母材成分对X80管道环焊接头冲击性能的影响

作者:陈延清;牟淑坤;刘宏;张飞虎; 刊名:电焊机 上传者:刘素兰

【摘要】管线铺设过程中采用自保护药芯焊丝半自动焊焊接工艺,研究母材中Nb含量对X80管线钢环焊接头冲击韧性的影响.试验结果表明:母材的化学成分对焊缝金属的成分有影响,母材中较高的Nb含量经焊接热循环后过渡到焊缝金属中,促进了焊缝金属中M/A组元的形成和含量的增加,沿晶界分布的M/A组元降低了焊缝金属的冲击吸收功,影响了焊缝金属的冲击韧性及稳定性.经过优化焊接工艺参数,控制焊态焊缝金属的组织形貌、M/A含量及其分布,可保障X80自保护药芯焊丝焊缝金属的冲击韧性控制在较高且相对稳定的水平,但工艺窗口较窄.

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0前言我国油气管线的建设进入了高速发展时期,管道建设的规模和速度位于世界前列。油气输送管道(特别是天然气管道)的发展趋势是高压、大口径、 高钢级,提高钢管的强度水平,可最大限度降低管道建设成本和输送成本。X80管线钢由于合金含量低、综合力学性能和焊接性好、经济效益明显,已逐渐成为目前高压输送天然气管线的首选钢级[1-3]。我国西气东输二线和西气东输三线主干线主要采用1219mm18.4mm的X80管线钢,累计使用X80管线钢401.76万t,是目前使用X80管线钢最多的国家。与西气东输二线X80管线钢相比,西 表4焊接工艺参数Table4Weldingparameter焊接位置根焊填充盖面焊焊热输入E/kJmm-19.9515.94电流I/A152250电压U/V21.621.0焊速v/mms-13.304.17焊接道数112表222mmX80管线钢力学性能Table2MechanicalPropertyof22mmX80Pipeline编号12屈服强度s/MPa570582抗拉强度bMPa670673延伸率/%24.925.3屈强比0.850.83冲击试验AKV/J(-20)471,368,346/395365,321,316/334DWTT/%(-15)100100表122mmX80管线钢化学成分Table1Chemicalcompositionof22mmX80Pipeline编号12w(C)0.0600.060w(Si)0.1900.180w(Mn)1.6201.830w(P)0.0120.011w(S)0.0010.002w(Nb)0.0730.088Ceq0.4210.468Pcm0.1690.172w(V+Ti+Ni+Cu+Mo+Cr)余量余量%气东输三线X80管线钢普遍上调了C和Cr含量,Si、Mn含量略有增加,Ni、Cu、Mo下降明显,Nb+V+Ti增加,实现了低成本经济性,但导致钢管接头和环焊接头冲击韧性离散度增大,甚至出现不合格现象。钢管厂通过调整焊丝和焊剂的匹配以及多丝埋弧焊制管焊接工艺,确保钢管焊接接头的性能满足使用要求。管道铺设过程中环焊缝采用的自保护药芯焊丝半自动焊工艺受人为因素影响较大,焊接工艺窗口窄,环焊接头冲击韧性难以满足工程技术要求,经济型X80管线钢环焊接头冲击韧性性能稳定性是目前困扰管道焊接工作者的一个难题[4-5]。由于各钢厂生产的X80管线钢化学成分略有差异,至今尚无母材成分对管道环焊接头冲击性能影响的系统研究,在此以不同成分管线钢为研究对象,探讨母材成分对管道环焊接头冲击性能的影响规律。表3焊丝熔敷金属的化学成分Table3Chemicalcompositionofdepositedmetal%w(C)0.060w(Mn)1.440w(Si)0.100w(P)0.008w(S)0.001w(Ni)1.850w(Al)0.7001试验材料和方法试验用钢为工业化大生产不同成分的X80管线钢,主要化学成分如表1所示,力学性能如表2所示。由表1、表2可知,试验用钢属于典型的低C、高Nb低合金高强钢,综合力学性能优良。焊接方法为RMD+自保护药芯焊丝半自动焊,焊接设备为美国米勒公司的PIPEPRO400xc焊接系统,根焊材料为1.2mm金属粉芯焊丝,填充盖面材料为2.0mmX80管线钢专用的自保护药芯焊丝,所用焊丝熔敷金属的化学成分如表3所示。试板尺寸600mm200mm,坡口形式如图1所示。焊前将试板预热到100~150,焊接过程中层间温度控制在150以下,优化的工艺参数如表4所示。管道环焊缝属于全位置焊接

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