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利用焊接性试验方法分析管线钢的优化

时间:2023-06-27 理论教育 版权反馈
【摘要】:冷裂纹是管线钢焊接过程中可能出现的缺陷,是管线钢焊接性试验中很重要、又最常用的一项试验内容。管线钢焊接接头抗脆性转变能力也是焊接性试验常涉及的一项内容。选择或制定焊接性试验方法时必须符合以下原则:1)焊接性试验的条件要尽量与实际焊接时的条件相一致。2)焊接性试验的结果要稳定可靠,具有较好的再现性。

利用焊接性试验方法分析管线钢的优化

1.管线钢焊接性试验的内容

从焊接性的概念出发,结合管线钢的性能特点和服役条件,管线钢焊接性试验的内容有以下几个方面:

(1)焊缝金属抵抗产生热裂纹的能力 焊接熔池金属结晶时,由于存在一些有害元素(如S、P等),并受热应力的作用,就可能在结晶末期产生热裂纹。热裂纹是一种较常发生且危害严重的缺陷,所以焊缝金属抵抗产生热裂纹的能力就是衡量焊接性的一项重要内容,通常是通过热裂纹试验来进行的。热裂纹试验与焊接材料关系密切,母材和焊接工艺也有一定的影响。

(2)焊缝及热影响区金属抵抗产生冷裂纹的能力 焊缝及热影响区金属在焊接热循环作用下,由于组织及性能的变化,加之受焊接应力和扩散氢的影响,可能发生冷裂纹。冷裂纹是管线钢焊接过程中可能出现的缺陷,是管线钢焊接性试验中很重要、又最常用的一项试验内容。冷裂纹试验是针对母材进行的试验。

(3)焊接接头抗脆性转变能力 经过焊接冶金反应、热循环、结晶、固态相变等一系列过程,焊接接头由于受脆性组织、夹杂物等的影响,可能使韧度严重下降,即发生所谓焊接接头的脆性转变。对于在各种复杂环境条件下工作的管线钢而言,韧度下降是个严重的问题。管线钢焊接接头抗脆性转变能力也是焊接性试验常涉及的一项内容。

(4)焊接接头的使用性能 由于使用性能对焊接性提出许多不同的要求,所以有很多焊接性试验项目是从使用性能角度出发制定的,即根据特定的使用条件制定专门的焊接性试验方法。如应力腐蚀试验、氢致开裂试验等。

2.管线钢焊接性试验方法分类

评定管线钢焊接性的方法有许多种,按照其特点可以归纳为以下几种类型:

(1)直接模拟试验类 这类焊接性评定方法一般是仿照实际的焊接条件,通过焊接过程观察是否发生焊接缺陷或发生缺陷的程度,直观地评价焊接性的优劣,有时还可以从中确定必要的焊接条件。

1)焊接冷裂纹试验。常用的有斜Y形坡口对接裂纹试验、插销试验、拉伸拘束裂纹试验(TRC)、刚性拘束裂纹试验(RRC)等。

2)焊接热裂纹试验。常用的有可调拘束裂纹试验、FISCO焊接裂纹试验、刚性固定对接裂纹试验等。

3)脆性断裂试验。除低温冲击试验外,常用的还有落锤试验、裂纹张开位移试验(COD)、平面应变断裂韧度试验(KIC)等。(www.xing528.com)

4)再热裂纹试验。有H形拘束试验、缺口试棒应力松弛试验、U形弯曲试验等。还可以利用斜Y形坡口对接裂纹试验或插销试验进行再热裂纹试验。

5)应力腐蚀裂纹试验。有U形弯曲试验、缺口试验、预制裂纹试验等。

(2)间接推算法 这类焊接性评定方法一般不需要焊出焊缝,只是根据母材或焊缝金属的化学成分、金相组织、力学性能之间的关系,结合焊接热循环过程进行推测或评估,从而确定焊接性优劣以及所需的焊接条件。

属于这一类的方法主要有:前面提到的碳当量法、焊接裂纹敏感指数法、连续冷却组织转变曲线法和焊接热―应力模拟法、焊接热影响区最高硬度法及焊接区断口金相分析等。

(3)使用性能试验类 这类焊接性评定方法最为直观,它是将试焊的接头甚至产品在使用条件下进行各方面性能试验,以试验结果来评定其焊接性。对于管线钢焊接性评定而言,不仅可以用钢管或管线做试验,也可以用试样做试验。

属于这一类的方法主要有:焊缝及接头的拉伸、弯曲、冲击等力学性能试验、断裂韧度试验、低温脆性试验、耐蚀试验、疲劳试验、水压试验和爆破试验等。

3.选择或制定焊接性试验方法的原则

国内外有关管线钢焊接性试验方法已经有许多种,而且随着技术的发展、试验要求的提高,焊接性试验方法还会不断增多。选择或制定焊接性试验方法时必须符合以下原则:

1)焊接性试验的条件要尽量与实际焊接时的条件相一致。这些条件包括母材、焊接材料、接头形式、环境温度、接头受力状态、焊接参数等,而且试验条件还应考虑到产品的使用条件,尽量使之接近。只有这样才能使焊接性试验具有良好的针对性,其试验结果能比较确切地显示出实际生产时可能发生的问题或可能获得的结果。

2)焊接性试验的结果要稳定可靠,具有较好的再现性。试验所得数据不可过于分散,只有这样才能正确显示变化规律,获得能够指导生产实践的结论。为此,试验方法应尽可能减少或避免人为因素的影响,多采用自动化、机械化的操作,少采用人工操作。另外,应严格控制试验条件,防止随意性。

3)注意试验方法的经济性。在符合上述原则并可获得可靠结果的前提下,要力求减少材料消耗,避免复杂昂贵的加工工序,节省试验费用。

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