有关水下高压干法gmaw焊接接头组织及性能试验研究

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1、第38卷第4期石油工程建设水下高压干法G．M．AW焊接接头组织及性能试验研究一牛虎理，唐德渝，吕涛2，黄继强2，方总涛(1．中国石油集团工程技术研究院，天津300451；2．1E京石油化工学院，北京102617)摘要：文章结合海底管道维抢修的焊接条件和质量要求．开展水下高压干法GMAW焊接工艺及接头力学性能的试验研究，通过对0～0．6MPa压力环境中的燃爆试验、电弧稳定性试验、焊接工艺方法和接头性能的试验分析，证明焊接接头性能满足工程要求．可为60Ill水深内海洋石油开发的维抢修施工提供有效的技术支持关键词：水下高压干法焊接；GMAW；接头组织：力学性能doi：

2、10．3969／j．issn．1001-2206．2012．04。0010引言统一起放置在压力舱外焊接过程在压力舱内完在海洋管道的维抢修施工中．高压干法焊接成，由空压机提供高压空气焊接保护气的减压是保证接头焊接质量的重要方法之一．由于配套器输出压力为0～1．0MPa．流量表量程为常规流设备相对成熟．目前已成为国内外发展的重要方量表的2倍以上所有的信号电缆和舱内24v直向国内曾开发研究过钨极惰性气体保护焊流电缆通过圆形高压密封连接器穿越高压焊接试(GTAW)方法的工艺及相关技术，取得了重要成验舱果工程应用发现采用GTAW方法也存在一些不足，如焊接效率低、钨极易烧损

3、、钨极更换困难．因此采用GTAW方法进行水下施工有较大的局限性。采用熔化极气体保护焊(GMAW)方法能够较好地弥补GTAW方法的不足但GMAW方法在高压空气环境中焊接．其电弧特性及保护气体的动力学条件都有较大变化．为此．本项目在对高压空气环境中GMAW方法系统研究的基础上．进行了焊接接头组织及力学性能的试验研究．通过图1焊接压力舱对平、立、仰三个位置接头的试验分析．获得了能够保证接头性能的工艺参数．为海上维抢修施工中的水下焊接提供了一种新的方法1试验条件和设备焊接试验需在针对水下干法GMAW焊接特殊设计的高压舱中进行．另有专用焊接试验台架、空气压缩机、焊接设备、

4、观测和检测仪器等。高图2试验舱内设备压舱系统如图1～2所示焊接试验台架、送丝机及焊炬部分放置在压焊件放置在试验台架的旋转卡盘上。焊炬一力舱内焊接电源为福尼斯CMT4000．和控制系侧放置高速摄像机[1_．用于记录焊接过程图像数2石油工程建设据：焊炬另一侧放置焊接监视摄像机．通过同轴电2试验用材料缆与舱外监视器连接传递图像．用于监视焊接过程中试验采用海洋管道工程常用的X65管材．直焊枪移动的轨迹及焊缝成形情况焊接电流和电压参径为168mm．壁厚12mm．其化学成分和力学性数由数字传感器记录仪采集记录．压力舱顶部安置一能见表1台摄像机．对试验过程中舱内场景进行监视整

5、个焊试验采用的焊丝为锦泰公司生产的JM一68焊接过程共有4路图像监视器显示舱内场景图像和电弧丝．执行标准为GBER55一G．直径1．0lllm其化及熔池的近距离图像．全部数据记录在计算机中学成分和力学性能见表2表lx65钢管化学成分和力学性能化学成分／％力学性能屈服强度抗拉强度延伸率冲击功／JCSiMnPSCuNiCrPcm／MPa／MPa／％最小值平均值0．07O_281．19O．oo60．o03O．1O0．04O．250．1635l5615441l9135表2JM一68焊丝化学成分和力学性能化学成分／％力学性能CSiMn}P{SICulNilTilB屈服强度

6、，MPa1抗拉强度／MPaI延伸率，％I冲击功／J(试验温度一20℃)O．08O．O81．7610．014【0．004j—j—10．0910．004500l610l25I124、130、132I}II{j3焊接过程稳定性试验参数不能实现高压下的焊接过程：同时．由于环境3．1高压空气燃爆试验空气压力增加，保护气体的压力、流量及形态也有水下干法焊接需采用压缩气体排水．用压缩空所变化l3l：另外．管道焊接是全位置焊接．不同位气是最经济实用的手段但随着压力增加，空气中置参数差异也较大．因此．首先通过改变环境参数氧气密度的增加会增加舱内物体的可燃性尽管及工艺参数．试验研究

7、了它们对焊接过程稳定性的以前有人做过GTAW方法高压空气中的燃爆试验．影响．确定了不同环境压力下的保护气体流量、压并取得了一定的经验．但GMAW方法需监测的参力、焊接电流、焊接电压、送丝速度等参数获得数更多．试验舱中的仪器和材料更多．因此在试验了连续稳定的焊接过程具体参数如表4所示网丌始前．也必须首先进行燃爆试验表3为燃爆试3为高速摄像拍摄的焊接区形貌图。验结果表4焊接试验参数表3空气压力环境下焊接保护气燃爆试验记录焊接环境压力层次电流电压焊速／保护气流量／位置，MPa／A／V(cm／min)(L／min)加压空气保护气流量焊接电流，A燃弧及试验舱内压力／MPa

8、／(L／min)观测记录