藝方案 缺口位置試件沖擊功(J) 試件沖擊功(J) 平均值(J)1 焊縫 202 189 180 143 220 230 194(半自動(dòng)焊) 熔合區(qū) 195 156 252 134 198 214 192．52 焊縫 134 134 134 134 143 133 135．3(自動(dòng)焊) 熔合區(qū) 190 169 8l 213 189 216 176．3(5)試驗(yàn)結(jié)果分析滔31)本試驗(yàn)采用全尺寸式樣(10xlOx55mm)，試驗(yàn)結(jié)果單個(gè)最小值81 J，平均最小值135．3J，滿足西氣東輸標(biāo)準(zhǔn)O／SV X042003中單個(gè)最 小值56 J、平均最小值76j的要求。2)焊縫沖擊功值的優(yōu)劣順序?yàn)椋汗に?工藝2；熔合區(qū)沖擊功值的 優(yōu)劣順序?yàn)椋汗に噇工藝23)從沖擊韌性角度看，無論焊縫還是熔合區(qū)均有：工藝1工藝24)工藝1采用藥芯焊絲半自動(dòng)焊，主要是取其優(yōu)良的焊縫沖擊性能 和便利的操作方式；工藝2采用氣保護(hù)焊接，強(qiáng)度較高，韌性下降，但都 滿足要求。天津大學(xué)工程碩士學(xué)位論文第五章環(huán)縫焊接接頭的顯微組織分析及硬度測試5 1焊接接頭組織焊接接頭由兩部分所組成．即焊縫和熱影響區(qū)，其問有過渡區(qū)， 稱為熔合區(qū)。焊接時(shí)除必須保證焊縫金屬豹性能之外．還必須保證 焊接熱影響區(qū)的性能。多層焊的焊縫由多道焊 組成，最下面為根焊，其次 熱焊，填充焊，最上面為一 道蓋面焊(如圖5—1所示)圈51多層焊焊縫熱影響區(qū)即為熔焊時(shí)在集中熱源的作用下，焊縫兩側(cè)發(fā)生組織和性能變化的區(qū)域(Heat Affected Zone，HAZ)或稱“近縫區(qū)”(Near Wel d Zone)。對于 低碳鋼和某些常用的低合金鋼，在焊接熱影響區(qū)根據(jù)組織上的特 征，可以分為四個(gè)區(qū)：a熔合區(qū)，b過熱區(qū)，c相變重結(jié)晶區(qū)，d不 完全重結(jié)晶區(qū)”””1。熱影響區(qū)組織示意圖如圖32所示：．醴墅!E匹．圖52熱影響區(qū)示意圖I縫2髂☆E 3 dE 4重結(jié)晶E 5{≈177。重镕^E 6≈5 1 1熔合區(qū) 即焊縫和母材相鄰的部位，又稱半熔化區(qū)．溫度處于固液相線天津大學(xué)工程碩士學(xué)位論文之間，此區(qū)微觀行為十分復(fù)雜，焊縫與母材的不規(guī)則結(jié)合，形成參 差不齊的分界面。由于在化學(xué)成分和組織性能上都有較大的不均勻 性，所以對焊接接頭的強(qiáng)度和韌性都有很大的影響，是裂紋、脆性 破環(huán)的發(fā)源地。5．1．2過熱區(qū)此區(qū)的溫度范圍是處在固液相線以下到1 100℃左右，金屬是 處于過熱狀態(tài)，奧氏體晶粒發(fā)生嚴(yán)重的長大現(xiàn)象，冷卻后得到粗大 的組織。此區(qū)韌性很低，通常要降低20％30％。5．1．3相變重結(jié)晶區(qū) 焊接時(shí)母材金屬被加熱到Ac。以上部位，將發(fā)生重結(jié)晶，然后在空氣中冷卻就會得到均勻而細(xì)小的珠光體和鐵素體，相當(dāng)于熱處 理時(shí)的正火組織，塑性和韌性都較好，所處溫度Ac。一1000℃之間。5．1．4不完全重結(jié)晶區(qū) 焊接時(shí)處于Ac，一Ac。之間，一部分組織發(fā)生了相變重結(jié)晶過程，成為晶粒細(xì)小的珠光體和鐵素體，而另一部分是始終未能溶入奧氏 體的鐵素體，成為粗大的鐵素體。所以，此區(qū)特點(diǎn)就是晶粒大小不 一，組織不均勻，因此，力學(xué)性能也不均勻。5．2焊接接頭顯微組織分析●焊好后從環(huán)縫焊接頭上截取試樣，用砂紙打磨后拋光，然后用4％的硝酸酒精溶液浸蝕。在OLYMPUS—GX51金相顯微鏡下觀察 焊接接頭的顯微組織。低合金鋼焊縫固態(tài)相變后的組織隨匹配焊接材料的比例，與母 材混合的化學(xué)成分和冷卻條件的不同，可出現(xiàn)不同的組織。除鐵素 體和珠光體之外，還會出現(xiàn)多種形態(tài)的貝氏體和馬氏體。工藝方案一的顯微組織如圖5—3所示。根焊的組織(如圖5—3 C) 為鐵素體+珠光體，晶粒較粗大，填充焊組織(如圖5—3 b)為較大 的鐵素體+珠光體，蓋面焊組織(如圖5—3 a)為粗大的鐵素體+少 量珠光體。熔合區(qū)(如圖5—3 d)可以看到明顯的分界線，焊縫部 分鐵素體較少，母材部分珠光體少。過熱區(qū)和相變重結(jié)晶區(qū)組織均 為鐵素體+珠光體，過熱區(qū)(如圖5—3 e)由于受熱嚴(yán)重，金屬處于 過熱狀態(tài)，奧氏體晶粒發(fā)生嚴(yán)重長大的現(xiàn)象，冷卻之后組織粗大。天津大學(xué)工程碩士學(xué)位論文攀隧。黧f圖5—3工藝方案一的接頭組atⅢ焊E bm≈4E c№*E d焙臺E c過熱區(qū)f重天津大學(xué)工程碩士學(xué)位論文豳。鬟。麓囤54工藝方案二的接頭顯微aii焊E b填充埠E cm4E d熔☆E edE f重镕8天津大學(xué)工程碩士學(xué)位論文相變重結(jié)晶區(qū)(如圖5—3 f)，焊接時(shí)母材金屬被加熱到Ac， 以上的部分，發(fā)生重結(jié)晶，然后在空氣中冷卻就會得到均勻而細(xì)小 的珠光體和鐵素體。工藝方案二的組織如圖5—4所示。根焊組織(如圖54 C)為 塊狀鐵素體+細(xì)小的珠光體。填充焊組織(如圖54 b)為細(xì)晶鐵 素