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1、X120管线钢焊接试验和研究 【摘要】本文介绍了X120管线钢的焊接研究现状，通过几种不同成分焊丝与焊剂的匹配试验,确定了X120管线钢的最佳焊材匹配方案，文章最后阐述了X120管线钢的发展前景。【关键词】X120管线钢；焊接试验；分析中图分类号：P755.1文献标识码：A文章编号：一．引言近几年，我国天然气使用量的不断增加，输气管线的发展速度十分迅速。由于天然气田大多集中在荒漠、极地冻土带以及海洋等边远地区，对管线钢提出了更高的要求。所以加强X120管线钢焊接研究十分必要。二．X120管线钢的焊接研究现状目前，关于X120管线钢焊接方面的报道相对较少。与普通管线钢相比，X120钢对焊接
2、材料的要求更高，焊接材料除应具有与母材相匹配的强度外还应具备足够的韧性，而焊缝的强度与韧性一般呈反比关系，强度越高，韧性就越低。另外，X120钢因具有较高的碳当量，如何保证热影响区(HAZ)韧性，降低焊接接头冷裂纹敏感性变得更加困难。之前有学者研究了焊接工艺参数对X80管线钢HAZ韧性的影响。结果表明，线能量对HAZ韧性的影响最为显著。8因此，能否提高HAZ的韧性是X120管线钢性能优异的关键。采用焊接热模拟的方法，研究了线能量对X120管线钢HAZ韧性的影响，结果表明随焊接线能量的增加，HAZ冲击功先增加后减小，当焊接线能量为35kJ/cm时，HAZ具有最高的韧性。同时经过选用3种不同成
3、分的焊丝与氟碱性烧结焊剂配合试焊，发现合金含量适量时，焊缝冲击韧性最高，焊缝强度也较高，此时焊缝强韧配合最佳。但是经JCO成型工艺对X120钢板焊接后，试焊结果均未满足强度要求，这说明X120管线钢焊材强度尚有待提高，重点开发了X120管线钢专用焊材。与普通管线钢具有较佳的弯曲变形能力不同，X120钢管在8倍壁厚的弯轴直径下弯曲出现裂纹，这主要是因为X120钢管焊缝粗晶区(CGHAZ)晶粒明显长大，晶界疏松，组织中M/A数量多且呈长条状分布，导致X120钢管焊缝CGHAZ的局部脆化。加之X120管线钢焊缝及母材塑性变形能力下降,在弯曲试验中焊缝及母材对脆性区的保护作用降低,最终导致发生开裂
4、。可见，焊接线能量越低，焊缝处的HAZ韧性就越好。因此，X120钢的焊接选择了比以往管线钢焊接线能量低的焊接条件。现阶段焊接性良好的焊丝和焊剂的开发刻不容缓。同时，还应该开发优化坡口形状和焊接技术，以便能使焊缝具有与母材相同强度的高韧性。8三．X120管线钢焊接工艺试验研究1.焊接线能量的选择在焊接过程中,焊接热影响区会出现晶粒粗化及组织结构变化,能否提高HAZ的韧性是X120能否成功应用的关键。之前研究表明表明,线能量对HAZ韧性的影响最为显著,其次是预热温度,板厚的影响最小。本研究采用热模拟方法,研究了不同线能量下的X120管线钢HAZ冲击韧性,焊接热模拟试验在Gleeble-3500
5、型热模拟试验机上进行,试样尺寸为10mm*10mm*55mm,不同线能量对应的HAZ韧性见下表1。可见,热模拟后HAZ韧性较母材都有一定程度的损失,不同线能量对应的HAZ韧性不同,随焊接线能量的增加,HAZ冲击功先增加后减小,当焊接线能量为35kJ·cm-1时,HAZ具有最高的韧性。因此,X120管线钢焊接时的线能量设定为35kJ•cm-1左右。表1：焊接线能量对HAZ韧性的影响2.焊丝匹配试验焊接金属的选择原则首先是满足强度要求,即要求焊接接头强度大于等于母材规定强度的下限;其次,从断裂控制以及低温环境下使用条件考虑,要求焊缝和热影响区具有足够高的韧性。本研究选用3种不同成分
6、设计的焊丝搭配一种碱性烧结焊剂进行了匹配试验,83种不同匹配获得的焊缝典型化学成分见下表2,可以看出3种方案获得的焊缝化学成分差别较大,A方案焊缝金属合金含量最高,B方案次之,C方案合金含量最少。表2：3种不同匹配方案下焊缝金属化学成分3种匹配得到的焊接接头强度及韧性结果列于下表3。焊缝拉伸分别在去除余高和保留余高两种情况下进行。在去除余高时,焊缝强度明显不足,拉伸全部断于焊缝金属,合金元素较低的方案C焊缝强度最低。而在保留焊缝余高时,焊接接头保持了较高的强度,A和B两种方案的焊缝强度均能满足要求。由不同方案比较可见,焊材匹配方案A焊缝强度较高,但焊缝冲击韧性偏低;焊材匹配方案C的焊缝冲击
7、韧性有所改善,但焊缝强度偏低;焊材匹配方案B焊缝冲击韧性最高,焊缝强度也较高,此时焊缝强韧配合最佳,确定为最终的焊材匹配方案。表：3种匹配的焊接接头强度及韧性四．试验分析8从X120管线钢的焊接工艺试验及生产实践可以看出,低碳设计的X120管线钢具备了较好的可焊性,钢管焊缝及HAZ韧性均较为理想。X120管线钢焊接中存在的主要问题来源于焊接材料,在去除焊缝余高的前提下,匹配试验中选用的3种焊丝得到的焊缝强度均低于母材要求
