X80鋼管雙連管埋弧環(huán)焊用燒結(jié)焊劑研制*

0 引言

隨著我國油氣消費量和進口量的快速增長，為了大幅提高天然氣輸量和壓力，X80高鋼級大直徑鋼管越來越多的被投入到了管道建設(shè)中，對于現(xiàn)場管道焊接施工提出了更高的要求。雙連管施工工藝是將兩根鋼管在預(yù)制場內(nèi)先組對焊接，再將雙連管運抵施工現(xiàn)場進行焊接施工，該雙連管施工焊接工藝主要采用埋弧自動焊

。埋弧焊作為一種可有效提高焊接質(zhì)量、減輕焊工勞動強度、提高經(jīng)濟效益的高效焊接工藝，應(yīng)用于雙連管管道預(yù)制現(xiàn)場，可極大的縮短施工工期，成為后續(xù)天然氣管道建設(shè)應(yīng)用的一種趨勢

。為了避免天然氣管道環(huán)焊縫發(fā)生低溫脆性斷裂，管道環(huán)焊縫除對強度有要求外，還要求管道具備優(yōu)異的低溫斷裂韌性。同時，要求管道在低溫服役條件下，有足夠的防脆性開裂能力

。一般的高堿度渣系的燒結(jié)焊劑較易于獲得高韌性焊縫，但高韌性同時兼具優(yōu)異的工藝性能卻具有很大的技術(shù)難度，主要是由于燒結(jié)焊劑在提高堿度的同時需要增加大比例的MgO、CaO、Al

O

等高熔點氧化物，改變了熔渣的熔化區(qū)間和熔點等物理性能，特別是焊接較大厚度的鋼管，由于需要采用多層焊接，焊道相互之間有一定的熱處理的作用，由此大大的增加了焊縫中先共析鐵素體組織出現(xiàn)的機率，易于造成焊縫金屬低溫沖擊吸收能量下降并出現(xiàn)大幅度波動。Ni屬于奧氏體穩(wěn)定化元素，其熔點較高，是一種不易與碳發(fā)生反應(yīng)生成碳化物的合金元素，且在燒結(jié)過程中不氧化，在熔融狀態(tài)下?lián)]發(fā)損失為2%～3%，可以完全固溶于奧氏體，起到固溶強化的作用。朱官朋等

研究表明，增加低合金鋼焊縫中的Ni含量可顯著的提高焊縫熔覆金屬的拉伸性能，焊縫熔覆金屬的低溫韌性提升與Ni的具體成分范圍存在著很大的關(guān)系。

為了比較轉(zhuǎn)移支付在中國教育水平趨同中的作用，下文將采用β絕對收斂、β條件收斂對中國以及東、中、西部地區(qū)間的教育水平進行研究，以揭示西部地區(qū)受教育水平差異及縮小的內(nèi)在原因。中國各省的教育水平和轉(zhuǎn)移支付都存在顯著的空間效應(yīng)，因此本文借助空間經(jīng)濟收斂模型，構(gòu)建教育水平的空間β絕對收斂(式2～式3)和條件收斂的空間面板自相關(guān)模型和空間面板滯后模型(式4～式5)，以考察轉(zhuǎn)移支付條件下教育水平增長與初期發(fā)展水平的關(guān)系。鑒于教育發(fā)展程度除了受國家財政支持力度的影響外，還取決于當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟發(fā)展水平，因此將經(jīng)濟發(fā)展水平也作為必要條件納入β條件收斂模型。

而目前市面上并未有專門針對于油氣鋼管環(huán)焊焊接所用的焊劑材料，因此，亟需進行X80鋼級雙連管埋弧環(huán)焊用燒結(jié)焊劑的開發(fā)與研制。

1 X80鋼級雙連管焊縫技術(shù)要求

燒結(jié)焊劑作為埋弧焊接生產(chǎn)過程中的一種重要的保護材料，配合相應(yīng)的焊絲在焊接過程中對焊縫進行合金成分過渡、冶金處理，并保護焊縫不受外界有害氣體的侵入，最終達到改善焊縫力學(xué)性能、保證焊縫的良好工藝性能等作用。一方面，對于X80高鋼級鋼管的雙連管焊接，為了避免過熱后焊接接頭熱影響區(qū)性能惡化，通常以高速小線能量、多層多道焊接工藝為主，因此，對焊接過程中的層間脫渣性、焊縫內(nèi)在純凈度及高溫熔融金屬流動性都提出了更高的要求；另一方面，為了保障管道服役的安全性，要求環(huán)焊縫具有更高的強度，特別是服役于重大工程的X80鋼級管道環(huán)焊縫常常需要采用高強匹配，并附加了更為苛刻的斷裂韌性控制要求。因此在確定的X80管材及焊絲匹配下，為了保證環(huán)焊縫具備優(yōu)良的內(nèi)在質(zhì)量和性能，對于X80鋼管環(huán)焊燒結(jié)焊劑的選用和組分提出了更高的要求。

由于供水工程具有營利性，要創(chuàng)造條件吸引社會資本參與，研究社會資本投資及回報方式，為農(nóng)村供水工程建設(shè)注入活力。

為了保證雙連管具備優(yōu)異的力學(xué)性能、良好的宏觀形貌及較好的純凈度，根據(jù)雙連管高速小線能量的工藝特征要求，所研制的焊劑配合相應(yīng)的高強韌性焊絲，使焊接過程中Mn、Mo、Ti等有益合金能夠充分過渡到焊縫金屬中去，輔助焊縫能獲得均勻、細小的針狀鐵素體組織，保證焊縫具有優(yōu)良的力學(xué)性能，最終控制雙連管環(huán)焊接頭抗拉強度能達到650 MPa以上，-10℃下環(huán)焊縫沖擊韌性值穩(wěn)定在150 J左右，-10℃環(huán)焊縫CTOD值大于0.254 mm。同時，需要焊劑在進行環(huán)向焊接后具有良好的脫渣性，各層間、道間不出現(xiàn)粘渣、夾渣，且焊接后的渣殼能夠較好的脫落，保證環(huán)焊后不同層道間焊道邊緣規(guī)整，焊縫表面光滑，不得有表面氣孔、麻點、壓痕和裂紋等缺陷，焊接金屬熔液具有良好的鋪展性，保證焊縫金屬和母材過渡平滑，焊道表面無魚脊。另外，應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格限制焊劑中帶入的P、S含量，并保證焊劑在焊接過程中具備良好的脫硫、去磷和溶氫、脫氧能力。

2 X80鋼級鋼管環(huán)焊燒結(jié)焊劑設(shè)計

2.1 渣系選擇

中原人口遷往徽州前，已深受中原文化的影響，他們有根深蒂固的宗法觀念，特別是漢族的官員，他們自己有很強的宗法意識。但在遷徙到徽州后，北方的漢族失去了多年積累的政治地位和經(jīng)濟特權(quán)，再加上躲到徽州避難，所以危機意識很重。因此，為了維護氏族的利益，他們?nèi)匀慌S護宗族結(jié)構(gòu)，形成氏族武裝力量，和中原文化相融合，鞏固封建宗法制度。最后，南遷的人口反客為主，中原文化打敗了原來的山越文化。因此，為了融入中原主流文化，宗族制度必須成為其強有力的工具，宗族組織已成為徽州社會結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)［3］。

2.2 焊劑組分及含量的確定

在原有河南省水利網(wǎng)站的內(nèi)容和功能基礎(chǔ)上，以政府網(wǎng)站“政務(wù)信息公開、在線服務(wù)和公眾參與”三大功能為準(zhǔn)則，建設(shè)一個符合《河南省政府門戶網(wǎng)站內(nèi)容格式規(guī)范》和《河南省政府信息公開條例》的河南省水利系統(tǒng)服務(wù)型網(wǎng)站群：省廳門戶主網(wǎng)站和各級下屬單位子網(wǎng)站相結(jié)合，搭建各級網(wǎng)站協(xié)同工作的網(wǎng)站群平臺，努力達到“一站式”服務(wù)，方便公眾（見圖 1）。

將螢石、電熔鎂砂、大理石、Ni粉、稀土等按一定比例組成的粉料混合均勻，采用鉀鈉比例為1∶1、模數(shù)為2.5的水玻璃作粘結(jié)劑，將粉料粘結(jié)成10～60目的顆粒，在箱式電阻爐中進行750～850℃燒結(jié)，并保溫1～2 h，爐冷至250℃以下取出，焊劑制備完畢。對所研制X80鋼級雙連管埋弧環(huán)焊用燒結(jié)焊劑匹配H08MnNiTiB焊絲，采用X80鋼級Φ1 422 mm×21.4 mm螺旋埋弧焊管，依照CDP-G-OGP-OP-081.01—2019-2《油氣管道工程焊接技術(shù)規(guī)定第1部分》的規(guī)定，進行了內(nèi)外雙面埋弧環(huán)向焊接。其中，外焊采用打底單絲、蓋面填充雙絲的雙層焊，內(nèi)焊采用雙絲埋弧單層焊，道間溫度控制在150℃以下，并對焊縫性能與宏觀形貌、微觀組織進行測試和分析。

MgO屬于一種堿性材料，主要通過電熔鎂砂的形式加入焊劑，其在焊劑中作為良好的造渣劑，并與CaO、TiO等堿性材料對焊劑堿度的調(diào)節(jié)起著至關(guān)重要作用。MgO含量高低對于焊縫形貌有很大影響，當(dāng)MgO含量少時，熔渣氧化性較大，焊縫被氧化為藍色；含量過高時，熔渣的流動性較差，焊縫中間易出現(xiàn)魚脊，惡化脫渣性及焊縫外觀工藝性。

X80管材主要由低C、適當(dāng)?shù)腗o、Nb等元素以及低碳當(dāng)量的成分體系組成，組織由貝氏體鐵素體（BF）和準(zhǔn)多邊鐵素體（QPF）組成，伴隨有細小、均勻分布的滲碳體，使母材具備良好的焊接性

。為了保證雙連管環(huán)焊縫充裕的安全服役性， X80鋼管環(huán)焊縫不僅需要有良好的韌性（尤其是低溫韌性）、抗疲勞性能等，還要求具有細小均勻晶粒尺寸及針狀鐵素體組織形態(tài)，同時所匹配的焊接材料不會惡化環(huán)焊縫的性能，特別是焊劑材料

。針對以上要求，配合相應(yīng)的焊絲材料，本研究開發(fā)的X80鋼級雙連管用焊劑必須具有較好的純凈度及較高的堿度，并同時可適當(dāng)向焊縫中過渡有利于細化晶粒尺寸和改善組織形態(tài)的合金元素。焊劑中的CaF

、MgO、CaO作為堿性氧化物，在焊接過程中，CaF

可以有效吸收焊縫熔池中的H

形成HF，可較好的降低焊縫中H含量；CaO極易與焊縫中的S、P形成化合物，因此對于熔池的鐵液有較好的凈化作用；MgO通過與A1

O

交互作用能夠在熔渣中形成一定數(shù)量的尖晶石（MgO·A1

O

），這種物質(zhì)具有較高的結(jié)晶溫度，通過成分比例調(diào)整可以達到對熔渣熔點及熔化區(qū)間的優(yōu)化

。另外，通過相關(guān)研究可知

，稀土元素的金屬原子半徑比鐵的原子半徑大，可對焊縫晶粒起到較好的細化和純凈化處理作用；Crockett等

研究發(fā)現(xiàn)，焊縫中增加Ni可以抑制先共析鐵素體的形成，然而，在0.02%＜w（Ni）＜0.87%范圍內(nèi)，隨著Ni含量的增加，反而會降低焊縫中的針狀鐵素體含量；蔡養(yǎng)川等

研究還表明，當(dāng)3.0%＜w（Ni）＜4.0%時，隨著Ni含量的增加，熔敷金屬中先共析鐵素體含量逐漸減少，針狀鐵素體含量逐漸增多，且組織晶粒度也逐漸均勻細小；當(dāng)w（Ni）＞4.0%時，隨著Ni含量的增加，熔敷金屬中針狀鐵素體含量逐漸減少，且出現(xiàn)了少量先共析鐵素體。鑒于此，在現(xiàn)有焊絲成分不再調(diào)整的情況下，可考慮在焊劑中添加3.0%～4.0%的Ni合金，配合稀土金屬來最大程度的達到焊縫晶粒細化和組織形態(tài)的調(diào)整，以此來有效的提高焊縫金屬的低溫沖擊韌性和抗斷裂韌性性能。同時，為了保證焊接過程中Ni和稀土元素由焊劑有效地向焊縫金屬過渡合金，并減少焊縫熔池中合金元素在電弧空間的燒損，通過合理調(diào)整SiO

、MgO、CaO及CaF

等氧化物含量比例，確保熔渣堿度達到1.8～2.0，故采用CaF

-MgO-Al

O

-CaO-SiO

氟堿型為主要渣系。

焊劑烘焙采用HF-105箱式電阻爐。焊接試驗采用美國林肯公司DC/AC-1000數(shù)字化自動埋弧焊機。X80鋼級雙連管環(huán)焊縫沖擊試驗采用ZWICK PSW750J型示波沖擊試驗機。拉伸試驗采用深圳市新三思材料檢測有限公司CMT5305型液壓式萬能試驗機。CTOD斷裂韌性試驗采用美國STM動靜疲勞試驗機。環(huán)焊縫宏觀形貌及金相組織采用奧林巴士PMG3金相顯微鏡。

SiO

主要起造渣作用，能降低渣的堿度，并與液態(tài)金屬發(fā)生置換反應(yīng)使焊縫增硅。另外由于其能與熔渣中大部分的堿性氧化物結(jié)合形成復(fù)合物，隨著其含量升高，容易引起熔渣的黏度增大，影響焊縫外觀形貌，所以，對于本次研制的氟堿型渣系X80鋼級雙連管焊接用焊劑應(yīng)該對SiO

進行嚴(yán)格控制。

所得數(shù)據(jù)均以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差表示，采用SPSS 24.0軟件進行統(tǒng)計學(xué)分析，組間比較采用單因素方差分析，兩兩比較采用LSD-t法，P＜0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

ReO是活性氧化物，在焊縫金屬的結(jié)晶過程中易聚集在晶界上可形成吸附膜。這層吸附膜可以起到阻礙晶粒長大，減小二次樹枝晶間距的作用，從而使結(jié)晶核心增多，細化晶粒

。同時，稀土作為一種化學(xué)性質(zhì)較為活潑元素，易與熔渣中的氧結(jié)合生成穩(wěn)定的稀土氧化物，降低熔渣的氧化性，減少了與焊縫結(jié)合較為緊密的尖晶石型化合物的含量，從而提高脫渣效率。

焊縫表面的熔渣在焊后是否容易去除，是評定焊劑質(zhì)量的主要指標(biāo)之一，埋弧焊劑主要是通過焊接后渣殼翹起和焊道表面粘渣情況來評定焊劑的脫渣性，特別是對于多層多道雙連管焊接，脫渣性對于減輕勞動強度和降低人工成本具有特別重要的意義。常規(guī)焊劑在參照雙連管焊接工藝參數(shù)進行平板焊接后，渣殼在焊后一段時間后兩端才自行翹起，且渣殼質(zhì)地較為堅硬，內(nèi)壁毛糙，去除渣殼后焊道兩邊有明顯的粘渣情況，由此可見，在采用雙連管大線能量參數(shù)下，常規(guī)焊劑脫渣性還有待于優(yōu)化。在埋弧焊接過程中，影響脫渣性的主要原因是熔渣中的三價化合物Al

O

、Cr

O

等氧化物與二價氧化物MnO、FeO、CaO等結(jié)合劑形成所謂的尖晶石（MeO·Me

O

），其晶格常數(shù)和FeO極為接近，可互相緊密排列與焊縫結(jié)合起來，從而使熔渣的脫落變得極為困難，因此，熔渣的氧化性越強，形成的FeO愈多，脫渣將越困難

。自行研制的焊劑采用雙連管焊接參數(shù)進行X80平板施焊，將脫渣情況與常規(guī)焊劑進行了對比，具體如圖1所示，所研制焊劑在焊接過程中渣殼即可自行翹起，且渣殼較為疏松，內(nèi)部具有良好的光滑性，色澤呈灰黑色玻璃態(tài)，在焊道表面及邊緣均未發(fā)現(xiàn)有粘渣現(xiàn)象，表明該焊劑具備良好的脫渣性。

不管是上班族，還是學(xué)生黨，文具都必不可少。精美可愛的文具既實用，還能為學(xué)習(xí)和工作增添樂趣，提高使用者的積極性。不過，現(xiàn)在什么都講究“黑科技”，文具界也不甘落后。那么，普通的文具在“黑科技”的加持下，又會玩兒出什么新花樣呢？

通過大量試驗及配方調(diào)整，確定出工藝性能及力學(xué)性能較為優(yōu)良的CaF

-MgO-Al

O

-CaOSiO

氟堿型渣系配方，具體見表1。

堿度計算采用國際焊接學(xué)會推薦的B

公式（式中用物質(zhì)的分子式表示其質(zhì)量分?jǐn)?shù)）

，本次所設(shè)計提出焊劑配方的堿度控制在1.8~2.0，屬高堿度焊劑。

3 試驗材料及方法

3.1 試驗材料

試驗選用H08MnNiTiB焊絲，直徑為4.0 mm，埋弧環(huán)焊所用的鋼管為X80鋼級Φ1 422 mm×21.4 mm螺旋埋弧焊管，鋼管化學(xué)成分及力學(xué)性能見表2及表3。

3.2 試驗設(shè)備

CaO作為堿性渣系的主要成分，以大理石形式加入，其具有直線膨脹系數(shù)小，結(jié)晶相變溫度低等特點，同時在加熱過程中可釋放出大量的CO

氣體，具有造氣作用，由此起到了增加熔渣的表面張力和熔渣與金屬的界面張力作用，并可提高脫渣能力，極大地改善焊縫的工藝性能。

3.3 試驗方法

Al

O

是一種高溫下很穩(wěn)定的氧化物，屬于高熔點物質(zhì)，主要通過鋁礬土的形式加入焊劑，其在焊劑中主要作為造渣劑，在焊接過程中起著調(diào)整熔渣的熔點及黏度的作用。另外，Al

O

在高溫下有利于提高電弧的集中程度，對于保證雙絲焊接過程中后絲電弧的穩(wěn)定性有較好的效果，但由于其在高溫下不易分解，熔點較高，會影響焊道外觀形貌，所以在焊劑中含量不宜過高。

CaF

在自然界中為礦物質(zhì)螢石的主要成分，是低氫型燒結(jié)焊劑中的一種重要組分，在堿性渣里，可以促進CaO熔化，降低熔渣的黏度，并與自由的SiO

及液態(tài)金屬表面的H

O發(fā)生化學(xué)反應(yīng)形成不溶于鋼液的穩(wěn)定氫化物HF，減少氫在金屬中的溶解度。

4 焊接工藝性能

4.1 電弧穩(wěn)定性

一般的，焊劑的穩(wěn)弧性可由電弧引燃難易程度和引燃后電弧的狀態(tài)來評定，電弧的狀態(tài)以弧長變動時電弧是否穩(wěn)定、起弧和引弧的頻次、焊接過程中電弧的偏移情況和電弧吹力的強弱來判斷。研究證明，在電弧中加入堿及堿土金屬的低電離電位低的物質(zhì)，可降低電弧電壓，并使電弧穩(wěn)定

。此次所研制焊劑中所添加的CaO、SiO

、Na

O、K

O及硅錳合金為低電離電位元素的物質(zhì)，可保證焊接過程中電弧保持穩(wěn)定燃燒，并使電弧具有一定的集中度和剛度。通過焊接試驗可知，埋弧焊劑在X80板材試板進行施焊，電弧聲音柔和，且規(guī)范平穩(wěn)，弧光不外露，由此可見，此焊劑具有較好的電弧穩(wěn)定性。

4.2 脫渣性

脫氧劑主要由Si-Fe和Mn-Fe組成，在管線鋼焊接過程中可起脫氧及合金過渡有效地降低熔池中氧含量作用，由此而減少焊接過程中的合金元素的燒損，并達到焊縫的有效凈化，對于獲得高強度高韌性的環(huán)焊接頭是至關(guān)重要的；另外，由于本次研制焊劑原料中不同程度的均含有SiO

酸性物質(zhì)，過多的Si-Fe會增加熔渣中的SiO

酸性物質(zhì)的活度，容易引起焊縫中Si的增加，導(dǎo)致焊縫韌性的下降。因此，考慮同時在焊劑中加入Mn-Fe，以便達到降低SiO

的活度，更好的保護焊縫中的合金元素。

治療方法:1.控制血糖:每個病人根據(jù)病情,選擇口服降血糖藥或胰島素降血糖治療,使血糖控制在:FBG<7mmol/L,PBG<10mmol/L.2.用藥方法:所有病人均給予常規(guī)降血糖、改善微循環(huán)、抗凝、營養(yǎng)神經(jīng)等對癥處理(阿司匹林0.1qd,雙嘧達莫50mgtid腺苷鈷胺1.5mgtid)治療組在對照組常規(guī)西藥治療基礎(chǔ)上予以芪桂通痹湯(黃芪50g、桂枝15g、赤芍50g、丹參50g、白術(shù)50g、川斷30g、枸杞24g、山藥30g、麥冬30g、雞血藤30g、金櫻子24g),水煎bid口服,四周為一療程。

4.3 焊縫成形性能

焊縫的成形性優(yōu)劣主要是以焊道表面光潔度、焊道邊緣平整度及焊道與母材交界處夾角大小來評價。焊縫外在形貌主要由焊劑的熔化狀態(tài)和熔渣凝固溫度范圍、粘度、表面張力等因素決定。為了確保管道有較好的安全性和足夠的承載能力，必須要求環(huán)焊縫具備良好的形貌。此次所研制焊劑主要由MnO、CaO、Al

O

、CaF

、MgO、SiO

與Ni及稀土合金組成，雖然最終焊接后熔渣中含大量的具有較大物質(zhì)鍵能的Al

O

、MgO、FeO離子鍵氧化物，但同時含有的一定比例的CaF

、Na

O及SiO

可作為表面活性劑對熔融態(tài)高溫熔渣表面張力起到很好的調(diào)節(jié)作用，確保焊道具備良好的鋪展性。另外，此次設(shè)計焊劑堿度較高，所含復(fù)雜陰離子結(jié)構(gòu)的SiO

組分比例較低，使熔渣具有較低的粘度。從焊絲及焊劑中過渡的Ni對于液態(tài)金屬的粘度有一定的影響，本焊劑中加入的螢石會對熔渣的熔點降低起到較好的作用，使得熔渣的流動性得到一定程度的改善，確保焊道具有良好的鋪展性。研制焊劑在平板上進行焊接后焊道形貌對比如圖2所示。由圖2可見，采用所研發(fā)的焊劑焊接后得到的埋弧焊道相比于常規(guī)焊劑邊緣較為規(guī)則、扁平，焊道具有更加優(yōu)異的金屬光澤度及明顯的魚鱗紋，且焊道與母材過渡平滑，表面光滑，焊道表面未發(fā)現(xiàn)壓痕、氣孔、咬邊等缺陷。

本研究中的所有患者均按照常規(guī)方法進行骨髓穿刺，抽取2 mL骨髓液放在肝素抗凝管中進行流式細胞學(xué)檢測，并且抽取0.2 mL骨髓液涂片進行免疫組化檢測以及形態(tài)學(xué)檢查。形態(tài)學(xué)檢查的方法如下：選擇涂片情況良好(染色清晰、制作良好、可以充分鑒定細胞質(zhì)以及細胞核的形態(tài)特征)的骨髓涂片進行瑞氏-吉姆薩染色，采用顯微鏡分類計數(shù)200個有核細胞，多發(fā)性骨髓瘤的判斷標(biāo)準(zhǔn)[4]為漿細胞≥20%且出現(xiàn)形態(tài)異常。

5 X80鋼級雙連管環(huán)焊縫性能及組織

依照CDP-G-OGP-OP-081.01—2019-2《油氣管道工程焊接技術(shù)規(guī)定 第1部分 線路焊接》標(biāo)準(zhǔn)要求，對于環(huán)焊焊縫進行力學(xué)性能及CTOD性能檢測，其中CTOD試驗及檢測按照API1104《鋼質(zhì)管道焊接及驗收》標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，0點鐘位置以焊接起弧為準(zhǔn)，依次按照順時鐘方向?qū)Νh(huán)焊不同的位置進行了檢測，具體檢測項目及取樣位置如圖3所示。

5.1 拉伸強度及刻槽錘斷、彎曲試驗

按照CDP-G-OGP-OP-081.01—2019-2標(biāo)準(zhǔn)要求，分別對焊接后的X80鋼級雙連管環(huán)焊縫2點鐘、5點鐘、8點鐘及10點鐘位置進行了拉伸試驗、刻槽錘斷及彎曲試驗檢測。試驗結(jié)果表明，焊縫抗拉強度為670～714 MPa，斷口位置主要集中在母材位置，環(huán)焊縫經(jīng)刻槽錘斷與側(cè)向及背向彎曲試驗后，焊縫表面均未發(fā)現(xiàn)有肉眼可見缺陷，結(jié)果均能夠滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，由此可見，采用所開發(fā)的焊劑進行環(huán)焊后，完全可確保環(huán)焊縫具備良好的強度及內(nèi)在質(zhì)量。

5.2 沖擊韌性試驗

按照CDP-G-OGP-OP-081.01—2019-2標(biāo)準(zhǔn)要求，采用GB／T 229—2007《金屬材料 夏比擺錘沖擊試驗方法》，將環(huán)焊縫沖擊試樣加工成10 mm×10 mm×55 mm規(guī)格，缺口形式采用V形，試驗冷卻介質(zhì)采用液氮與工業(yè)酒精，試驗溫度為-10℃，保溫時間為5 min，采用研制焊劑的埋弧環(huán)焊處內(nèi)外焊縫沖擊韌性值見表4，與常規(guī)焊劑埋弧環(huán)焊內(nèi)外焊縫沖擊韌性值對比情況如圖4所示。通過圖4可以看出，在-10℃溫度下，采用研制的專用焊劑埋弧環(huán)焊處內(nèi)外焊縫沖擊韌性值得到了極大提升，其沖擊韌性值遠遠高于采用常規(guī)焊劑焊縫的沖擊韌性值，均達到了150 J以上，且沖擊韌性值較為穩(wěn)定，能夠滿足預(yù)期設(shè)定目標(biāo)，符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

5.3 CTOD試驗

按照CDP-G-OGP-OP-081.01—2019-2標(biāo)準(zhǔn)要求，沿焊縫金屬橫向方向，采用GB/T 21143—2007《金屬材料 準(zhǔn)靜態(tài)斷裂韌度的統(tǒng)一試驗方法》，為保證測試結(jié)果更加真實地反映試驗材料的斷裂韌性，加工試件板厚盡可能接近原始鋼板厚度，從環(huán)焊縫0點鐘、3點鐘及6點鐘位置依次各制取2個360 mm×36 mm×18 mm的CTOD試樣，試驗冷卻介質(zhì)為液氮，試驗溫度為-10℃，保溫時間為5 min，采用研制焊劑的環(huán)焊縫不同位置處CTOD值（δ

）見表5。與采用常規(guī)焊劑的環(huán)焊縫CTOD值對比情況如圖5所示。

由圖5可知，采用所研發(fā)的焊劑經(jīng)埋弧環(huán)焊可很好的解決環(huán)焊縫處CTOD值不良的問題，且性能穩(wěn)定，均能夠達到預(yù)期設(shè)定的0.254 mm指標(biāo)要求，由此說明所研發(fā)焊劑可確保焊縫具備良好的韌性。

5.4 焊縫微觀組織

在埋弧環(huán)焊縫中部截取焊縫試樣，并以焊縫為中心加工成尺寸為25 mm×32 mm金相試樣，經(jīng)砂紙打磨、拋光后，使用20%的硝酸酒精腐蝕，對焊縫宏觀形貌及金相組織進行了觀察。如圖6所示，由圖6（a）和圖6（b）可知，環(huán)焊縫內(nèi)外焊區(qū)域主要以鐵素體、粒狀貝氏體組織為主。其中的針狀鐵素體(AF)較為細小， “籃筐編結(jié)”狀態(tài)的存在，粒狀貝氏體彌散較均勻，且外焊與內(nèi)焊焊縫顯微組織相差不大。利用IPP5.0測量所得焊縫區(qū)針狀鐵素體含量的平均值為70.5%，粒狀貝氏體含量平均值為28.6%。研究表明：焊縫組織中有較多含量的針狀鐵素體和細小的等軸鐵素體時，針狀鐵素體方向各異，彼此交叉分布，等軸鐵素體晶粒細小，能有效地防止裂紋擴展，從而達到焊縫金屬的斷裂韌性的改善

。由圖6（c）可見，采用所研發(fā)的焊劑焊接所得焊道形貌，內(nèi)外焊道均具備了較好鋪展性，且焊道的截面熔合線過渡圓滑，基本已經(jīng)類似拋物線狀。由此可見，所研發(fā)焊劑完全可以保證環(huán)焊接頭具備良好的形貌。

6 結(jié)論

（1）針對X80鋼級雙連管埋弧焊環(huán)焊的特點，研發(fā)的CaF

-MgO-Al

O

-CaO-SiO

氟堿型渣系焊劑具備較好的焊接工藝性能，施焊過程電弧穩(wěn)定，焊劑脫渣性能良好，焊縫成形美觀。

（2）研發(fā)焊劑冶金性能良好，與H08Mn-NiTiB焊絲配合所得雙連管環(huán)焊縫的組織具有良好的強韌性，通過焊劑過渡Ni及稀土元素，可使環(huán)焊縫具備大比例的抗斷裂能力組織形態(tài)，使焊縫具有良好的抗斷裂韌性。

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