X65管線鋼水下等靜壓摩擦錐塞焊工藝及組織性能研究.pdf

1、等靜壓摩擦錐塞焊(Friction Taper-Plug Welding,FTPW）是英國焊接研究所基于傳統(tǒng)旋轉(zhuǎn)摩擦焊開發(fā)的一種新型固相連接技術(shù)，在海洋平臺和海底管道等水下鋼結(jié)構(gòu)物修復(fù)方面具有獨(dú)特優(yōu)勢和應(yīng)用前景。目前關(guān)于水下 FTPW焊接工藝研究較少，對于接頭成形機(jī)制、流動性以及不同填充塞棒焊接性方面更是少有報(bào)道。
　　本文針對X65管線鋼母材，采用了四種塞棒材料進(jìn)行水下FTPW焊接工藝試驗(yàn)，對水下接頭成形過程和連接機(jī)制、焊接過程

2、中材料流動行為以及不同塞棒材料和工藝參數(shù)下接頭缺陷形成、組織演變及性能進(jìn)行研究。
　　在文中試驗(yàn)條件和工藝參數(shù)下，主要結(jié)論如下：
　　使用X65和Q345C塞棒可以在轉(zhuǎn)速7000rpm、塞棒消耗量14mm、焊接壓力分別為30～50kN和20～40kN范圍內(nèi)獲得無缺陷接頭。Q235C塞棒由于摩擦產(chǎn)熱不充分導(dǎo)致所有接頭根部存在未焊合缺陷。所有316L塞棒接頭結(jié)合界面處由于殘余拉應(yīng)力作用而出現(xiàn)斷續(xù)開裂。焊縫中心在焊后出現(xiàn)沿奧氏體晶

3、界呈網(wǎng)狀分布的δ鐵素體，微裂紋容易在相界面處萌生并可能沿著相界面擴(kuò)展進(jìn)而形成焊縫宏觀裂紋。
　　X65塞棒焊接時，塞孔底部和側(cè)壁的冶金連接容易實(shí)現(xiàn)，但底部圓角過渡區(qū)易于出現(xiàn)未焊合缺陷。增加塞棒消耗量可以延長焊接時間、增加能量輸入、減慢塞孔底部熱塑性材料的冷卻速度，這有利于實(shí)現(xiàn)塞棒和母材間的擴(kuò)散冶金連接。
　　X65塞棒低壓力焊接時，熱主導(dǎo)階段（Heating dominated phase,HDP）和熱-剪切過渡階段(Hea

4、t-shear transition phase,HSTP)能量輸入不充分，材料流動性差是圓角過渡區(qū)出現(xiàn)不完全填充缺陷的原因。隨著焊接壓力增加，HDP和HSTP階段能量輸入增加、摩擦熱源在焊接過程中更集中于塞孔底部，材料流動性得到改善，有助于避免不完全填充缺陷的產(chǎn)生，并優(yōu)化了圓角過渡區(qū)結(jié)合質(zhì)量。
　　X65塞棒接頭主要發(fā)生上貝氏體組織轉(zhuǎn)變，接頭硬度普遍在300HV10以下。Q345C塞棒接頭熱影響區(qū)主要形成上貝氏體組織，硬度值在3

5、00HV10以下，但焊縫區(qū)產(chǎn)生了下貝氏體和馬氏體淬硬組織，硬度普遍在300～400HV10。Q235C塞棒接頭熱影響區(qū)同樣發(fā)生上貝氏體轉(zhuǎn)變，最高硬度230HV10，焊縫區(qū)產(chǎn)生粗大的魏氏組織，最高硬度達(dá)240HV10。316L塞棒接頭焊縫區(qū)在焊后仍然以奧氏體為主，硬度值維持在160HV10且受焊接壓力影響較小。
　　X65和Q345C塞棒接頭拉伸試驗(yàn)時幾乎全部斷裂于遠(yuǎn)離焊縫和熱影響區(qū)的母材，焊縫中心0℃夏比沖擊吸收功高于AWS D3