N80Q钢级焊接性研究及评定

2020-02-22胡定荣包东力杨为民任武化王铎

金属加工(热加工) 2020年1期

关键词：钢级焊条层间

胡定荣，包东力，杨为民，任武化，王铎

青海油田机械厂甘肃酒泉 736202

本单位生产N80Q钢级的套管，库存有大量弃用的N80Q钢级管材。2018年单位成立井口密封器项目，需要大量20管材。用库存N80Q管材替代成为当务之急，相应的N80Q钢级的焊接性研究也提上日程。

1 N80Q钢材料性能分析

1.1 化学成分

对N80Q钢级的焊接性相关研究领域，国内存在着空白。先从其化学成分复验开始。N80Q化学元素分析依据检测标准API SPEC 5CT—2011，化学成分见表1。

表1 化学成分（质量分数）（%）

1.2 力学性能和工艺性能

N80Q力学性能和工艺性能分析依据检测标准API SPEC 5CT—2011。力学性能和工艺性能分析见表2。拉伸试验的试件规格为φ139.7mm×9.17mm。

1.3 碳当量和冷裂纹敏感指数分析

通过计算得出N80Q的碳当量CE=0.589%＞0.5%，冷裂纹指数Pw=0.46＞0，有一定的淬硬组织，冷裂纹倾向敏感，焊接性比较差[1－2]。

2 焊接工艺评定

综合考虑N80Q的焊接性，制定焊接工艺时，应降低焊接接头的焊接应力、控制淬硬组织的产生，并设法减少焊缝中扩散氢的含量。

2.1 预热温度

通过计算确定焊接时预热温度为180℃，层间温度均保持在180~200℃。

2.2 焊前准备

1）将坡口两侧20mm的范围内用抛光机将铁锈、油污及杂物清理干净。

2）接头形式采用管对接接头进行工艺评定。

3）焊工资质及焊接设备。具有相应焊接资质的焊工担任焊接。焊接设备选用ZX7-400S逆变式焊机。

表2 力学性能和工艺性能分析

4）焊接材料的选用。为了保证具有与产品技术条件相匹配的力学性能，选用E8015-G低氢焊条和ER76-1焊丝。焊条烘干温度350℃，烘干1h。此类焊条尽量使用多少烘干多少，切不可重复烘干。焊条的领取和发放严格按使用规定发放，使用时焊条存放在保温筒中，随用随取。

2.3 焊接环境

为了保证焊接的顺利进行，此焊接在厂房内进行。环境温度20℃以上，风速＜10m/s，厂房相对湿度＜20%。

2.4 焊接方法及焊接顺序

焊接方法采用氩弧焊打底，焊条电弧焊填充和盖面，即单面焊接双面成形法。焊完每一层，采用抛光机和钢丝刷将焊道内药渣及飞溅清理干净。各焊层焊道的接头应尽量错开。

2.5 预热温度

焊前预热可以有效地降低冷却速度，防止冷裂纹产生，从而改善接头的组织，并有利于氢的析出，是生产中最常用的一种方法。我们采用电脑温度控制仪器进行电阻丝加热，当温度达到260℃时开始焊接。

2.6 层间温度的控制

焊接过程中，继续采用电脑温度控制仪器进行电阻丝加热，保证层间温度在260~270℃之间，并用红外线测温仪器测定焊道，保证焊道的温差在±10℃之间。

2.7 焊接热输入的确定

由于N80Q的焊接性，制定焊接工艺时，应降低焊接接头的焊接应力，控制淬硬组织的产生，设法减少焊缝中扩散氢的含量，采用小的热输入，减少粗晶区NbC的固溶分解及晶粒长大，防止冷却速度过大而出现淬火组织，提高塑性和韧性。焊接时适当选择小电流、低电弧电压和适当提高焊接速度来控制焊接热输入，同时焊接时采用多层多道焊法，焊条尽量不摆动。