论文部分内容阅读
随着国民经济对油气需求量的增加和冶金技术的发展促使管线钢朝着高钢级的方向前进。但是采用传统的多层多道电弧对高钢级管线钢进行焊接,焊缝和热影响区的软化、晶粒的粗化及临界粗晶区链状的M-A组元导致焊接接头强韧性不足。因此,探索接头新型焊接技术,是促进高钢级管线钢推广应用的首要任务。本文以高钢级管线钢为研究对象,利用焊接热模拟技术、激光焊接和激光-电弧复合焊接技术对高钢级管线钢进行了焊接实验,探究了焊接接头的组织性能演变规律。现得主要结论如下:(1)利用热力模拟试验机Gleeble 1500对高钢级管线钢不同热输入下的粗晶区热循环进行了物理模拟,随后对样品进行了力学性能分析。随着焊接热输入的提高:组织由板条贝氏体向粒状贝氏体转变,且原始奥氏体晶粒明显粗化;M-A组元的体积分数和弦长大于1μm M-A组元的个数逐渐增加;整个热输入范围内冲击韧性降幅达88%,其主要原因在于M-A组元的粗化及其在原始奥氏体晶界形成链状M-A组元、原始奥氏体晶粒的粗化。(2)利用IPG YLS 6000光纤激光器对高钢级管线钢进行了激光焊接实验,研究了热输入和保护气对焊接接头组织和性能的影响规律。(1)三种热输入条件下,焊缝区、粗晶区和细晶区的组织均为板条马氏体,导致其硬度均高于母材;混晶区组织为铁素体和贝氏体,导致其硬度低于母材形成软化区。激光全熔透焊接接头的强度可达母材水平,焊缝和热影响区的冲击断裂方式均为典型的韧性断裂。(2)X80管线钢在空气和氩气环境下激光焊接是可行的。熔池中的氧被脱氧元素固定,形成尺寸小于1μm的无害夹杂物,氮在快速冷却的过程中固溶于焊缝,且会以固溶强化的形式提高焊缝的硬度。空气环境下的焊缝冲击韧性(韧性仍优于母材)达到氩气环境下的80%,空气环境下焊接焊后冷却速度慢,焊缝的显微组织主要为粒状贝氏体,导致焊缝的冲击韧性略有降低。(3)对高钢级管线钢进行了激光-MAG复合焊接,在焊丝与母材低强匹配的前提下,探究了热输入对焊接接头组织性能的影响,并对激光-MAG复合和激光焊的典型样品进行了组织性能对比分析。(1)随着热输入的增加,焊缝和粗晶区的组织由板条马氏体向粒状贝氏体转变,焊缝硬度逐渐降低,但仍高于母材。(2)激光焊接可获得更大的深宽比;复合焊焊缝和粗晶区的均为板条马氏体+粒状贝氏体,而激光焊焊缝和粗晶区的组织为板条马氏体;复合焊焊接接头硬度和强韧性能均低于激光焊。