管线钢的异种填充金属焊接性能、残余应力控制与腐蚀性能

发布时间：2019-11-29 06:34

【摘要】：油气输送管道焊接接头的可靠性是石油工程安全不可忽视的问题。高强度、大口径的管道钢可提升输送压力进而使得输送效率提高、输送管道管壁减薄,相应的焊接材料的消耗也会降低油气输送管道的成本。随着管线钢强度级别的提高,焊接接头处产生焊接缺陷的倾向越大,焊接残余应力和应力集中的倾向也更大,可引起导致疲劳强度降低,焊接氢致裂纹、脆性断裂、应力腐蚀裂纹等失效倾向增大。传统的焊接残余应力消除手段在管道的现场焊接过程中实施困难且不可避免的提高成本。合理控制管线钢焊接接头中残余应力的分布和大小是保障其焊接结构安全的重要方法。特殊焊接填充材料法可利用焊接过程中发生的一系列组织转变产生的相变体积膨胀补偿热收缩过程产生的体积收缩,从而得到焊接残余压缩应力,这一方法无需焊前及焊后热处理,可直接在焊接过程中达到降低甚至消除残余应力的目的,除了成本低外更适合于很多难以进行焊后热处理的大型和复杂结构及条件苛刻的现场焊接,具有广阔的应用前景。本文通过理论与实验相结合的方法对合金元素在钢中的作用及合金元素对马氏体转变温度的影响进行分析,结合舍弗勒相图研制了三种具有不同马氏体转变温度的焊丝,称其为低温相变焊丝(LTT),分别命名为LTT1、LTT2、LTT3。以X65管线钢为母材,同质焊丝及低温相变焊丝为填充材料,利用手工钨极氩弧焊(TIG)的方法进行焊接。焊后利用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)对焊接接头的微观组织进行观察并分析了焊接接头中的相组成,合金元素扩散及显微组织形貌,结果表明低温相变焊接接头中微观组织主要由马氏体及少量残余奥氏体组成(10%~15%),母材与焊缝金属熔合良好,母材与焊缝熔合处存在合金元素的扩散现象,主要合金元素在熔合区和焊缝处呈连续变化趋势。对焊接接头的低温冲击韧性、显微硬度、拉伸强度进行测试,结果表明低温相变焊缝焊缝金属的显微硬度和抗拉强度均高于同质填充焊丝,室温下三种低温相变焊丝的冲击韧性良好,但是随温度降低,LTT1,LTT3焊接接头的冲击韧性明显下降,而LTT2焊接接头的冲击韧性随温度变化不大。利用盲孔法对焊接接头的残余应力状态进行检测,结果显示同质焊接接头中焊缝区域分布着较大数量级的残余拉伸应力,其纵向峰值可达450MPa、横向峰值可达到250MPa左右;低温相变焊接接头焊缝中心的应力状态为残余压缩应力或较小数量级的残余拉伸应力,其纵向应力在-300~200MPa之间,其横向应力在-200~200MPa之间。此外,焊后同质焊丝填充的钢板变形方向与低温相变材料填充的方向相反,变形弧度分别为:LTT1焊后焊接接头变形为0.056rad,LTT2焊后焊接接头变形为0.083rad,LTT3焊后焊接接头变形为0.033rad,同质焊丝焊后焊接接头变形为0.14rad。造成这种结果的主要原因即为残余应力状态改变。利用电化学方法对低温相变填充的焊接接头在含有不同NaCl浓度和不同PH值的两组0.2mol/L H2S的饱和溶液中的耐腐蚀性能进行测试,结果表明随着NaCl浓度的增加,焊接接头的耐蚀性下降,随着溶液PH的增加,焊接接头的耐蚀性提高,当溶液由酸性变化为弱碱性时,焊接接头在腐蚀介质中的腐蚀情况几乎不受溶液PH值影响。
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG40

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 ;第12届全国残余应力学术交流会在武汉召开[J];理化检验(物理分册);2003年01期

2 陈鹏;振动消除宏观残余应力的机理研究[J];电焊机;2005年01期

3 ;第15届全国残余应力学术交流会第1轮通知[J];电镀与环保;2009年03期

4 ;第15届全国残余应力学术交流会于10月在重庆召开[J];中国表面工程;2009年03期

5 周喜来;蒋士杰;刘瑞光;;石化在役设备的焊缝残余应力的消除与控制[J];中国新技术新产品;2012年02期

6 ;第17届全国残余应力学术会议暨国际残余应力研讨会(第1轮通知)[J];中国机械工程;2013年08期

7 ;2013年全国残余应力学术会议暨国际残余应力研讨会将在上海召开[J];中国表面工程;2013年02期

8 高路;圆筒残余应力的测定法[J];化工设备设计;1979年04期

9 李广铎;苏建新;王维容;刘柏梁;;鞲鞴涨圈残余应力的测试与分析[J];机车车辆工艺;1982年05期

10 曾春华;;残余应力对疲劳的影响[J];机械强度;1984年03期

相关会议论文 前10条

1 陈超;潘春旭;;残余应力测量技术的现状和发展[A];湖北省第九届热处理年会论文集[C];2004年

2 游敏;郑小玲;;对接接头横向残余应力调控技术研究[A];中西南十省区（市）焊接学会联合会第九届年会论文集[C];2006年

3 张小勇;楚建新;叶军;陆艳杰;刘鑫;;铜应力缓解层对陶瓷-金属连接残余应力的影响[A];电子陶瓷，，陶瓷，金属封接与真空开头管用管壳的技术进步专辑[C];2006年

4 郑杰;张显程;;高温环境诱导的表面强化处理残余应力的释放[A];中国力学大会——2013论文摘要集[C];2013年

5 朱丽娜;徐滨士;王海斗;王成彪;;相关技术在残余应力检测中的应用[A];第八届全国表面工程学术会议暨第三届青年表面工程学术论坛论文集（二）[C];2010年

6 潘勤学;栗勇;徐春广;肖定国;杨向臣;伍懿;;超声法焊缝残余应力检测技术研究[A];2011年机械电子学学术会议论文集[C];2011年

7 任小平;刘怡;;一种无损测试焊接板件残余应力的方法[A];第九届全国结构工程学术会议论文集第Ⅲ卷[C];2000年

8 游敏;郑小玲;;对接接头横向残余应力调控技术研究[A];湖北省暨武汉焊接学会成立二十五周年2005年焊接学术年会文集[C];2005年

9 宇慧平;韩长录;;超高强钢电阻点焊残余应力研究[A];北京力学会第20届学术年会论文集[C];2014年

10 郑永男;左翼;周冬梅;范平;袁大庆;朱升云;;正电子湮没方法研究材料中残余应力[A];第四届全国反应堆物理与核材料学术研讨会论文集[C];2009年

相关重要报纸文章 前6条

1 实习记者 王恒;控制残余应力——寻找加工变形的解决之道[N];中国航空报;2014年

2 陶萍萍;中建钢构用新技术消除钢板墙残余应力[N];现代物流报;2013年

3 ;残余应力与加工变形控制技术[N];中国航空报;2013年

4 ;抗疲劳制造工艺优化方案[N];中国航空报;2013年

5 ;残余应力与变形控制整体解决方案在航空铝合金锻件中的应用[N];中国航空报;2013年

6 蔺军 谢艳花;央视新楼钢构制作特点与加工工艺[N];建筑时报;2007年

相关博士学位论文 前10条

1 姜杰凤;高锁螺栓干涉安装及其对螺接结构力学性能的影响[D];浙江大学;2014年

2 宋文涛;残余应力超声无损检测与调控技术研究[D];北京理工大学;2016年

3 张峥;飞机弱刚性铝合金结构件的残余应力和加工变形控制技术研究[D];南京航空航天大学;2016年

4 李峰;基于定位强化感应加热技术的磨削表面残余应力控制研究[D];清华大学;2015年

5 王军强;大型壳体结构焊接变形及残余应力调控方法研究[D];北京交通大学;2016年

6 刘海涛;精密薄壁回转体零件加工残余应力及变形的研究[D];哈尔滨工业大学;2010年

7 曹江;2A02高强度铝合金热加工残余应力研究及其数值模拟[D];西南石油大学;2014年

8 朱丽娜;基于纳米压痕技术的涂层残余应力研究[D];中国地质大学（北京）;2013年

9 陶波;热压玻璃透镜里的残余应力研究[D];中国科学技术大学;2013年

10 宋以国;多焊缝管板结构焊接工艺与残余应力分析[D];哈尔滨工程大学;2013年

相关硕士学位论文 前10条

1 冯诚诚;Ti-TiN-Zr-ZrN多层膜残余应力及疲劳性能的研究[D];华南理工大学;2015年

2 任喜强;热轧H700×300型钢残余应力的控制[D];河北联合大学;2014年

3 宋金潮;非调质钢棒材轧后冷却过程残余应力数值模拟及实验研究[D];燕山大学;2015年

4 翟紫阳;超高强钢厚板结构件MIG焊温度场应力场数值模拟及试验研究[D];南京理工大学;2015年

5 康玲;正交异性钢桥面板纵、横肋焊接残余应力数值模拟[D];西南交通大学;2015年

6 孙彦文;Q345B钢等离子-MAG复合焊工艺研究[D];西南交通大学;2015年

7 王晓臣;面向卫星零件工艺设计的拓扑优化技术研究[D];北华航天工业学院;2015年

8 刘何亮;U肋与顶板连接焊缝残余应力的三维数值模拟[D];西南交通大学;2015年

9 周鹏;微晶玻璃磨削表面的残余应力研究[D];苏州大学;2015年

10 张爱爱;基于SYSWELD的7A52铝合金双丝MIG焊残余应力分析[D];内蒙古工业大学;2015年

本文编号：2567371