超窄間隙mag焊接頭組織性能分析

超窄間隙mag焊接頭組織性能分析

0海洋油氣鉆井平臺(tái)建設(shè)必要性dilim690e是德國dilim根冶金公司生產(chǎn)的低合金比例高標(biāo)準(zhǔn)鋼。它可用于工程機(jī)械、橋梁建設(shè)、海洋平臺(tái)樁腳齒條結(jié)構(gòu)等。區(qū)域內(nèi)油氣資源迅速減少，主要開發(fā)海上油氣資源是不可避免的。海上石油的開發(fā)不可避免地增加了對海洋平臺(tái)的需求。國內(nèi)石油鉆孔平臺(tái)建設(shè)項(xiàng)目的焊接工藝通常采用涂料條的電弧焊或自動(dòng)縣長形焊。焊接產(chǎn)量低。此外，焊接材料主要依賴于國外進(jìn)口，焊接工作效率高。本文采用國內(nèi)氣體保護(hù)和脫硅間隙內(nèi)氣體保護(hù)自動(dòng)焊接工藝，大大提高了焊接工作效率，降低成本，降低了整體生產(chǎn)成本。1超窄間隙焊接試驗(yàn)選用的母材為海洋平臺(tái)用鋼DILLIMAX690E,具有優(yōu)良的強(qiáng)度和韌性,屈強(qiáng)比高,綜合力學(xué)性能好.其力學(xué)性能和化學(xué)成分分別如表1,表2所示.試樣尺寸為450mm×400mm×100mm,圖1為超窄間隙焊接坡口組裝尺寸,坡口面角度約為1.5°.采用超窄間隙熔化極混合氣體(80%Ar+20%CO2)保護(hù)焊工藝,每層雙道、多層填充式焊接.焊接前焊件兩端用特殊夾具固定,一方面確保焊接過程中超窄的填充間隙相對變化較小,二是保持很大的拘束度以與實(shí)際焊接條件相近.焊絲選用直徑為1.2mm的BHG-4M焊絲,焊絲的化學(xué)成分和力學(xué)性能分別如表3,表4所示.采用全數(shù)字化脈沖MIG/MAG電源,焊接熱輸入為11～13kJ/cm.預(yù)熱溫度為180～200℃左右,層間溫度控制在180～200℃之間,后熱溫度為200℃,保溫2h.2宏觀形貌和局部放大圖焊后按照國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T4730.5—200《承壓設(shè)備無損檢測》和國家標(biāo)準(zhǔn)GB11345—1998《鋼焊縫手工超聲波探傷方法和探傷結(jié)果分級》對焊接接頭進(jìn)行了滲透檢測和超聲波檢測,檢測結(jié)果顯示沒有超標(biāo)缺陷存在,鑒定合格.690鋼超窄間隙MAG焊接頭的宏觀形貌和局部放大圖分別如圖2和圖3所示.由圖3可見,焊道、焊層清晰,成形美觀,厚度十分均勻,每道(層)約5.8mm.焊縫與母材間的較深顏色區(qū)域?yàn)楹附訜嵫h(huán)作用下的焊接熱影響區(qū).從圖3中可以看出,熱影響區(qū)的寬度為約2.2mm,這比傳統(tǒng)弧焊方法的焊接熱影響區(qū)寬度要小得多.由圖3還可以看出,焊縫中無任何焊接缺陷存在,焊縫金屬與坡口側(cè)壁的母材熔合良好.3罪犯金屬酶含量采用網(wǎng)格法對焊縫區(qū)的金相組織類型比例進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析.圖4為焊接接頭同一橫斷面取樣位置示意圖.統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn),焊縫上部區(qū)域的晶界先共析鐵素體共占有31個(gè)網(wǎng)格,其它全部為針狀鐵素體,因此,此區(qū)域內(nèi)PF與AF的比例為31:444,針狀鐵素體的體積分?jǐn)?shù)含量約為93.5%(圖5);用同樣的方法,焊縫中部區(qū)域內(nèi)PF∶AF=32∶443,針狀鐵素體的含量約為93.3%(圖6);焊縫下部區(qū)域內(nèi)PF∶AF=20∶455,針狀鐵素體的含量約為95.6%(圖7).在超窄間隙焊接工藝下焊縫組織能獲得很高的針狀鐵素體比例的主要原因有:超窄間隙熔化極氣體保護(hù)焊采用較低的焊接熱輸入,平均11～13kJ/cm,對于板厚100mm,焊縫熔敷金屬可以看成是在三維空間散熱.低的焊接熱輸入和良好的散熱條件,保證了焊縫熔敷金屬可以較快的速度冷卻,從800℃冷卻到500℃的時(shí)間大約為8.34～10s,冷卻速度在30℃/s左右.焊縫在該冷卻速度下冷卻時(shí),促進(jìn)了奧氏體向針狀鐵素體的轉(zhuǎn)變.4焊接接頭硬度測試根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T2651—2008《焊接接頭拉伸試驗(yàn)方法》,GB/T2650—2008《焊接接頭沖擊試驗(yàn)方法》和GB/T2653—2008《焊接接頭彎曲試驗(yàn)方法》對690鋼超窄間隙MAG焊接頭的力學(xué)性能進(jìn)行了評定.表5給出了焊接接頭不同位置的低溫沖擊和室溫試驗(yàn)結(jié)果.焊縫中心上部和中部的平均沖擊功為76.6J;熔合線上部和中部的平均沖擊功為76J;熔合線外1mm中部和下部的平均沖擊功為147.3J,完全符合海洋平臺(tái)相關(guān)結(jié)構(gòu)的低溫韌性要求;熔合線外3mm的平均沖擊功為149.6J,該位置已超出焊接熱影響區(qū),實(shí)質(zhì)上是母材的沖擊韌性.按照國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T2654—2008《焊接接頭硬度試驗(yàn)方法》,對接頭進(jìn)行了區(qū)域硬度測試.圖4為焊接接頭同一橫斷面板厚上部的硬度值分布.經(jīng)計(jì)算,母材試樣平均硬度為302HV.過熱區(qū)和正火區(qū)的平均硬度為335HV,顯然該區(qū)存在較輕的硬化現(xiàn)象,硬度升高了10.9%,這與該區(qū)在較低熱輸入的焊接熱循環(huán)作用下,產(chǎn)生了低溫轉(zhuǎn)變,由原母材回火索氏體轉(zhuǎn)變?yōu)榈吞糓組織有關(guān);而焊縫區(qū)域平均硬度為267HV,與母材相比降低了11.6%,這與所選焊絲的化學(xué)成分和力學(xué)性能有關(guān).熱影響區(qū)不完全正火區(qū)有輕微的軟化現(xiàn)象.圖9和圖10分別為同一焊接接頭橫斷面上的板厚中部和下部的硬度分布,規(guī)律與上部相近.表6給出了文中工藝下焊接接頭的拉伸與側(cè)彎試驗(yàn)結(jié)果.焊縫接頭拉伸試驗(yàn)均斷在焊縫區(qū),這與硬度試驗(yàn)結(jié)果吻合.焊縫區(qū)強(qiáng)度在文中試驗(yàn)條件下雖稍低于母材,但平均強(qiáng)度902.5MPa已與該鋼的設(shè)計(jì)強(qiáng)度上限十分接近.未斷在HAZ的軟化區(qū),說明該接頭的極薄區(qū)域輕微軟化可以忽略,未對強(qiáng)度產(chǎn)生不利影響.DILLIMAX690E鋼焊接接頭的側(cè)彎試驗(yàn)在室溫下(23℃±5℃)進(jìn)行,彎心直徑80mm,彎曲角度180°彎曲測試后如圖11所示時(shí),接頭的焊縫區(qū)和熱影響區(qū)均未產(chǎn)生微裂紋,說明整個(gè)焊接接頭具有良好的塑性變形能力和良好的側(cè)壁熔合.5自動(dòng)化焊接焊縫(1)利用自主研發(fā)的超窄間隙混合氣體保護(hù)自動(dòng)焊接技術(shù),實(shí)現(xiàn)了對DILLIMAX690E低合金調(diào)質(zhì)高強(qiáng)鋼厚板采用國產(chǎn)焊絲的高生產(chǎn)率自動(dòng)化焊接;焊縫成形均勻美觀,兩側(cè)壁均勻熔合可靠;焊態(tài)(未焊后熱處理)焊接接頭的強(qiáng)度、塑性、韌性指標(biāo)均符合