高頻不銹鋼焊接鋼管焊縫沖擊試樣缺口位置的確定

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高頻不銹鋼焊接鋼管焊縫沖擊試樣缺口位置的確定

高頻不銹鋼焊接鋼管焊縫沖擊試樣缺口位置的確定

來源:310S大口徑耐高溫焊接管 ? 發布:2020-10-16 18:03:35 ? 類別:不銹鋼焊管

 浙江至德鋼業有限公司采用夏比沖擊試驗研究了高頻不銹鋼焊接鋼管焊縫沖擊試樣缺口位置的確定方法,重點討論了焊縫中心線與試樣中心線不垂直時(焊縫偏斜)如何確定。結果表明:當焊縫偏斜時,先制備兩種缺口位置的焊縫沖擊試樣,一種是缺口根部處于距試樣側表面2mm的線與焊縫中心線的交點且垂直于試樣中心線的直線上,另一種是缺口根部處于試樣中心線與焊縫中心線的交點且垂直于試樣中心線的直線上;兩種試樣中試驗結果較小值作為焊縫處的沖擊吸收能量,此試樣為焊縫沖擊試樣。


 油氣輸送管道多采用埋弧焊接鋼管和高頻不銹鋼焊接鋼管。不銹鋼焊接鋼管是采用高頻電流產生集膚效應的原理把熱軋板卷邊緣加熱至熔融狀態,再通過機械擠壓方法焊接而成。由于不銹鋼焊接鋼管具有尺寸精度高、生產效率高、價格低的優點,受到了越來越多用戶的青睞。根據焊接熱循環峰值溫度的不同,可將焊接接頭劃分為五個區域:熔化區、過熱區、完全正火區、不完全正火區和回火區。一般將熔化區以外的其它區域總稱為焊接熱影響區。不銹鋼焊接鋼管接頭熱影響區的形狀為腰鼓形,其尺寸與焊接時輸入熱量大小有關。一般認為:輸入熱量愈大,腰鼓形愈寬,輸入熱量愈小,腰鼓形愈窄;當輸入熱量一定時,焊接速度愈慢,腰鼓形愈寬,速度愈快,腰鼓形愈窄;當焊接線能量與焊接速度相對合理時,若擠壓力過小,則腰鼓形變寬,擠壓力過大,則腰鼓形變窄。而不銹鋼焊接鋼管接頭熱影響區的形貌直接影響到焊接接頭的性能。焊縫處的夏比沖擊吸收能量是衡量鋼管焊縫處材料韌、脆性的指標,它綜合反映了不銹鋼焊接鋼管焊縫質量。沖擊吸收能量值高且穩定的不銹鋼焊接鋼管焊縫,其焊縫質量一定高;焊縫質量差的鋼管,其沖擊吸收能量肯定低或分散性大。為了防止管線的脆性斷裂及要求管線在塑性開裂后具有良好的止裂性能,在管線設計中對鋼管的韌性提出了越來越高的要求。試驗證明,焊接鋼管無論是否進行焊后熱處理,韌性表現最薄弱的部位絕大多數是在焊縫處。


 在加工不銹鋼焊接鋼管焊縫夏比沖擊試樣時,缺口位置的確定,對試驗數據有決定性的影響。當焊縫中心線垂直于管體表面沖擊試樣中心線時,缺口根部位于焊縫中心線時,試驗所得結果為客觀、準確的焊縫處的沖擊吸收能量。當焊縫中心線與管體表面沖擊試樣中心線不垂直時,標準沒有明確規定其缺口的開口位置。因此,至德鋼業主要研究不銹鋼焊接鋼管焊縫夏比沖擊試樣缺口位置的確定方法,以期找出一個能真實反映此類試樣焊縫處沖擊吸收能量的缺口位置,從而改進工藝,進一步提高焊縫質量。


一、試樣制備與試驗方法


 1. 試樣制備


 試驗對兩種規格的不銹鋼焊接鋼管進行研究,分別為457mm×12.1mm和508mm×12.7mm型。鋼管的化學成分和拉伸性能分別見表。管體在常溫和0℃時的沖擊吸收能量平均值分別為215J和216J(試樣尺寸10mm×10mm×55mm);分別為218J和242J。管體的顯微組織為粒狀貝氏體、鐵素體和少量珠光體,晶粒度為11.0級;管體的顯微組織為鐵素體、珠光體、粒狀貝氏體和島狀組織的混合組織,其晶粒度為6級。


 2. 試驗方法


 對不銹鋼焊接鋼管接頭制取夏比沖擊試樣,試樣尺寸為10mm×10mm×55mm。加工沖擊試樣時,應從鋼管外表面向內表面方向10mm處取。缺口根部加工位置如圖所示,對焊縫中心線垂直于沖擊試樣,缺口根部分別在焊縫中心(方案1,此時即為焊縫沖擊試樣)和距焊縫中心0.5mm處(方案2,此時為影響區沖擊試樣)。當焊縫中心線不垂直于沖擊試樣中心線時(焊縫傾斜),缺口位置有兩種方案,一種是缺口根部位于試樣中心線與焊縫中心線的交點且垂直試樣中心線的直線上(方案3),另一種是缺口根部位于距試樣側表面2mm的線與焊縫中心線的交點且垂直試樣中心線的直線上(方案4)。兩種焊管各按以上四種方案取10個沖擊試樣,分別在室溫和0℃下按國家標準,在沖擊試驗機上進行試驗。用學顯微鏡進行顯微組織分析,并用掃描電鏡觀察沖擊試樣斷口形貌。


二、試驗結果與討論


 1. 沖擊性能


 由圖可以看出,當焊縫中心線垂直于沖擊試樣中心線時,無論是不銹鋼焊接鋼管,方案2試樣的吸收能量值都遠大于方案1的,且是在4種方案中吸收能量值最大,而方案1的最小。當焊縫中心線不垂直于沖擊試樣中心線時,對不銹鋼焊接鋼管來說,方案3和方案4在室溫和0℃時的沖擊吸收能量值各有高低。對L415MB鋼管,方案3和方案4在室溫時的沖擊吸收能量值也是有高有低,但在0℃時方案4的吸收能量值高于方案3的。


 對每組5個試樣算出其平均值和標準差。由圖可知,方案3及方案4沖擊吸收能量值中的較低值接近方案1的平均值,而較高值接近方案2的平均值。也就是說,較低值接近焊縫的沖擊吸收能量,較高值接近熱影響區的吸收能量。方案1的標準差值最小,其他幾種方案的標準差值各有高低。說明方案1的試驗結果穩定性最好,其他幾種方案的試驗結果穩定性較差,試驗值比較分散。因此,焊縫中心線與試樣中心線垂直時可以用方案1為焊縫處的沖擊吸收能量,方案2為熱影響區的沖擊吸收能量,與已有結論相符。


 2. 組織形貌


 由圖可見,對于方案3和4對應的不銹鋼焊接鋼管,焊縫中心處有一條白色的熔合線,焊縫的顯微組織為鐵素體、珠光體,在中心線兩側的熱影響區會產生由中部向表面方向延伸的金屬流線。由于擠壓力不平衡、半邊開口角中心位置及大小不合理等原因,造成了中心線的歪斜。一般規定歪斜的程度不能超過壁厚的十分之一。


 由圖可知,焊縫沖擊試樣(方案1)斷口呈典型的解理斷口形貌,在每個解理面上有河流花樣,面積較大的解理面形成解理臺階。由圖可以看出,方案2試樣的斷口全部為韌窩形貌。斷口形貌與沖擊試驗結果相符。


 由圖可見,焊縫傾斜時的焊縫沖擊試樣斷口中既有解理面,也有韌窩,還有介于解理斷裂與韌窩斷裂之間的準解理斷口形貌。


 因此方案3和方案4試樣的的沖擊韌性介于方案1和方案2之間。


三、結論


 當不銹鋼焊接鋼管焊縫偏斜時,應先加工出缺口根部位置不同的兩種試樣,即方案3和方案4;兩種試樣中試驗結果較小值作為焊縫處的沖擊吸收能量,此試樣為焊縫沖擊試樣。


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