论文部分内容阅读
因为管线钢具有良好的力学性能,因此广泛应用在油气运输中。但随着管线钢在强腐蚀介质环境中应用越来越广泛,不仅对其强度提出了要求,而且要求其具有优良耐蚀性,从实际应用环境和经济方面综合考虑,机械复合管应运而生。由于基层和复层材料的不同以及基层和复层之间机械复合会存在一定的间隙,导致机械复合管对焊时易出现合金元素烧损、焊缝周围碳原子迁移以及焊接接头应力状态复杂等问题,因此,提出了在机械复合管端部对焊之前,先采用封焊或堆焊处理机械复合管。本文采用两种不同焊接工艺的L415/316L机械复合管,分别对其焊接接头组织和力学性能、焊接接头外表面残余应力以及焊接接头在-40℃下的断裂韧性进行了综合的研究。借助光学显微镜、万能试验机和冲击试验机对焊接接头的显微组织、拉伸性能、弯曲性能和冲击性能进行研究。结果表明:采用全合金焊材的L415/316L机械复合管焊接接头的各层组织良好,综合性能也比较好,只是进行拉伸试验后基层和复层发生了分层情况;采用合金焊材及碳钢焊材搭配的L415/316L机械复合管焊接接头在填充和盖面层处出现了马氏体组织,恶化了接头性能,拉伸试验后基层和复层并未发生分层现象,弯曲时候表面产生了裂纹,且焊缝处的冲击韧性较差。借助应变片和压痕应变法应力测试系统对L415/316L机械复合管焊接接头外表面进行了残余应力的测量与分析。结果表明:L415/316L机械复合管焊接接头外表面的焊接残余应力在焊缝区、近焊缝区和母材区都为拉应力。相同直径的机械复合管,采用合金焊材及碳钢焊材搭配的焊接接头外表面焊缝区和近焊缝区的残余应力高于采用全合金焊材的焊接接头外表面焊缝区和近焊缝区的残余应力。同种焊接工艺的L415/316L机械复合管焊接接头外表面的焊缝区和近焊缝区残余应力随着管径的增加而增加。借助QBG系列高频疲劳试验机及其自带力和位移记录程序、引伸计等器材,综合考虑钢管具体形状和焊缝实际方向,合理设计了两种三点弯曲试样。采用裂纹尖端张开位移测试技术获得了基层母材、焊接接头焊缝、热影响区在-40℃下的断裂韧性。结果表明:母材和焊缝金属有明显稳定裂纹扩展区域,韧性良好,其中母材断裂韧性平均值1.0281mm,采用全合金焊材和采用合金焊材及碳钢焊材搭配的机械复合管焊接接头的焊缝断裂韧性平均值分别为0.5769mm和0.7027mm;热影响区由于组织的差异明显,导致热影响细晶区有良好的低温韧性,热影响粗晶区断裂韧性非常差,其中采用全合金焊材和采用合金焊材及碳钢焊材搭配的机械复合管焊接接头的热影响区粗晶区断裂韧性平均值分别为0.2394mm和0.3036mm。根据金相显微分析、断口形貌及断面EDS分析,发现组织形式、晶粒大小、裂纹扩展方式以及夹杂物数量是影响材料断裂韧性的重要原因。