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高频钢管焊缝冲击韧性影响要素分析

如何提高高频钢管焊缝冲击韧性是制管技术中的一大难题。在大量生产实践的基础上分析了影响ERW直缝电阻焊钢管冲击韧性的各种因素。指出,为了进一步提高焊缝的冲击韧性,满足长输管线对高频钢管提出的训韧性要求,需要从控制原材料钢卷质量入手,结合制造工艺,加强成型、焊接及焊后在线热处理的
质量控制。
1 高频钢管焊缝冲击韧性的特点

高频钢管的焊接工艺是采用高频电流产生的集肤应原理把热轧卷板边缘进行回热至熔融状态,再通过机械挤压方法进行焊接。通过工艺生产的钢管其焊缝中心会出现一条白色熔合线,熔合线两侧的热影响区会产生由中部向内外表面方向延伸的金属流线。由于高频钢管是采用母材作为焊接材料,因此其焊缝的性能与母材的性能有较大关系。在普通材料中,焊缝与母材的韧脆转变温度曲线。在普通材料中,焊缝与母材的夏比冲击试验吸收能量值差异很小。相反在高韧性材料中则有较大差别,焊缝冲击韧性明显劣于母材,但明显优于普通材料的焊缝。由此可知高频钢管焊缝中心的冲击韧性一般情况下低于母材冲击韧性,即使采用韧性材料,虽然焊缝的韧性得到提高,但也不能彻底改善焊缝中心的冲击韧性。
2 焊缝冲击韧性的影响要素

影响焊缝冲击韧性的主要因素有:(1)原材料的理化性能;(2)原材料的晶料及非金属夹杂物;(3)焊缝热处理条件;(4)成型条件;(5)焊接条件。
2.1 原材料的理化性能

高频钢管是采用母材作为焊接材料,因此原材料的理化性能直接决定焊缝的理化性能。
为了研究不同化学成分材料,其母材及焊缝冲击韧性受化学成分变化的影响,采用要种不同化学成分的材料制成钢管后进行夏比冲击试验。为了排除制管过程对试验结果的影响,所有试样均进行正火处理。
2.2 原材料的晶料度和非金属夹杂物

高频钢管在焊接过程中,由于机械加压作用,在焊缝两侧的热影响区会产生由钢板中部向内外表面方向延伸的金属流线,靠近焊缝中心的金属流线的方向基本与熔线平行并与熔合线重合。金属流线是钢板热轧时沿轧制方向延伸的带状组织和夹杂物,金属流线的粗细与原材料的晶粒度大小和非金属夹杂物的多少有关

。原材料的晶粒越大或非金属夹杂物越多,则金属流线越粗越明显。当非金属夹杂物较多且呈不均匀分布时,母材偏析严重。高频焊接时,在挤压辊的挤压力作用大,偏析带内的大量非金属夹杂物会沿着金属流线进入到焊接熔合区,从低倍热酸试样可以明显看到偏析线以一定的角度交汇于熔合线。
在这种情况下,将会严重降低焊缝的冲击韧性,使冲击吸收功大大降低。因此,在原材料钢卷冶炼、轧制阶段应采取措施减少夹杂物,并细化晶粒,在制管过程中也应对金属流线上升角进行合理控制。
2.3 焊缝热处理条件

焊缝及热影响区的金属流线可以通过热处理方法进行消除。为研究在同一条件下焊接,经处理和不经热处理的两种焊缝试样的冲击韧性的差异,分别取两组试样,一组经过热处理,金属流线基本消失,别一组不经热处理,有明显的金属流。

 
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