X70管线钢焊接用自保护药芯焊丝的研究.pdf

报告题目学科专业博士后合作教师 X70管线钢焊接用自保护药芯焊丝的研究材料科学与工程喻萍田志凌教授摘要 X70级别的管线钢最早在1970年用于长距离管线。在我国,从新疆塔里木翁地和陕西的鄂尔多斯盆地到东海岸的西气东输天然气管线工程中大量使用了X70管线钢。在高压输油输气管线工程中使用高强度管线钢的优点是:能够节约材料(管壁厚减少)、减少运输重量和体积、焊接速度快、节省费用。在X70管线钢中碳含量低于0。09%,并加入了多种合金元素以提高管线的强度和韧性。本文是研究X70大口径管线现场对接用自保护药芯焊丝。,直径为1016mm。焊前需要预热以防止氢致裂纹。打底焊使用纤维素焊条。在中国石油天然气管道科学研究院进行焊接工艺和力学性能的评定,所有结果必须符合APlll04和一些附加的标准。很明显,焊接接头同时达到高的强度、好的低温冲击韧性和良好的焊接工艺是本课题的难点。自保护药芯焊丝的全位置焊接性、脱渣性、焊缝成形、飞溅率和焊接发尘量直接决定焊丝是否适合焊接X70管线钢。通过调整药芯成分和焊接工艺规范,制作出一种自保护药芯焊丝,这种焊丝的工艺性能评定结果表明,该自保护药芯焊丝有好的全位置焊接性、好的脱渣性和电弧稳定性,较低的飞溅率和发尘量。为了防止大气对焊接过程的危害,药芯中加入了大量造气剂和强脱氧脱氮元素Al, 大量的Al存在于焊缝会对焊缝的韧性造成较大危害。焊缝的韧性很大程度依赖于焊缝的含铝量和含碳量,合理调整药芯中的合金元素铝、碳含量能够有效的优化焊缝韧性: 此外,药芯中还加入了一定量的稀土化合物,以改善夹杂物的形貌和接头的韧性。力学性能试验包括强度试验、弯曲试验、冲击试验、硬度试验和刻槽锤断试验,所有试验结果均满足要求。其中接头的抗拉强度为730----760MPa,_20。C冲击韧性平均值为125J。试验结果表明自制的自保护药芯焊丝能够应用于X70管线钢现场对接。焊缝中夹杂物的研究是利用AXIOYERT 40MAT光学显微镜、、S-4300扫描电镜和GENESIS能谱仪。夹杂物对强度和韧性的影响是显而易见的。焊接过程中氮气和氧气与AI、Mg发生强烈反应形成铝镁尖晶石夹杂和氮化铝夹杂,"--'2m,这两种夹杂是焊缝中的主要夹杂物并对焊缝的冲击韧性产生影响。在X70管线钢不同位置,夹杂物分布不同。在立焊位置夹杂物粗大,在平焊和仰焊位置夹杂物尺寸减少。研究还发现稀土化合物对铝镁尖晶石夹杂有球化作用,能够提高接头的冲击韧性。用扫描电镜观察拉伸试样断口时发现了20~100 m的大颗粒夹杂物, 这种大颗粒夹杂来自未完全反应的药芯组分和小尺寸夹杂的相互碰撞。本文研究了焊缝和热影响区的微观组织。X70接头焊缝中微观组织有针状铁素体、块状铁素体、先共析铁素体和贝氏体,在热影响区粗晶区没有发现魏氏组织。在低碳钢母材焊缝中,由于焊接过程热输入高,在热影响区发现了粗大的魏氏组织。焊缝柱状晶区和HAZ粗晶区的主要组织是贝氏体。在焊接接头中获得贝氏体组织,使这种自制自保护药芯焊丝能够符合规定的力学性能的要求。我国对能源的需求增长很快,管线工程的发展刺激了管线钢和焊接材料的发展。X70 高压输油输气管线钢在中国的成功应用,迫切需要丌发自主产权的焊接工艺和力学性能优良的自保护药芯焊丝。国内对自保护药芯焊丝曾经做过一些研究,但始终没有自己品牌的产品。所以,下~步的工作是如何将研究成果转化成产品,这需要更多的努力。关键词:X70管线钢, 自保护药芯焊丝,焊接工艺,接头力学性能,微观组织 Title:Study ofSelf-Shielded Flux Cored Wire forX70 Pipe—Line SteelWelding Speciality:Materials Science andEngineering Applicant:Yu Ping Supervisor: Zhiling ABSTRACT The beginning use ofX70 Grade steelforlong distance pipelines was as early as west·eastgas transmission project WEGP ofChina,large amount ofX70 pipes were used to delivery naturalgas from theTarim basin inXinjiang and theOrdus basin inShaanxi tothe east coast benefits ofusing higher strength steels inhighpressu