雙相不銹鋼水下焊接

1、雙相不銹鋼水下焊接關鍵詞：雙相不銹鋼；水下焊接摘要：目前的工作是研究雙相不銹鋼在水下環(huán)境中的可焊性。對該種不銹鋼的水下焊接的研究是源于水下修復技術(shù)的必要性，這是因為在近海石油天然氣工業(yè)中海底管道的廣泛應用。在本文的研究中采用局部干法MIG焊接。焊道設置在水下0.5m深以及空氣中。進行了焊縫的金相測試，微觀結(jié)構(gòu)中的鐵素體含量測試以及硬度測試。研究表明利用水下局部干法MIG焊接雙相不銹鋼可以獲得好的可焊性。簡介水下工程中越來越多的使用高強結(jié)構(gòu)鋼材料。尤其是雙相不銹鋼，鐵素體奧氏體不銹鋼，這種材料用于近海工業(yè)以及石油天然氣管道和海洋運輸業(yè)。這種材料在相互力作用以及高壓下表現(xiàn)出良好的耐腐蝕和抗斷裂性能

2、，因此用于酸性烴環(huán)境下。盡管雙相鋼應用廣泛，但是在水下環(huán)境中的接頭結(jié)構(gòu)和性能研究尚少。水下焊接在緊急情況和近海工程中是必須的。目前，這種焊接方法由船級社管理。規(guī)定允許高壓焊接方法GMA和GTAW。別的焊接方法由船設的附加規(guī)定所定義。海底纜線的損壞是由多方面的原因引起的。通常是由于腐蝕過程，從不穩(wěn)定的表面或者受到碰撞的區(qū)域開始，沿著錨或者船體相撞的地方開裂。淺水區(qū)的管道修復可由潛水員完成，但是這些工作通常較危險且效率低。在挪威大陸架，淺水員可以潛入180米深，然而管道安放在2500m深。因此這類的修復工作必須由機器人以及遠程控制器完成。有很多種方式修復受損管道，但是焊接是最有效且最常使用的方法。

3、和濕法焊接相比，干法高壓焊接可以排除水的影響，但是壓力的增大對于電弧穩(wěn)定性有不良影響。高壓使得電弧長度減短，這就有必要提高焊接電壓。、高壓焊接需要特制的腔室以及設備，這就使得該種焊接方法比濕法焊接成本高。目前更多的是在關注水下管道焊接的自動化過程以及大型漂浮結(jié)構(gòu)。這些研究致力于提高視覺系統(tǒng)以提高接頭的質(zhì)量和形貌。局部干法高壓焊接是高壓焊接中的一種比較合適的方式。這種焊接方法在保護氣的作用下使得焊接電弧、焊接工件與水隔離。局部干法焊接可以使用半自動或者全自動的GMA焊機。在局部干法焊接中冷卻狀況和氣體中焊接一樣。氫擴散性測試表明，焊縫中的氫含量從5-21ml/100不等，這取決于焊接參數(shù)，尤其是

4、保護氣流量。局部干法焊接的性能優(yōu)于濕法焊接，并且已經(jīng)達到200m的深度等級。最主要的缺陷是沒法觀測焊接過程。雙相不銹鋼的電弧焊可能給焊縫和焊接熱影響區(qū)帶來不利的影響。在焊接過程中熱影響區(qū)的溫度可以使得金屬全為鐵素體。在奧氏體相變冷卻之前。鐵素體轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體的長度取決于鋼的成分和焊接過程。含Ni和N越多冷卻速度越慢越促進轉(zhuǎn)變發(fā)生。當冷卻速度很快時，鐵素體能夠保持高含量。焊縫區(qū)和熱影響區(qū)的鐵素體含量可以達到25-70%，達到最佳的機械性能和抗腐蝕性能。雙相不銹鋼的水下焊接中冷卻速度過大，因而影響焊縫區(qū)和熱影響區(qū)的鐵素體形成?？焖倮鋮s導致熱影響區(qū)鐵素體含量的增加。鐵素體相中氫的含量可能上升。本文研究

5、了采用局部干法焊接時雙相不銹鋼焊接接頭的性能。本研究對于雙相不銹鋼在水下和空氣中采用同的焊接參數(shù)。研究應該說明水環(huán)境以及快的冷卻速度是如何影響接頭結(jié)構(gòu)和性能的。實驗焊接實驗采用12mmUR45N雙相不銹鋼。采用AWS所規(guī)定的焊絲，直徑為1.2mm。保護氣為99.98%的保護氣。鋼板和焊絲成分如下表所示。焊接在0.5m水深下進行，忽略壓力對焊接過程的影響。在水下環(huán)境以及空氣環(huán)境中采用GMA進行堆焊。在兩種情形下都采用較小的焊接熱輸入。堆焊采用合適的電流電壓比值以及一些固定參數(shù)比如焊接速度。焊接參數(shù)見表2。宏觀切片測試表明低熱輸入的焊縫，水下焊接的焊縫相比較空氣中的焊縫榮寬窄熔深大?？梢栽诟吆附与?/p>

6、壓和低的焊接電流下，電弧燃燒穩(wěn)定。在雙相焊縫金屬凝固時幾乎都形成鐵素體結(jié)構(gòu)。繼續(xù)冷卻將在鐵素體邊界形核。堆焊的微觀結(jié)構(gòu)表明，樹枝晶垂直于融合線生長?；w中沉淀了大量的奧氏體。高的冷卻速度可以降低焊縫中的奧氏體含量。這個規(guī)律是在空氣環(huán)境下進行不同的熱輸入實驗發(fā)現(xiàn)的，如圖3（a）。所有結(jié)構(gòu)都是相似的。越低的冷卻速度可以出現(xiàn)更多的球狀結(jié)構(gòu)，并且熱量傳導方向不定。熱輸入量的影響可以在水下焊接環(huán)境中觀察到。和空氣中焊接相比，水下焊接時得到的奧氏體顆粒更加細小，如圖3（b）。減少了向的轉(zhuǎn)變時間。低的熱輸入可以獲得細小的奧氏體。熱影響區(qū)的性能可以由焊縫來判斷。圖4表明在水下和空氣中焊縫的熱影響區(qū)差距不大。微

7、觀結(jié)構(gòu)中，層狀奧氏體周圍含有等軸晶體，大的鐵素體顆粒。在所有樣品中，鐵素體結(jié)構(gòu)都靠近融合線附近。這些區(qū)域的寬度不超過40微米，如圖5。使用電腦軟件來分析熱影響區(qū)的鐵素體含量和基體金屬含量。雙相基體含量為47%。鐵素體含量達到52-57%。最高的57%的含量是在水下低熱輸入的樣品W1中發(fā)現(xiàn)的。這項發(fā)現(xiàn)證明了冷卻速度降低減少了向的轉(zhuǎn)變時間。高的熱輸入使得焊縫的鐵素體含量降到53%?？諝庵械亩押负?2%的鐵素體。鐵素體含量的不同也和所用材料的成分不同。硬度測試表明水下焊接和空氣中焊接質(zhì)量相同。鐵素體和奧氏體含量細微的差距并不影響硬度。結(jié)論研究表明，結(jié)構(gòu)的問題并不影響水下焊接質(zhì)量，不過在僅是在淺水區(qū)進行的實驗。研究也證明了局部干法水下焊接的有效性。 具體的研究發(fā)現(xiàn)如下：1）2205雙相不銹鋼的水下局部干法焊接和空氣中焊接可以得到相似的微觀結(jié)構(gòu)和性能。2）水下環(huán)境的散熱影響和空氣中相比并沒有引起焊縫以及熱影響區(qū)鐵素體的明顯增加。3）在水下焊接中，不同的熱輸入下可以觀察到焊縫中鐵素體組織不同。焊接熱輸入越小鐵素體顆粒越