过渡层堆焊对高碳当量服役管道的影响

Morgan Dull，Kal Forest

降低产品固有服役焊接硬化作用的方法有很多，其中过渡层堆焊就是其中的一种。根据工业经验，就是焊接前在工件表面堆焊一层与母材相匹配的低氢焊缝，如图1所示。

该焊层是通过使用半重叠焊缝达到自回火的目的。期望得到的结果是显著降低焊件和支管焊接时产生较大厚度幅度管壁的硬度。

在某些应用中，增加的壁厚能够极大地降低在根部焊道时熔穿的可能性。本研究中，研究了在保持碳当量和冷却速率时，过渡层堆焊对于焊件硬度的影响。

1. 试验方法

在焊接两件试件时，尽量保证焊接参数一致，试验时，采用相同的管代表使用状态的管或管头，同样支管也选用相同的管材。对两组试样选用同样的焊接位置，并且冷却速度偏差保持在5%以内。

实时检测焊接参数以确保一致性，结果表明，最大电流偏差为6%或者5A，最大电压偏差为9%或2V，最大焊接速度偏差为30%或95mm/mi n，最大热输入偏差为2% 或30J/cm2。

取至各组试样的宏观金相如图2所示，首先对试样进行缺陷及分区检测，然后金相硬度测试。分区测试包括在使用状态的管子和支管侧的焊根和盖面焊道的焊脚，以及靠近使用状态管子侧的靠近焊缝中心的区域。每个试样测试的区域包含粗晶粒和细晶粒的焊接热影响区，以及焊缝金属和母材区。

2. 试验结果

在进行过渡层堆焊的试件中测得的最大硬度是315 HV1（298HBW），而在无过渡层堆焊的试样中测得的最大硬度为395HV1（374HBW）。更详尽的试样硬度对比（包括最大硬度值）如图3所示。

图1 标准的过渡层堆焊工艺示意

图2 没有进行过渡层堆焊的接头截面

图3 硬度分布比较

值得注意的是无过渡层堆焊的试样中，一些区域的硬度值最低可到40HV1。这些区域是典型的存在于具有粗晶和细晶的热影响区，而在具有过渡层堆焊的试样中这些区域通常硬度值为260~280HV1。

过渡层堆焊具有积极影响的最明显区域是焊接热影响区的粗晶区，这一区域靠近使用状态管子侧焊脚处。在这一区域，硬度的最大下降显示值为156HV1，正好位于盖面焊下方。在服役管道上实施过渡层堆焊工艺，确保了焊接热影响区的适当回火，显著地降低了这些区域的硬度。

3. 结语

在不适用过渡层堆焊工艺时某些区域的硬度能够适当降低。但是在使用过渡层堆焊工艺时，在服役管道侧的焊脚区域的硬度值的明显下降更加显著。

在这个特殊环境下（非酸性环境下），当过渡层堆焊使用时，两种工艺导致的硬度值差异是可接受的；当不使用过渡层堆焊时，硬度值差别是不可接受的。可接受的硬度值基于CSA Z662—2011，非酸环境下油气管线系统。