热丝TIG焊对复合管错边焊接错边的工艺适应性

2019-11-28韩永凯1何亚章

福建质量管理 2019年21期

韩永凯1 何亚章刘剑

(1.天津工业大学天津市现代机电装备技术重点实验室天津 300387)(2.中国石油天然气集团公司海洋工程重点实验室天津 300451)(3.中国石油集团工程技术研究院天津 300451)

目前，双金属复合管在石油、天然气等领域具有很高的性价比，已被相关行业广泛的使用，双金属复合管采用的机械式耦合[1]，难免会在层间隙中出现夹杂物，管道在对接过程中，难免会出现错边现象，给实际工程带来不必要的损失[2]，因此就管道错边性进行分析，错边过大出现未焊透的现象，在错边范围内的试件焊接接头的组织和力学性能是否发生变化是值得解决的问题[3]，因此，需要对焊后的试件进行一些列的力学性能测试，以此来保证焊接接头具有良好的力学性能。为实际焊接提供依据[4]。

一、试验材料、焊接工艺参数及测试方法

(一)试验材料

试验材料为L360QS-N08825双金属复合管，坡口角度为60°，钝边为1mm，管道壁厚为13mm，填充焊丝为ENiCrMo-3，焊丝直径为0.9mm，母材及化学成分如表1-1。

表1 L360QS-N08825复合管及ENiCrMo-3的化学成分

试验选用的的焊接电源有美国米勒集团公司生产的米勒MAXSTR 350型号的电源，该设备采用振动自动送丝方式，热量集中，熔透能力较强，易于控制成形，适用于单面焊反面成形焊接方法，焊前将坡口内外壁50mm 范围内用不锈钢丝刷、砂轮片清洗干净，去除污物毛刺等，并用丙酮清洗坡口表面，层间彻底清理熔渣、粉尘。利用对口器将复合管进行对齐，然后通入99.99%的氩气，营造无氧环境，防止在焊接过中，发生氧化发渣的现象。

表2 热丝TIG焊接复合管焊接参数范围

(二)测试方法

用线切割机切割试件，然后经过研磨抛光后用无水乙醇进行腐蚀，使其出现焊缝轮廓，本次复合管焊接接头硬度试验按照国标GB/T2654-2008，采用型号为HVS-1000显微硬度仪对复合管焊接接头的显微硬度进行测试。拉伸试验按照国标GB/2651-2008操作，使用 WDW3100 微机控制电子万能试验拉伸机测试接头的拉伸性能，根据 GB2653-1989《焊接接头弯曲及压扁试验方法》制取弯曲试样，使用液压万能试验机对试样弯曲试验，弯曲角达到 180°；参照GB/ T2650-2008《焊接接头冲击试验方法》制取冲击试样，使用冲击试验机测试接头的冲击性能[5]。

二、试验结果与分析

(一)焊缝成形

试验对不用错边量的复合管进行焊接，其中 0-0.6 mm 错边量的试板完全熔透，且成型良好，0.8 mm 错边量的试板部分熔透，而 1.0mm 错边量的试板没有熔透。试验结果如图1所示。

图1 不同错边试验结果图

(二)焊接接头硬度分布

图中分别为不同错变量下根焊层、过渡层、填充层、盖面层的显微硬度，不同错边量下得到的复合管焊接接头各部分区域所测的显微硬度值变化趋势大致相同，显微硬度在以焊缝中心区域最高，并向热影响区以及母材方向呈现逐渐减小趋势，由于在焊接过程中，温度场分布不均匀，焊缝区域附近会受到热应脆化的作用，组织中的淬硬珠光体含量增加，使其区域附近的组织硬度提高，但也会影响晶粒的大小以及分布，使显微硬度值的波动起伏比较大。结果表明，不同错边下的显微硬度没有明显变化。

图2 复合管焊接接头显微硬度变化趋势

(三)焊接接头常规力学性能

分别对不同错边范围的焊接接头进行拉伸试验进行对比，试验结果见表 3，错边为0mm、0.2mm、0.6mm时平均抗拉强度分别为521Mpa、531Mpa、527Mpa，且断裂位置在母材，但错边为0.4mm时平均抗拉强度为508Mpa，断裂位置处于熔合线处，而复合管基层的标准抗拉强度为480Mpa,试验结果均高于标准值，由于使用的焊材为ERNiCrMo-3 镍基焊丝，焊丝中包含大量的 Ni、Cr 等合金元素，一定程度上增加了铁素体组织，提高了焊缝接头的抗拉强度。

表3 拉伸试验结果

选取 0-0.6 mm 错边量的热丝TIG 复合焊接接头进行弯曲试验，试验前应将管道内外两侧焊缝的余高去除至与母材齐平[6]，基层金属、内衬层金属与过渡层焊缝均需包括在内，弯曲试验的弯曲角度为 180°。每种错边量的接头制取试样各3根。其试验结果如表4，其变形过渡良好，在焊缝中心达到最大圆弧过渡，未出现开裂现象。