摘 要:采用铜衬垫自动焊外根焊工艺对X80钢进行焊接,研究了焊缝成形质量以及粘铜区域 和未粘铜区域的铜含量、显微组织及力学性能。结果表明:焊缝成形良好,未发现裂纹、未熔合等缺 陷。未粘铜区域的铜含量与母材一致,粘铜区域的铜质量分数约为 0.46%,渗铜深度约为 0.18mm;未粘铜区域焊缝组织主要由针状铁素体和少量的先共析铁素体组成,粘铜区域则主要是 块状铁素体、粒状贝氏体以及游离铜组成。未粘铜区域和粘铜区域硬度变化趋势基本一致,焊缝根 部粘铜区域的硬度略高于未粘铜区域;粘铜区域和未粘铜区域的抗拉强度分别为730,732MPa, 冲击性能基本一致,弯曲试验后均未见裂纹。焊缝根部渗铜未对接头的力学性能产生明显影响。
关键词:X80钢;铜衬垫自动焊外根焊;渗铜;力学性能;显微组织
中图分类号:TE973.8 文献标志码:A 文章编号:1000-3738(2023)09-0065-05
0 引 言
近年来,我国的长距离输气管道焊接施工技术 虽然有了很大的提高,但是仍无法满足管道工程对焊接速度和质量的要求,而管道环焊缝打底根焊 是提高焊接速度和质量的关键环节。铜衬垫自动 焊外根焊技术属于管道焊接领域的一种根部打底 强制成形技术,此技术具有管道根焊成形质量好 的优点,而且还可大幅提高大口径、厚壁、高钢级 管道的焊接速度和质量。铜衬垫自动焊外根焊成 形工艺已在国外很多管道上应用,尤其在海洋管 道上应用更为广泛[1],但是基于国内管道的建设 现状,目前该技术尚未在国内进行工程推广应用, 主要原因是在国内焊缝根部渗铜对焊接接头性能 的影响还未得到充分论证[2-3]。
X80钢是高强度管线钢,具有安全、可靠、经济、 环保等诸多优点,是长距离输送石油天然气的重要 管道材料,但是目前未见有关 X80钢铜衬垫自动焊 外根焊接头渗铜方面的研究。基于此,作者采用铜 衬垫外根焊熔化极双焊炬气保护实心焊丝工艺对 X80钢管进行单面焊双面成形的单道根焊[4],研究了焊缝成形质量、粘铜区域和未粘铜区域的铜含量, 分析了渗铜对接头显微组织、力学性能的影响,以期 为国内长输管道工程应用铜衬垫自动焊外根焊工艺 提供试验参考。
1 试样制备与试验方法
母材为控轧控冷态 X80管线钢管,钢管外径为 1422mm,壁厚为32.1mm。采用CPP900W2N型 双焊炬自动焊机进行铜衬垫自动焊外根焊试验,焊 接材料选用直径为1mm 的BOEHLERSG8-P焊 丝。母材和焊丝的化学成分如表1所示。铜衬垫采 用工程用无槽铬锆铜衬垫,化学成分(质量分数/%) 为0.79Cr,0.15Zr,1.59W,0.029Si。铬锆铜衬垫装 置的结构如图1所示,该装置由铜垫块和支撑架组 成,在工作状态时铜垫块紧贴管道内壁。焊接时采用 如图2所示的 U形坡口,焊接电流为140~240A,电 压为20~26V,焊接速度为33~66cm·min-1。
