焊接规范对管道焊接接头性能的影响

试 件 为直 径 １３ｍｍ、 厚 ２ 及 直 径 ３５ ３ 壁 ０ｍｍ ２ ｍ 壁 厚 ３ ｍ 的 １ｘ１ ｍ、 ６ｍ ２ Ｍ 钢管 。
定的损耗。这种热稳性钢在低于奥 氏体转变温
度时 ， 对冷却速度有较高的敏感性 ， 从而很大程度 上影响了其焊接接头性能 ， 并需要长 时间的焊后 高温热处理 ， 所以， 在其焊接过程 中控制电源的热 输入及焊后钢管的冷却速度十分重要 ； 因此 ， 这种
结晶的不均衡条件扩散和对流质传递过程a常规规范b脉冲规范的不完全性决定了焊接接头金属化学成分与组织图3不同规范下焊接热影响区组织500的不均匀性而后者又与力学性能的不均匀性紧密相关这就降低了管件焊缝的工艺性能从而导众所周知在管道多层焊接时焊缝根部和中致焊缝过早地破坏
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（ 图 １ 。原先 的奥 氏体 晶粒 边界上 ， 冷却时 见 ） 在
析出了大的亚共析铁素体晶粒。残余的奥氏体分
解为托 氏体、索氏体 的混合物 。由于冷却状态的
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・
９ ０・
焊
管
２０ ０６年 ９月
施 焊 时 ， 一 层 要 受 到重 复 加 热 ， 此 ， 前 因 焊缝 中 的
范下 （ 件 ｌ和 试 件 ３ ， 受 了 液 态淬 火 的焊 缝 试 ）经 上层 （ 件 １３和试 件 ３３ 中形 成 了 典 型 的过 热 试 ． ．） 共 晶状 组织 ， 它是 在 不 均 匀 的结 晶 条 件 下 形 成 的
１ 试验方法
采用 了两 种 焊接 电源进 行试 验 。一 种是 在 常 规 的弧 焊 规 范 下 焊 接 ， 用 Ｋ ＭＰ ｂ 钢 １Ｘ Ｍ 制成 的蒸 汽用 ２１ 管道 ， 在高温 、 高压和腐蚀气氛中长期工作会产生
一
ＭＦ２０ Ｉ４０逆变 弧 焊 电 源 ； 一 种 是 在 脉 冲焊 接 规 另 范 下焊 接 ， 使用 电流 脉冲调 幅器 ｙ Ｍ 一 ０ 且 ２ ５和 Ｂ 且
一
３ ６整 流器 。 ０
钢焊 接接 头 的组织 和 性 能便 直接 与焊 接 工艺 过程
试件的标记作如下规定 ： 常规及脉 冲焊接 在 规范下焊接小直径钢管时 ， 以数字 “ ” ２ ； 标 １ 和“ ” 焊接大直径钢管时 ， 以“ ” ４ ； 中奇 数代 标 ３ 和“ ” 其 表常规弧焊规范， 偶数代表脉 冲焊接规范。
１． １． ２． ２． ２． ２， ３， １， ２， ３… … 。
切取后 的试件经 过磨 光 、 抛光及 ４ ％硝 酸溶
液腐蚀后 ， 借助于金相显微镜 “ ｅｐｏ” ５０倍） Ｎ ｏｈｔ （０
观 察焊 缝 中各 层 的金 相组 织 。
２ 焊 接试 件金相 组织的变 化分析
１Ｘ Ｍ 钢的原始组织是 铁素体 ＋ 光体。 ２１ 珠 铁素体 的晶粒尺寸为 １ Ｏ～１ ５ 。在常规弧焊规 ｍ
焊管 ・ ２ 第 ９卷第 ５期 ・ ０ ６年 ９月 ２０
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焊 接 规 范 对 管道 焊 接 接 头 性 能 的影 晌
许贵芝 编译
（ 南京航空附件厂 ，南京 ２０ ０ ） １０ ２
摘 要 ：介 绍 了俄 罗斯 学者 关 于焊 接规 范对管 道 焊接 接 头性 能影 响 的试验 研 究结果 。指 出采
本文 的 目的就 是研 究并 比较 脉 冲焊接 规 范与 常规 弧焊 规范 对 １Ｘ Ｍ 钢 管 的焊缝 组 织 、 度分 布 ２１ 硬 及力 学性 能 的影 响 。
代表 ， 因此 ， 对不 同直径 、 同焊接规范 的钢管从 不
不 同焊缝部 位切 取 的试件 就 可 以标记 为 ：． ， １ １
分 析用 的试 件 分 别 从 焊 缝 的 根 部 层 、 间 层 中 和上 部 层 切 取 ， 相 应 地 用 小 数 点 后 的 １２， 并 ， ３来
和焊接规范相关 ， 中尤其需要解决 的是研究能 其 保证控制焊接热输入量的工艺过程。 研究适合 的脉冲焊接过程是解决这个 问题的 方法之一 。脉 冲焊接过程是基于用脉冲控制焊接 能量参数 的办法来实现的。采用脉冲控制方法可 以通过焊接接头 区域程序控制输入热量 ， 制熔 控 化过程及焊缝 与热影 响区组织 的形成 ， 降低 焊接 接头 的残余变形。 由于控制系统 软件的建立 ， 电流半导体元 强 件的应用 ， 研究脉冲控制的焊接系统便有 了可能。
大（ 见图 ４ ａ ） （ ） 。此时 ， 铁素体 晶粒 的平均尺寸
为 ７～ ｍ。 ８
组织就在焊缝 的上部层（ 见图 ２ 。在这里， ） 晶粒
比原 始钢组 织 的 晶粒 要 小 。显 然 ， 这是 脉 冲焊 接
采用 脉 冲规 范 焊 接小 直 径 钢 管 时 ， 于 根 部 位
层的加热温度处在铁碳平衡状态图 的 ｃ 及 ｃ 点之 间。关于这一点 ， 可以用相重结 晶反应 的不 均衡发展来说明。加热过程 中， 在保持铁素体 的 情况下 ， 珠光体 区域不完全转变成奥 氏体。冷却 后的最终组织具有其成分不均匀 的特点 ， 但基本
这种重复施焊加热类似于“ 正火” 并观察到因重 ，
结 晶作用 而 导致 的组 织变 小 。对 于不 同 的焊 接规 范， 这种 “ 火 ” 正 的效果 是不 一样 的。
在采用常规弧 焊规范进行 小直径钢管 焊接
（） ａ 管径１ ３ｍ ３ｒ ａ （） ｂ 管径３ ５ ｍ ２ｍ
时， 焊缝 根 部层 和 焊缝 中 间层 的加 热 温 度均 超 过
图 １ 常规 弧焊规范下焊缝上层组织 × ０ ５０
多晶型转化温度 ， 所以 ， 焊接时在焊缝金属中不仅
完成 了 ０ 【 相 的 转 变 ， 且 还 会 产 生 晶粒 的长 一 而
改变及 熔化 边界 上 结 晶的 多相 特 性 ， 沿焊 缝 边 缘 观察 到组织 变小 。 在 脉 冲焊接 规 范下 （ 件 ２和 试 件 ４ ， 散 试 ）弥
用脉冲焊接规范获得 的焊接接头性能指标明显优 于常规弧焊规 范， 而可以简化或在某些情 从
况下免 除焊后 热 处理 。
关键词 ：管道焊缝 ；脉冲焊接规范；常规弧焊规范；热强钢 １Ｘ Ｍ￣；热影响 区；显微硬度 ２１
中图分 类 号 ：Ｔ ４ 文 献标 识 码 ：Ａ 文章 编 号 ：１０ —３３ ２０ ） ５ ０ ９ ０ Ｇ４ ０ １ ９８（０ ６ ０ —０８ — ４