【正文】 根焊組織(如圖54 C)為 塊狀鐵素體+細小的珠光體。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重天津大學工程碩士學位論文豳。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。在OLYMPUS—GX51金相顯微鏡下觀察 焊接接頭的顯微組織。5．1．4不完全重結晶區(qū) 焊接時處于Ac，一Ac。此區(qū)韌性很低，通常要降低20％30％。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重結晶E 5{≈177。天津大學工程碩士學位論文第五章環(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)。如果任一沖擊試樣未滿足上述要求，則該焊口不合格。j i’r，一 廠～ ““1‘。4．5低溫沖擊韌性試驗(1)準備 按圖1規(guī)定的位置截取試塊，在每個試塊上機加工出兩組(每組3塊)夏比V型缺口沖擊試樣。、一，／～～～～ 、． j ，’。 ’‘l |， |／／‘二一飛， ； ，|j r。l’i ’L ．一 鯽23‘咖 ， ．～． 一 ；精 療 群 靜 彳 征 ‰。(3)要求每個側彎試樣彎曲后，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不大于公稱壁厚的1／2， 且不大于3 mill。焊縫的內外表面余高應去除至與試件表面平齊。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、抗?jié)穸燃皟?yōu)良的操作工藝性能，實心 焊絲是在防風棚內焊接且采用氣保護，適當?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)焊縫的斷口的質量，因此兩種工藝均能保證天津大學工程碩士學位論文焊縫的質量。 。一 —— ——一。身3叫 ， ／ 兩剖247。相鄰夾 渣之間至少應有13ram無缺陷的焊縫金屬。焊縫暴露面應至少19mm寬。如果前一次試驗表明 可能會在母材處斷裂時，為保證斷口斷在焊縫上。因為采用的焊接材料不同，藥芯焊絲的熔敷金屬強度較低，因此斷裂在焊縫，實心焊 絲熔敷金屬強度較高，因此斷裂位置均為母材。～E二：：}F—■1 。 如果試樣斷在焊縫或熔合區(qū)，其抗拉強度大于或等于管材規(guī)定的最小抗拉強度時，則該試樣合格 如果試樣是在低于管材規(guī)定的最小抗拉強度下斷裂，則該焊口不合格，應重新試驗。使用的拉伸機應能測量出拉伸試驗時的最大載荷。如有需要，應進行機加工處理使試樣邊緣光滑及平行。試樣的試驗應在試樣空冷至 室溫后進行。天津大學工程碩士學位論文第四章環(huán)焊接頭力學性能試驗4．1概述本試驗是使用性能試驗，標準執(zhí)行Q／SY XQ42003要求。3．2焊接熱影響區(qū)熱模擬試驗用51055vmn的沖擊試樣在Gleeblel500試驗機上進行熱模擬試 驗，升溫速度為140250℃／s，峰值溫度為13501380℃，停留lOs，采 用0．5C／s、100℃／s等10種冷卻速度冷卻至室溫。lOh，焊接電壓24_+2V，焊接 速度150一+lOmm／mm，焊后靜止24h后再檢測和解剖。C時，X70鋼幾乎不產生冷裂紋，由此可以認為預熱100℃在工程上是安全的，可以有效防止裂紋的產生。To=1440Pc392℃ 將計算數(shù)據P。廣—啥金元素的裂紋敏感系數(shù) P。3．I，2冷裂紋敏感指數(shù)的計算目前應用較為廣泛的冷裂敏感指數(shù)P。C。各種低合金高強鋼，中高合金鋼，超 高強鋼及合金材料應用日益廣泛，帶來了許多問題，主要焊接裂紋，不僅 給生產帶來困難，還帶來災難性事故，而且絕大多數(shù)是裂紋引起脆性破壞?！皃嘲 X70鋼的含碳量不高，小于0．10％，但含有較多的合金元素．隨著合金元素的增加，使過冷奧氏體的穩(wěn)定性增加，孕育期延長，所以淬硬傾向 就要大些，易產生冷裂紋，這是因為在快速冷卻過程中，鐵素體析出后剩 下的富碳奧氏體來不及轉變?yōu)橹楣怏w，最終轉變?yōu)楹剂枯^高的貝氏體和 馬氏體，且得到馬氏體的臨界速度要低，易產生脆淬硬組織。分析金屬的焊接性除直接試驗外，通過分析金屬的化學成分、物理特 性、與氣體親和力、相圖特點、CCT圖、SHCCT等評估其焊接性。3)環(huán)境風速 不同的焊接方法對環(huán)境風速要求不同，纖維素焊條電弧焊采用的是氣渣聯(lián)合保護，藥芯焊絲采用自保護，焊接時都產生大量的氣體，將熔池 與空氣隔離開，具有較強的抗風能力，因此環(huán)境風速小于8m／s，相當于 四級風力：STT焊接工藝和全自動氣體保護焊工藝都是以氣體為保護，空 氣中的氧、氫一旦進入熔池，很難脫出，因此抗風能力較差，因此環(huán)境風 速小于2m／s，相當于二級風力。JB47092000《鋼制壓力容器焊接規(guī)程》規(guī)定；焊件溫度在一20℃以下不得焊接，焊件溫度在0—20℃時，應在始焊初lOOvan范圍內預熱到15℃以上。(3)施工環(huán)境1)環(huán)境溫度 不同的標準對施工環(huán)境有不同的要求。65。一50。大坡口對接焊時，由于母材溶入量較少，焊縫強度可能達不到要 求，故工藝上采用小坡口對接焊。天津大學工程碩士學位論文(2)焊接坡口 焊縫金屬的力學性能取決于兩個因素：一是化學成分；二是組織的過飽和度。I：； ≮：圖22工藝方案一坡口型式 圖2．3工藝方案二坡口型式2．4．3方案分析(1)、焊接方向 對于以上方案中，主要采用下向焊方法。 焊后熱處理：無 焊絲烘干：無 填充，蓋面焊絲伸出長度：焊絲直徑的8一15倍 根焊與填充焊時間間隔：不大于lOmin 加熱溫度：≥IOOC。天津大學工程碩士學位論文焊后熱處理：無 焊條烘干：按廠家要求 焊絲烘干：無 填充，蓋面焊絲伸出長度：焊絲直徑的1015倍 根焊與填充焊時間間隔：不大于10rain 加熱溫度：／100C。表2—4 焊接材料的化學成分(wt％)直徑牌號 C Mn Si P S Ti Cr Ni V Mo Cu(ram)E60100．20 1．20 1．00 0．20 O．30 O．08 O．30標準值BOHLER4．0 0．08 0．47 O．13 O．01 O．Oll O．02 0．07 O．0lE6010E7lT8．NilO．12 1．50 O．80 O．03 O．03 0．15 O．8．1．O 0．35標準值HOBART2．0 0．04 O．87 O．06 0．012 0．004 0．04 O．88 O．01 0．0281N1ER70S．G 標準不做要求JM．58 1．2 O．08 1．63 O．69 0．014 0．002 O．15 0．1 3ER80S．G 標準不做要求JM．68 1．O O．08 】．62 0．72 0．0l 5 0．003 O．17 0．17天津大學工程碩士學位論文表2．5 焊接材料熔敷金屬的力學性能夏比沖擊吸收功o l(MPa) 0 b(MPa) 6(％)直徑 沖擊功(J)牌號 溫度(mm) 標 實 標 實 標 實(℃) 標準值為27J準 測 準 測 準 測BOHLER4．0 330 437 430 538 22 28 —29 116E6010HOBART2．0 400 427 480 524 22 28 —40 298 299 29681N1JM一58 1．2 400 520 480 610 22 28 ．20 80 90 86JM一68 1．O 470 580 550 640 20 26 ．20 152 132 1 562．4焊接工藝根據上述焊接方法和焊接材料的選用，確定了兩種工藝方案。方案二為STT進行根焊，PAW2000自動外焊機進行填充焊和 蓋面焊。根焊焊條根據經驗選用BOHLER公司生產的纖維素焊條 E6010，其強度低于管材強度，不承擔主要應力的作用，主要是在 焊接過程中保證根部的焊接質量，提高施工速度，；主要承擔應力天津大學工程碩士學位論文的是填蓋的金屬，并且根據管材的力學性能按等強匹配的選擇及國 內外相關資料選擇自保護焊絲E71T8．Nil。因此，選擇焊接材料時必須考慮到兩方面的問題：一要焊縫 不易產生缺陷；二要滿足使用性能的要求。焊條電弧焊+藥芯焊絲半自動焊組合焊接方法是西氣東輸建設主要焊 接方法，同時有大量經過培訓合格的焊接人員和進口半自動焊設備；STT 根焊+外焊機填蓋組合焊接方法是熔化極氣體保護焊，STT根焊是半自動， 外焊機填蓋是自動的，非常適宜在平原、沙漠地帶施工，尤其在西北地區(qū) 和中部平原，效率高、質量好。在 加拿大、歐洲、中東等國家和地區(qū)受到普遍重視。焊條因斷續(xù)工作，每根需去掉2030mm的焊條頭， 造成焊材的浪費同時焊機的空載損耗大浪費了電力和時間。主要是把斷續(xù)的焊接過程變?yōu)檫B天津大學工程碩士學位論文續(xù)的生產方式，從而減少了接頭的數(shù)目提高了生產效率，節(jié)約了能源。焊條電弧焊+藥芯焊絲半自動焊組合焊接方法是目前管道建設的主要 焊接方法，尤其是對于大口徑輸氣管線，根焊選用纖維素焊條，其藥皮中 含30％左右的纖維素或其他有機物，加入其他合金，以鈉水玻璃作粘結劑。自動焊(STT+b焊機)方法： 采用JM58焊絲根焊+JM68焊絲使用PAW2000外焊機進行填充、蓋面焊接。卜E801E9018填充蓋面焊接。在克拉斯諾達爾輸油管道中應用該技術，大大減少了現(xiàn)場工作量， 在管道局承擔的蘇丹管道工程中曾嘗試應用。是目前管道焊接施工的主要方法STT根焊，STT焊機是通過表面張力控制熔滴短路過渡的STT焊 接工藝以柔和的電弧、極小的飛濺、良好的焊縫背面成形、焊后不用清渣 及使用純C02氣體和實心焊絲為主要特點，是根焊的優(yōu)良焊接方法。藥芯焊絲半自動焊90年代初，管道局從美國引進了自保護半 自動焊設備和工藝。該工藝的特點有較大的熔透能力和優(yōu)異的填充間隙性能，對管子的 對口間隙要求不很嚴格，焊縫背面成形好，氣孔敏感性小，容易獲得高質 量的焊縫。本次研究使用的管材基本性能均符合hPI 5L標準關于X70鋼的有關 規(guī)定。X70鋼的化學成分特點是采用非常低的碳含量、超低硫和Nb、V、Ti 等微合金化成分設計；煉鋼采用了低碳、超低硫、嚴格控制夾雜物的純凈 煉鋼技術，通過控制軋制進行組織控制，得到了針狀鐵素體(即低碳貝氏 體)+少量珠光體的顯微組織。西氣東輸管道工程主干管道全 長3900km左右，輸氣規(guī)模設計為年輸商品氣120X 108m3，設計壓力為10．0MPa，管徑為①1016mm，全線采用X70級的管道輸送鋼管，是我國距 離最長、口徑最大、站場最多、高壓力、多級加壓、采用先進鋼材并橫跨 長江下游寬闊江面的現(xiàn)代化、世界級的天然氣干線管道。微合金元素Nb、V、Ti除了上述細化晶粒的作用外，在SL鋁,J及軋后 連續(xù)冷卻過程中，還可通過正確地控制微合金碳氮化物在0【中的沉淀析出 過程來達到沉淀強化的目的。Nb、Ti可明顯抑制y晶粒長大，V的作用較弱。(4)微合金化元素j般而言，在鋼中質量百分比為0．1％左右而對鋼的微觀組織和性能 有顯著或特殊影響的合金元素，．稱為微合金元素。錳在提高強度的同時，還提高鋼的韌性，降低 鋼的韌脆轉變溫度。目前Mn作 為管線鋼中的主要元素而被采用，這是因為錳的加入引起固溶強化。微合金化和控軋 控冷等技術的發(fā)展，使得管線鋼在碳含量降低的同時保持高的強韌性。由于焊接作為一種主要生產工藝被引入，焊接性成為對管線鋼的最基 本要求。管線鋼經過幾十年的發(fā)展，顯微組織由“鐵素體+珠光體、針 狀鐵素體、超低碳貝氏體等幾個階段。采用降低熱軋板卷的卷 取溫度，可以得到更為細小的、均勻的針狀鐵素體組織，使細晶強 化的效果更好。由于該島狀 組織細小、分布均勻，所以對韌性沒有不良的影響。加速冷 卻可以降低y—a的轉變溫度，增加Q的形核率，同時阻止或延緩 碳、氮化合物的過早析出，從而生成彌散的析出物，細化晶粒，改 善鋼的強韌性。目的就是通過控制軋制參數(shù)，使鋼材形成具有發(fā)達亞結構的細晶組織，獲得 高強度、高韌性以及優(yōu)良的焊接性能。這些工作都為微合盒控軋理論提供了新的內容。管線鋼的開發(fā)研制得到突破性進展是在60年代中期以后。40年代之前，管線用鋼只是普通的碳鋼。因此，管線鋼的發(fā)展歷程實際上反映了微合金控軋技術的 發(fā)展歷程。海底管線 與陸地管線的服役條件有很大差異。我國建設的西氣東輸管線，沿途要經過大 片沙漠、戈壁高原、堿灘和沼澤地、地震活動斷層和大落差地帶。1．1．2高寒和腐蝕的服役環(huán)境由于全世界對能源的需求不斷增加，人們正在偏遠地區(qū)尋找和開發(fā)新 的油田。根據加拿大的統(tǒng)計分析，每提高一個級別， 就可減少建設成本7％。 目前管道工程的發(fā)展趨勢有如下特點：1．1．1大口徑、長距離、高壓輸送由建立在流體力學基礎上的設計計算可知，原油管道單位時間輸送量 與輸送壓