【摘 要】
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由于海底油气管线铺设里程的增加、管线恶劣的海洋服役环境与逐渐向深海延伸的发展趋势等因素的影响,迫使管线钢管线向大口径、高强度、强韧性等方向发展。水下焊接技术在海上平台搭建与维修和海底管道铺设以及维修中起着至关重要的作用,但我国的管线钢焊接技术相对滞后于管线钢的发展和铺设要求。高压干法水下焊接比湿法水下焊接的质量更高,可以避免水等不利因素的影响,应用更广泛、前景更好。目前常用的焊接工艺和技术条件下,
【基金项目】
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国家自然科学基金项目（海洋油气管道高强管线钢超音频脉冲TIG焊电弧行为及适用性）；
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由于海底油气管线铺设里程的增加、管线恶劣的海洋服役环境与逐渐向深海延伸的发展趋势等因素的影响,迫使管线钢管线向大口径、高强度、强韧性等方向发展。水下焊接技术在海上平台搭建与维修和海底管道铺设以及维修中起着至关重要的作用,但我国的管线钢焊接技术相对滞后于管线钢的发展和铺设要求。高压干法水下焊接比湿法水下焊接的质量更高,可以避免水等不利因素的影响,应用更广泛、前景更好。目前常用的焊接工艺和技术条件下,焊接电弧在高气压焊接中会不稳定,管线钢的焊接接头容易产生气孔、冷裂纹、热影响区局部脆化、热影响区软化和晶粒粗大等缺陷。海水具有很强的电解性,极大影响了焊接接头的腐蚀性能及海水环境的使用寿命。超音频TIG焊产生的磁场能够使电弧能量更集中、刚度更高、穿透力更强,对焊接过程中焊接接头熔池的搅拌作用加强,加速焊接过程中焊接接头熔池的流动,细化焊接接头的晶粒,以改善焊接接头的成形质量,且可以提高焊接效率。本文通过电化学试验和显微组织研究了气体压力对X80超音频TIG焊接头耐腐蚀性能的影响,研究表明:在0.1MPa～0.7MPa气体压力下,随着气体压力的提高,焊缝区组织的致密性与均匀性降低,焊缝区的耐腐蚀性能降低,腐蚀倾向增大;焊缝区的微观组织均主要由针状铁素体和多边形铁素体组成,含有少量的粒状贝氏体,焊缝区的组织细密且均匀;但随着气体压力的提高,焊缝区组织中的针状铁素体的含量减少,且晶粒变得更加粗大,同时多边形铁素体逐渐增多。本文在0.1MPa和0.7MPa气体压力下通过电化学试验研究脉冲频率、占空比、焊接速度及峰值电流四个焊接工艺参数对X80超音频TIG焊接头焊缝区腐蚀性能的影响,研究表明:提高脉冲频率、占空比和峰值电流时,焊缝区的开路电位和阻抗模值增大,自腐蚀电流密度降低,即焊缝区的耐腐蚀性能增强;提高焊接速度时,焊缝区的开路电位和阻抗模值减小,自腐蚀电流密度增大,即焊缝区的耐腐蚀性能降低。本文在0.1MPa和0.7MPa气体压力下分别利用L16（4~5）对脉冲频率等四个参数设计正交试验,通过对腐蚀速率数据进行极差和方差分析,分析四个参数对焊缝耐腐蚀性能的影响权重,得出脉冲频率为主要影响因子,占空比、焊接速度和峰值电流为次要影响因子;当脉冲频率为35k Hz、占空比为40%、焊接速度为30cm/min、峰值电流为180A时,焊缝区的理论腐蚀速率最小,即为焊接的最佳参数。本文系统研究了最佳参数的X80超音频TIG焊接头各分区的腐蚀性能,研究表明:0.1MPa和0.7Mpa气体压力下最佳参数接头焊缝区的腐蚀倾向低于热影响区和母材区的腐蚀倾向;同时,不同气体压力下接头对应各区的开路电位、自腐蚀电位和阻抗模值相差不大,即超音频TIG焊对气体压力的提高带来的负面影响具有很好的抵御能力;X80高强管线钢超音频TIG焊接头焊缝区的微观组织均主要为针状铁素体和多边形铁素体,以及少量的粒状贝氏体,焊缝区的组织细密且均匀,组织之间的啮合更加紧密,这不仅能使X80管线钢焊缝区具有良好的强度、韧性以及抵御裂纹延展的能力,也使焊缝区具有良好的耐腐蚀性能以及其它力学性能;热影响区的组织相比于焊缝区的组织,其组织中的针状铁素体含量降低,多边形铁素体含量增加,且其针状铁素体的晶粒比焊缝区的针状铁素体晶粒更加粗大,组织分布的均匀性也降低,因此X80超音频TIG焊接头焊缝区的耐腐蚀性能最好,热影响区的耐腐蚀性能次之,母材区的耐腐蚀性能最差;利用EDS实验测试结果中各元素的百分比及其质量的百分比,推断X80超音频TIG接头的组织产物主要为Fe CO3,同时含有微少的Fe（CH3COO）2;焊缝区的点蚀坑极少且很小,热影响区和母材区的点蚀坑较多且深度较大,点蚀坑主要为圆形,无明显的方向性,焊缝区的浸泡腐蚀程度要明显低于热影响区和母材区,而热影响区和母材区的浸泡腐蚀程度相差不大,即X80超音频TIG焊接头焊缝区的耐腐蚀性能最好。
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