【摘要】：我國擁有豐富的海上石油和天然氣資源,包括240億噸近海石油和140萬億立方米天然氣資源,開發(fā)利用好這些資源對(duì)我國經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展具有特別重要的意義。大量的海洋工程建設(shè)及海底管道建設(shè)對(duì)海底管道鋼的性能提出了更高的要求。近年來X70高強(qiáng)鋼廣泛應(yīng)用于國內(nèi)海底管道建設(shè),而對(duì)在役X70海底管道鋼的維護(hù)、修復(fù)技術(shù)研究較少。水下高壓干法GMAW焊接技術(shù)是船舶、海洋平臺(tái)、海底管道等水下設(shè)備維修的關(guān)鍵技術(shù)。本課題將對(duì)X70鋼高壓GMAW焊接工藝進(jìn)行研究,通過高壓艙模擬0.8-2MPa環(huán)境壓力,進(jìn)行X70鋼高壓GMAW焊接工藝研究。結(jié)合已有的高壓GMAW焊接特性,設(shè)計(jì)合理的工藝實(shí)驗(yàn)并在平板上進(jìn)行堆焊實(shí)驗(yàn),研究電源極性、環(huán)境壓力和焊接工藝參數(shù)對(duì)焊接過程穩(wěn)定性、熔滴過渡和焊縫成形的影響。得出不同環(huán)境壓力下能確保焊接過程穩(wěn)定的大致工藝參數(shù)范圍,并總結(jié)環(huán)境壓力和工藝參數(shù)對(duì)焊接過程的影響,為X70鋼高壓GMAW焊接提供指導(dǎo)�？紤]X70海底管道鋼的實(shí)際使用場(chǎng)景,結(jié)合常壓下X70管線鋼焊接和多層多道焊特點(diǎn),對(duì)X70鋼多層多道焊工藝進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和研究。計(jì)算出合理的工藝參數(shù)范圍,并在此基礎(chǔ)上,結(jié)合堆焊上得出的高壓GMAW焊接規(guī)律,進(jìn)行X70鋼高壓GMAW多層多道焊接試驗(yàn)。對(duì)焊接接頭的宏觀金相、微觀組織、硬度、沖擊功和抗拉強(qiáng)度進(jìn)行分析和總結(jié),得出符合要求的X70鋼高壓GMAW焊接工藝,并對(duì)已有的焊接工藝進(jìn)行優(yōu)化。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,與常壓下X70鋼GMAW焊接不同,高壓下維持焊接過程穩(wěn)定的工藝參數(shù)范圍變窄。隨著環(huán)境壓力的增加,熔滴過渡形式由短路過渡逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榕懦膺^渡,飛濺逐漸增多。增加焊槍擺動(dòng)能有效的減少焊接過程中焊漏、咬邊的情況。X70鋼高壓GMAW焊接接頭的焊縫的主要組織為針狀鐵素體、先共析鐵素體以及少量上貝氏體,硬度值變化不大;熱影響區(qū)尤其過熱區(qū)組織和力學(xué)性能差異較大,過熱區(qū)為粗大的馬氏體組織或細(xì)小均勻的珠光體和貝氏體。高壓下,焊縫熔寬變窄,熔深變深,熱影響區(qū)粗大馬氏體數(shù)量增加,沖擊功下降。適當(dāng)?shù)脑黾雍附与妷�、送絲速度和降低焊接速度能有效的提高焊接接頭的抗拉強(qiáng)度、沖擊功和降低焊接接頭的硬度。
[Abstract]:China has abundant offshore oil and natural gas resources, including 24 billion tons of offshore oil and 140 trillion cubic meters of natural gas resources. A large number of offshore engineering and submarine pipeline construction put forward higher requirements for the performance of submarine pipeline steel. In recent years, X70 high strength steel has been widely used in domestic submarine pipeline construction, but little research has been done on the maintenance and repair of existing X70 submarine pipeline steel. Underwater high pressure dry GMAW welding technology is the key technology of underwater equipment maintenance, such as ship, offshore platform, submarine pipeline and so on. The high pressure GMAW welding technology of X70 steel will be studied in this paper. The high pressure chamber simulation 0.8-2MPa environment pressure, the X70 steel high pressure GMAW welding process will be studied. Combined with the existing high pressure GMAW welding characteristics, reasonable process experiments were designed and surfacing experiments were carried out on the flat plate to study the effects of power polarity, environmental pressure and welding process parameters on the stability, droplet transfer and weld formation of the welding process. The general range of process parameters which can ensure the stability of welding process under different ambient pressures is obtained. The influence of environmental pressure and process parameters on welding process is summarized, which provides guidance for high pressure GMAW welding of X70 steel. Considering the practical application scenario of X70 submarine pipeline steel, combined with the characteristics of X70 pipeline steel welding and multi-layer multi-pass welding under atmospheric pressure, the multi-layer and multi-pass welding process of X70 steel was studied and tested. The reasonable range of process parameters was calculated. On the basis of this, combined with the rules of high pressure GMAW welding obtained from surfacing welding, the multi-layer and multi-pass welding test of X70 steel was carried out. The macroscopic metallography, microstructure, hardness, impact energy and tensile strength of welded joints were analyzed and summarized. The high pressure GMAW welding process of X70 steel was obtained, and the existing welding process was optimized. The experimental results show that, unlike GMAW welding of X70 steel under atmospheric pressure, the range of process parameters for maintaining the stability of welding process at high pressure becomes narrower. With the increase of environmental pressure, droplet transfer form gradually changed from short-circuit transition to repellent transition, and spatter gradually increased. Increasing welding torch swing can effectively reduce welding leakage and edge cutting. The main microstructure of high pressure GMAW welded joint of X70 steel is acicular ferrite, preeutectoid ferrite and a small amount of upper bainite. The hardness of X70 steel high pressure GMAW welding joint has little change. The microstructure and mechanical properties of the heat affected zone, especially the superheated zone, differ greatly. The superheated zone is composed of coarse martensite structure or fine and uniform pearlite and bainite. Under high pressure, the weld width becomes narrower, the penetration depth becomes deeper, the amount of coarse martensite in the heat affected zone increases and the impact energy decreases. Properly increasing the welding voltage, feeding wire speed and reducing welding speed can effectively increase the tensile strength, impact power and reduce the hardness of the welded joint.
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TG457.11

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本文編號(hào)：2342103