過(guò)渡層堆焊對(duì)高碳當(dāng)量服役管道的影響

Morgan Dull，Kal Forest

降低產(chǎn)品固有服役焊接硬化作用的方法有很多，其中過(guò)渡層堆焊就是其中的一種。根據(jù)工業(yè)經(jīng)驗(yàn)，就是焊接前在工件表面堆焊一層與母材相匹配的低氫焊縫，如圖1所示。

該焊層是通過(guò)使用半重疊焊縫達(dá)到自回火的目的。期望得到的結(jié)果是顯著降低焊件和支管焊接時(shí)產(chǎn)生較大厚度幅度管壁的硬度。

在某些應(yīng)用中，增加的壁厚能夠極大地降低在根部焊道時(shí)熔穿的可能性。本研究中，研究了在保持碳當(dāng)量和冷卻速率時(shí)，過(guò)渡層堆焊對(duì)于焊件硬度的影響。

1. 試驗(yàn)方法

在焊接兩件試件時(shí)，盡量保證焊接參數(shù)一致，試驗(yàn)時(shí)，采用相同的管代表使用狀態(tài)的管或管頭，同樣支管也選用相同的管材。對(duì)兩組試樣選用同樣的焊接位置，并且冷卻速度偏差保持在5%以?xún)?nèi)。

實(shí)時(shí)檢測(cè)焊接參數(shù)以確保一致性，結(jié)果表明，最大電流偏差為6%或者5A，最大電壓偏差為9%或2V，最大焊接速度偏差為30%或95mm/mi n，最大熱輸入偏差為2% 或30J/cm2。

取至各組試樣的宏觀金相如圖2所示，首先對(duì)試樣進(jìn)行缺陷及分區(qū)檢測(cè)，然后金相硬度測(cè)試。分區(qū)測(cè)試包括在使用狀態(tài)的管子和支管側(cè)的焊根和蓋面焊道的焊腳，以及靠近使用狀態(tài)管子側(cè)的靠近焊縫中心的區(qū)域。每個(gè)試樣測(cè)試的區(qū)域包含粗晶粒和細(xì)晶粒的焊接熱影響區(qū)，以及焊縫金屬和母材區(qū)。

2. 試驗(yàn)結(jié)果

在進(jìn)行過(guò)渡層堆焊的試件中測(cè)得的最大硬度是315 HV1（298HBW），而在無(wú)過(guò)渡層堆焊的試樣中測(cè)得的最大硬度為395HV1（374HBW）。更詳盡的試樣硬度對(duì)比（包括最大硬度值）如圖3所示。

圖1 標(biāo)準(zhǔn)的過(guò)渡層堆焊工藝示意

圖2 沒(méi)有進(jìn)行過(guò)渡層堆焊的接頭截面

圖3 硬度分布比較

值得注意的是無(wú)過(guò)渡層堆焊的試樣中，一些區(qū)域的硬度值最低可到40HV1。這些區(qū)域是典型的存在于具有粗晶和細(xì)晶的熱影響區(qū)，而在具有過(guò)渡層堆焊的試樣中這些區(qū)域通常硬度值為260~280HV1。

過(guò)渡層堆焊具有積極影響的最明顯區(qū)域是焊接熱影響區(qū)的粗晶區(qū)，這一區(qū)域靠近使用狀態(tài)管子側(cè)焊腳處。在這一區(qū)域，硬度的最大下降顯示值為156HV1，正好位于蓋面焊下方。在服役管道上實(shí)施過(guò)渡層堆焊工藝，確保了焊接熱影響區(qū)的適當(dāng)回火，顯著地降低了這些區(qū)域的硬度。

3. 結(jié)語(yǔ)

在不適用過(guò)渡層堆焊工藝時(shí)某些區(qū)域的硬度能夠適當(dāng)降低。但是在使用過(guò)渡層堆焊工藝時(shí)，在服役管道側(cè)的焊腳區(qū)域的硬度值的明顯下降更加顯著。

在這個(gè)特殊環(huán)境下（非酸性環(huán)境下），當(dāng)過(guò)渡層堆焊使用時(shí)，兩種工藝導(dǎo)致的硬度值差異是可接受的；當(dāng)不使用過(guò)渡層堆焊時(shí)，硬度值差別是不可接受的?？山邮艿挠捕戎祷贑SA Z662—2011，非酸環(huán)境下油氣管線系統(tǒng)。