行業(yè)動態(tài)
聯(lián)系方式
聯(lián)系人: 劉經(jīng)理
手 機 :136 7673 1206
電 話 : 0577-28909778
E-mail : myzhide@126.com
大口徑厚壁管
您的位置:網(wǎng)站首頁 > 新聞動態(tài) > 大口徑厚壁管 > 正文40CrMnMo厚壁管的窄間隙脈沖MAG焊接
結(jié)合石油鉆鋌小直徑厚壁管結(jié)構和40CrMnMo材質(zhì)的特性,優(yōu)選了窄間隙脈沖熔化極氣體保護焊方法,針對窄間隙焊存在氣體保護差與側(cè)壁熔合缺陷的難點,進行了大量的焊接工藝試驗,探討了窄坡口中電弧的氣體保護、電弧形態(tài)、電弧穩(wěn)定性、焊縫成形質(zhì)量,優(yōu)化了窄間隙連續(xù)多層焊接工藝參數(shù).設計了專用窄間隙焊機,其結(jié)構簡單緊湊可達性好、氣體保護效果好,具有易引弧、電弧燃燒穩(wěn)定、避免側(cè)壁打弧的特性.通過對接頭的力學性能試驗及金相組織分析結(jié)果表明,焊接接頭的力學性能完全滿足石油鉆鋌使用的要求.
石油鉆采鋼管—鉆鋌需用量大,價格昂貴,在使用過程中管體端部螺紋極易磨損,報廢量大,若能修復,可大大降低油田的鉆采成本.鉆鋌的焊接修復是把鉆鋌端頭的連接螺紋部分切去,焊上一段接頭,在接頭上再車螺紋.鉆鋌管體與接頭的焊接屬于小直徑厚壁管對接環(huán)縫焊.為此研究開發(fā)了鉆鋌窄間隙脈沖熔化極氣體保護自動焊技術,研制了專用焊接設備及焊機;設計了焊接工藝和焊接坡口;優(yōu)化了焊接工藝參數(shù),并對鉆鋌焊接接頭的力學性能進行了深入的分析.該厚壁自動焊接技術成果在石油、地質(zhì)行業(yè)的應用十分看好,是實行修舊利廢、節(jié)約資金的良好舉措,在航空、電力、制造等行業(yè)也有廣泛的應用前景[1].1試驗方法1.1試驗材料試驗用鉆鋌管體材料為進口中碳調(diào)質(zhì)高強鋼4145H(相當于國產(chǎn)40CrMnMo),進口國別不同,材質(zhì)有所差異;所焊工具接頭材料為國產(chǎn)4145H,母材化學成分如表1所示.被焊鉆鋌及接頭為內(nèi)徑80mm,壁厚54mm的厚壁管,其中管體長約8m,工具接頭長0.6m,總長9m左右.
從母材的化學成分可知,該材料的碳當量大,具有較強的淬硬傾向,焊接性很差.1.2焊接工藝方法的優(yōu)化石油鉆鋌的結(jié)構特點是直徑小、管壁厚,目前在厚板焊接中窄間隙焊是高效的方法之一.窄間隙焊是一種以很高的熔敷率在窄小的間隙內(nèi)完成多層焊縫的焊接,由于窄間隙焊接坡口截面積小所需填充金屬少,因此具有成本低生產(chǎn)率高的優(yōu)點.此外窄間隙焊的焊接熱輸入低,熱影響區(qū)窄,加之多層焊的回火作用,使焊接接頭的質(zhì)量提高,尤其是沖擊韌性高.目前窄間隙焊所采用的工藝方法有埋弧焊、鎢極氬弧焊以及熔化極氬弧焊.由于鉆鋌的直徑小,采用埋弧焊時焊劑和鐵水容易流失而不適用;采用鎢極氬弧焊時焊接生產(chǎn)效率又太低;而熔化極氬弧焊的生產(chǎn)效率高,但焊接電弧控制有一定的難度,對此采用脈沖電流控制電弧和熔滴過渡,可有效提高電弧的穩(wěn)定性和降低焊接熱輸入,同時有利于改善焊接接頭的力學性能[2].
1.3專用窄間隙焊機優(yōu)化設計
經(jīng)過多次修改結(jié)構形式和試驗,研制出了一把結(jié)構簡單緊湊、使用性好且可伸入窄間隙坡口中的焊機.其噴嘴為橢圓形,在噴嘴長軸方向有兩個導流片,在噴嘴外附加一橢圓形水冷保護外套,橢圓形噴嘴和橢圓形水冷保護外套之間有滑動作用.在坡口中焊接時,水冷卻的導電桿和導流片伸入坡口中,保護氣體由噴嘴流出,靠導流片和坡口側(cè)壁引入焊接區(qū)進行保護,隨著焊道的增加,焊機提升帶動噴嘴導流片和導電桿一起上升,而橢圓形水冷保護外套則沿橢圓噴嘴下滑一直貼著焊件,當接近焊件外表面焊道焊接時,主要靠水冷保護外套取得保護效果.該焊機保護效果良好,無論是底層還是表層焊道的焊接均能有效地保護焊接區(qū)域而無氣孔產(chǎn)生,焊絲外伸出長度可調(diào),使引弧容易,焊接工藝穩(wěn)定,更重要的是采用這種焊機提高了窄間隙焊中電弧的穩(wěn)定性,避免了側(cè)壁打弧現(xiàn)象的發(fā)生.
1.4鉆鋌焊接工藝及焊接工藝參數(shù)的優(yōu)化
1.4.1焊接工藝
(1)焊絲選用H10Mn2SiMoVE高強度焊絲,直徑為1.6mm.
(2)圖1為鉆鋌焊接示意圖.將鉆鋌和接頭待焊端加工成U形坡口,鈍邊留2.5mm,根據(jù)鉆鋌水眼尺寸選配好耐火土襯墊,在焊接機床上裝夾并找正待焊鉆鋌和接頭,調(diào)整焊絲伸出長度在1214mm范圍內(nèi),焊絲伸出長度過長易產(chǎn)生焊接缺陷,易燒導電嘴,引起爆斷.
(3)用工頻加熱器對焊接坡口預熱,預熱時間為710min,溫度達300350℃.
(4)焊接前調(diào)整焊機下落,使焊絲指向所焊底層位置,焊機水冷保護外罩的下沿與焊件外圓相接觸,要求鉆鋌旋轉(zhuǎn)時,氣體保護外罩能沿管體外圓面作平滑均勻運動.焊接時氬氣和CO2氣體從橢圓噴嘴保護罩流出,鉆鋌旋轉(zhuǎn),焊絲勻速送出,焊絲端部與焊接坡口的底層之間引燃電弧后將持續(xù)燃燒進行多層焊接,每焊完一層,焊機自動提升3mm,以保證電弧長度不變,直至焊接到表層停止.整個焊接程序自動完成.1.4.2焊接工藝參數(shù)確定焊接工藝參數(shù)主要是基于降低焊接熱輸入,提高電弧穩(wěn)定性,改善接頭的力學性能和保持焊縫合理成形,焊接工藝參數(shù)見表2,保護氣體優(yōu)選了Ar+5%CO2的混合氣體,氬氣流量為1500L/h,CO2流量為100L/h,其中加入少量的CO2氣體能夠增大熔池中鐵水的張力,使焊接過程中焊縫始終保持合理的成形,從而減少焊接缺陷[2].
2鉆鋌窄間隙焊工藝分析與討論
2.1窄間隙焊中電弧失穩(wěn)現(xiàn)象及控制
窄間隙焊接時,電弧在坡口底部燃燒穩(wěn)定很重要,但若電弧控制不良,則電弧的陰極斑點可能沿坡口的固體側(cè)壁上移,即在焊絲和側(cè)壁之間形成電弧,這時導電嘴受電弧高溫熔化,粘絲使電弧熄滅,焊接過程破壞,出現(xiàn)側(cè)壁打弧現(xiàn)象.控制側(cè)壁打弧的方法,除了坡口寬度不能過窄和焊絲在坡口中要嚴格對中之外,經(jīng)過試驗,采用氣流控制方法最為有效,即從焊機結(jié)構上解決,焊機結(jié)構中在噴嘴長軸方向有兩個導流片可引流氣體在坡口的側(cè)壁流動,使側(cè)壁表面上形成近壁層流層,這層近壁層流層對零件側(cè)壁起到良好的隔熱、絕緣作用,限制了電弧陰極斑點沿零件側(cè)壁上移,使陰極斑點穩(wěn)定.試驗表明,在一定的坡口尺寸范圍內(nèi),即使弧長很長,也沒有發(fā)生側(cè)壁打弧現(xiàn)象.
2.2根部焊道焊透與成形控制
在多層焊情況下,底層焊道是最關鍵的焊道.它對整個焊縫后續(xù)焊道的良好成形起決定性作用.因此控制根部焊道的焊透及良好成形是控制焊縫質(zhì)量的最重要環(huán)節(jié).由于鉆鋌鋼管的管體長,直徑小,焊縫背面無法加工,因而要求根部焊道單面焊雙面成形,這對熔化極自動焊來說是很困難的,若采用懸空焊,很難同時兼顧打底焊透而不焊漏,試驗中分別選銅、耐火磚和陶瓷作為襯墊,比較而言耐火磚襯墊使用方便,簡單低廉.使用后可打碎取出.另外墊塊在管體與接頭裝配時還起定位作用.采取以上措施后,根部焊道絕大部分長度可以焊透,但有時起弧處仍有10mm左右長度不易焊透.原因是起弧時由于零件溫度低,焊絲熔化滴落下來時,鈍邊尚未熔化形成熔池,此處便產(chǎn)生焊不透而且堆高.為此在起弧處加工了1~2mm寬15mm左右長的間隙,起弧焊透問題基本解決.焊接過程中,一般采用固定焊接電流,而各層旋轉(zhuǎn)頻率由焊工觀察電弧掌握,以焊縫兩側(cè)保持良好熔化不出現(xiàn)咬邊并且焊道表面形狀凹月形為適宜.底層焊縫焊接時,由于焊接頻率慢、坡口窄,熔化的鐵水聚積于電弧下方,影響了電弧對底層固態(tài)金屬的直接加熱,易造成焊道層間未熔合.為此把焊絲沿焊件中心高點向后移動5mm,使鐵水在重力及電弧力的作用下流至熔池尾部,以利于電弧直接加熱固態(tài)金屬.
2.3焊縫成形的電弧工藝參數(shù)
控制窄間隙焊接焊縫成形的主要問題是側(cè)壁熔合問題.窄間隙焊中可以利用于側(cè)壁熔合的熱量有電弧直接加熱,熔池金屬的熱傳導與對流.窄間隙焊時一般電弧直徑小于坡口尺寸,即電弧不能直接加熱側(cè)壁,為使電弧能夠直接加熱側(cè)壁,故對焊縫成形采用電弧工藝參數(shù)進行控制.首先,采用脈沖焊接電流控制,在脈沖周期由于有脈沖電流的作用,電弧截面積擴展,弧根加熱面積擴大,又利于側(cè)壁加熱;其次,當工藝參數(shù)與坡口尺寸合理匹配時,熔池金屬的熱傳導與對流,電弧的熱輻射,可使側(cè)壁良好熔合,獲得優(yōu)質(zhì)的焊縫成形.工藝參數(shù)控制方法是底層焊接時零件溫度低,特別是兩側(cè)壁溫度低,焊道表面成形往往是平的或凸的,易造成第1,第2層間側(cè)壁未焊透.為了控制根部焊道的表面形狀,采用略小的電流和較慢的焊接頻率,以延長對兩側(cè)壁的加熱時間,提高側(cè)壁溫度,使熔化金屬與側(cè)壁的濕潤性提高,使根部焊道表面形狀為凹月形,避免了第1,2層間的側(cè)壁未焊透,明顯改善了焊縫成形.兩層以上各焊道為保證側(cè)壁可靠的熔合,采用大電流、快焊速;當焊至表面層時,為避免多層焊熱量的積累使零件溫度過熱導致焊縫表面出現(xiàn)流淌、咬邊、氣孔等缺陷,需要降低焊接熱輸入,采用小電流、快焊速.焊接中采用焊接電流相對穩(wěn)定不變,而各層焊接頻率由焊工觀察電弧調(diào)節(jié),以焊縫兩側(cè)保持良好熔化,熔池表面形狀為凹月形為適宜.
3鉆鋌焊接接頭的力學性能
3.1力學性能
試驗鉆鋌焊接接頭焊后即用石棉被包裹焊區(qū),保溫4h以上;焊接10h后完全冷卻下來,經(jīng)超聲探傷檢查焊縫合格,用工頻加熱器進行550600℃回火處理.按國家標準GB/T228—2002《焊縫及熔敷金屬拉伸試驗方法》及國家標準GB/T229—2002《焊接接頭沖擊試驗方法》的規(guī)定,對鉆鋌焊接接頭加工性能試件,經(jīng)在UH-F500KNI型試驗機上做拉伸試驗獲得的性能數(shù)據(jù)見表3.經(jīng)在JBZ-300型試驗機上做沖擊試驗獲得的性能數(shù)據(jù)見表4.試驗是在室溫下進行的.
3.2力學性能
試驗結(jié)果分析沖擊值出現(xiàn)較大分散的原因主要有以下兩點.(1)沖擊值對試件缺口的粗糙度及尺寸精度比較敏感而出現(xiàn)數(shù)據(jù)分散現(xiàn)象.(2)焊縫及熱影響區(qū)是在非平衡狀態(tài)下形成的連續(xù)變化的非均勻組織,因此同批試樣、缺口試樣誤差均可導致沖擊值的較大變化.例如,焊縫中心的合金元素偏析區(qū),其沖擊值要明顯低于焊縫其它區(qū)域.
4結(jié)論
(1)針對鉆鋌的材質(zhì)和結(jié)構特性,優(yōu)選窄間隙脈沖熔化極氣體保護焊方案是合理的;研制的專用窄間隙焊體機結(jié)構簡單可達性好,伸入到窄間隙坡口,具有氣體保護效果好、易引弧、電弧燃燒穩(wěn)定、避免側(cè)壁打弧的特性.(2)對小直徑厚壁管焊接時,合理的優(yōu)化坡口尺寸及控制各層焊接工藝,可以獲得滿意的焊縫成形和良好的焊接質(zhì)量.(3)修復焊后的石油鉆鋌焊接接頭具有較好的綜合力學性能,能夠滿足井下作業(yè)的要求.
文章作者:不銹鋼管|304不銹鋼無縫管|316L不銹鋼厚壁管|不銹鋼小管|大口徑不銹鋼管|小口徑厚壁鋼管-浙江至德鋼業(yè)有限公司
文章地址:http://hzsnkyy.cn/Info/View.Asp?Id=867
版權所有 © 轉(zhuǎn)載時必須以鏈接形式注明作者和原始出處
我們需要您的支持與分享
相關新聞
- 沒有資料