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油气管线恶劣的服役环境驱使管线钢朝着强韧性、高强度等方向发展。与管线钢的快速发展相比,高强管线钢的焊接技术发展相对滞后,在现有的焊接工艺下,高强管线钢焊接接头容易出现HAZ粗化和软化、HAZ局部脆化、气孔等焊接缺陷,限制了高强管线钢的广泛应用。超音频直流脉冲TIG焊接电弧不仅挺度高、穿透力强,并且电弧超声激发的洛伦兹力对焊接熔池具有搅拌、振动等作用,可改善焊缝成形质量、提高焊接速度、细化焊缝晶粒。因此,本文开展了一种适用于X80高强管线钢的超音频直流脉冲TIG焊工艺的研究工作。利用电信号采集系统分析脉冲电流频率在20kHz和40kHz对电流波形的影响,研究发现:两个脉冲频率下的电流波形都为矩形方波,电弧可以稳定燃烧,并且脉冲电流变化率大于等于50A/μs,表明自主研发的超音频直流脉冲TIG电源可以满足大电流焊接的需求;利用高速摄像采集系统,并借助图像处理技术分析脉冲电流频率对超音频直流脉冲TIG焊焊接X80管线钢电弧形态的影响,结果表明:随着脉冲直流频率的增加,电弧发生径向收缩,20kHz和40kHz相比,电弧径向收缩在0.65mm左右。以10mm厚X80高强管线钢为研究对象,通过平板堆焊试验分析峰值电流、基值电流、焊接速度、占空比和脉冲频率对焊缝成形的影响规律,结果表明:峰值电流、基值电流、占空比和脉冲频率的增加都会引起焊缝熔深熔宽的增加;随着焊接速度的升高,焊缝熔深熔宽下降。对10mm厚X80管线钢的V型坡口进行打底焊,结果表明:当峰值电流I_p=220A,基值电流I_b=120A,占空比δ=60%,脉冲频率f=50kHz,焊接速度V=0.2m/min,送丝速度Vs=2500mm/min时,焊缝正面背面稳定成形。对10mm厚的X80高强管线钢板进行V型坡口依次进行打底焊、手工填充焊和手工盖面焊,对焊后的工件进行机械加工,进行焊接接头质量的检测。结果表明:X80管线钢超音频直流脉冲TIG焊焊缝区的组织由针状铁素体和粒状贝氏体组成,其晶粒尺寸小于母材;热影响区粗晶区由贝氏体铁素体和粒状贝氏体组成,相对于母材来说,晶粒粗大,但减少了M-A组元;对焊接接头进行力学性能测试,焊缝区最高维氏硬度350HV,热影响区最低维氏硬度173HV;平均抗拉强度721MPa;焊缝区、热影响区冲击吸收功分别为156.3J和174.6J,说明焊接接头具有良好的强度和韧性。本文的研究工作表明:超音频直流脉冲TIG焊电弧激发的洛伦兹力对焊接熔池具有搅拌振动作用,可以使焊缝晶粒得到细化,提高焊接质量。超音频直流脉冲TIG焊是一种能够适用于X80管线钢焊接的新型、优质和高效的焊接方法。