發(fā)布時間：2019-11-29 06:34

【摘要】：油氣輸送管道焊接接頭的可靠性是石油工程安全不可忽視的問題。高強度、大口徑的管道鋼可提升輸送壓力進而使得輸送效率提高、輸送管道管壁減薄,相應的焊接材料的消耗也會降低油氣輸送管道的成本。隨著管線鋼強度級別的提高,焊接接頭處產生焊接缺陷的傾向越大,焊接殘余應力和應力集中的傾向也更大,可引起導致疲勞強度降低,焊接氫致裂紋、脆性斷裂、應力腐蝕裂紋等失效傾向增大。傳統(tǒng)的焊接殘余應力消除手段在管道的現(xiàn)場焊接過程中實施困難且不可避免的提高成本。合理控制管線鋼焊接接頭中殘余應力的分布和大小是保障其焊接結構安全的重要方法。特殊焊接填充材料法可利用焊接過程中發(fā)生的一系列組織轉變產生的相變體積膨脹補償熱收縮過程產生的體積收縮,從而得到焊接殘余壓縮應力,這一方法無需焊前及焊后熱處理,可直接在焊接過程中達到降低甚至消除殘余應力的目的,除了成本低外更適合于很多難以進行焊后熱處理的大型和復雜結構及條件苛刻的現(xiàn)場焊接,具有廣闊的應用前景。本文通過理論與實驗相結合的方法對合金元素在鋼中的作用及合金元素對馬氏體轉變溫度的影響進行分析,結合舍弗勒相圖研制了三種具有不同馬氏體轉變溫度的焊絲,稱其為低溫相變焊絲(LTT),分別命名為LTT1、LTT2、LTT3。以X65管線鋼為母材,同質焊絲及低溫相變焊絲為填充材料,利用手工鎢極氬弧焊(TIG)的方法進行焊接。焊后利用光學顯微鏡(OM)、掃描電子顯微鏡(SEM)、X射線衍射(XRD)對焊接接頭的微觀組織進行觀察并分析了焊接接頭中的相組成,合金元素擴散及顯微組織形貌,結果表明低溫相變焊接接頭中微觀組織主要由馬氏體及少量殘余奧氏體組成(10%~15%),母材與焊縫金屬熔合良好,母材與焊縫熔合處存在合金元素的擴散現(xiàn)象,主要合金元素在熔合區(qū)和焊縫處呈連續(xù)變化趨勢。對焊接接頭的低溫沖擊韌性、顯微硬度、拉伸強度進行測試,結果表明低溫相變焊縫焊縫金屬的顯微硬度和抗拉強度均高于同質填充焊絲,室溫下三種低溫相變焊絲的沖擊韌性良好,但是隨溫度降低,LTT1,LTT3焊接接頭的沖擊韌性明顯下降,而LTT2焊接接頭的沖擊韌性隨溫度變化不大。利用盲孔法對焊接接頭的殘余應力狀態(tài)進行檢測,結果顯示同質焊接接頭中焊縫區(qū)域分布著較大數(shù)量級的殘余拉伸應力,其縱向峰值可達450MPa、橫向峰值可達到250MPa左右;低溫相變焊接接頭焊縫中心的應力狀態(tài)為殘余壓縮應力或較小數(shù)量級的殘余拉伸應力,其縱向應力在-300~200MPa之間,其橫向應力在-200~200MPa之間。此外,焊后同質焊絲填充的鋼板變形方向與低溫相變材料填充的方向相反,變形弧度分別為:LTT1焊后焊接接頭變形為0.056rad,LTT2焊后焊接接頭變形為0.083rad,LTT3焊后焊接接頭變形為0.033rad,同質焊絲焊后焊接接頭變形為0.14rad。造成這種結果的主要原因即為殘余應力狀態(tài)改變。利用電化學方法對低溫相變填充的焊接接頭在含有不同NaCl濃度和不同PH值的兩組0.2mol/L H2S的飽和溶液中的耐腐蝕性能進行測試,結果表明隨著NaCl濃度的增加,焊接接頭的耐蝕性下降,隨著溶液PH的增加,焊接接頭的耐蝕性提高,當溶液由酸性變化為弱堿性時,焊接接頭在腐蝕介質中的腐蝕情況幾乎不受溶液PH值影響。
【學位授予單位】：江蘇大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TG40

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本文編號：2567371