水下采油樹GMAW焊接接頭硬度

楊智華 ，張 鵬 ，丁全有 ，張 嵐

（1.山東豪邁化工技術有限公司，山東 青島 266000；2．山東豪邁機械制造有限公司，山東 高密261500）

0 前言

我國南海具有豐富的油氣資源，其地質儲量達230～300億噸，其中75%位于深海區域[1-2]。據國際能源數據庫統計，截至2012年，世界海洋深水區共發現油氣田1 178個，其中深水油田682個，氣田496個[3]加快海洋油氣資源的開發，全面提高我國深海油氣開發設備的自主研發能力，已被列入國家戰略。水下采油樹作為深海油氣開發中的關鍵海底完井及生產設備，其國產化也是各個公司攻克的重點[4-5]。豪邁集團在多年的工作積累中，已經基本掌握了采油樹的焊接方法。采油樹的焊接接頭的硬度直接影響其使用壽命及外部件的安裝。本文通過對采油樹常用材料SA-516Gr.70的焊接線能量及熱處理溫度的比較，得出材料的焊接熱處理性能。

1 基本數據

1.1 母材基本性能

采用SA516Gr70鋼板，規格400 mm×300 mm×32 mm，雙面開坡口，其化學成分如表1所示。

表1 SA516 Gr.70鋼化學成分

1.2 焊接工藝參數

采用GMAW焊，ER70S-6焊材，φ1.2mm焊絲。基本工藝參數如表2所示。

表2 焊接工藝參數

分別取試板的基材、熱影響區、焊縫位置測試硬度，硬度取樣點如圖1所示。

圖1 硬度試驗取樣點位置

同時為驗證不同熱處理溫度對焊接接頭硬度的影響，將一塊試板分成4塊，分別進行不同溫度的熱處理，見表3。熱處理后接頭硬度數據見表4。

表3 熱處理工藝參數

2 結果分析

2.1 相同線能量，不同熱處理工藝對焊接接頭硬度影響

相同線能量，不同熱處理工藝對焊接接頭硬度影響如圖2所示。

由表4和圖2可知，在一定范圍內，焊縫區、熱影響區、母材硬度均隨著線能量的增高而降低，并且經過熱處理后，硬度均降低，且隨著熱處理溫度的升高，硬度逐漸降低。在同一線能量下，隨熱處理溫度升高，硬度逐漸降低。熱處理溫度越高，硬度降低值越大。焊接線能量對母材硬度的影響最小。

表4 GMAW焊接接頭硬度數據

2.2 在相同熱處理下，不同線能量對焊接接頭硬度影響

在相同熱處理下，不同線能量對焊接接頭硬度影響如圖3所示。

由圖3可知，在相同熱處理溫度下，線能量增加，焊縫、母材、熱影響區的硬度變化都比較大，并且呈降低趨勢。分析認為，線能量增大，晶粒也會有不同程度地增長。晶粒的粗大直接導致硬度降低。700℃時焊縫硬度降低最大。分析認為，隨著溫度升高，晶粒發生回復再結晶，晶格畸變也會降低。所以在一定溫度范圍內硬度隨著溫度的升高會明顯下降。

3 結論

（1）在相同線能量下，焊縫、母材、熱影響區受晶格畸變減小的影響，隨著熱處理溫度的升高，硬度顯著下降。

（2）在相同熱處理條件下，受晶粒粗化的影響，隨著線能量的增加，焊縫、熱影響區、母材的硬度均下降。

（3）700℃左右焊縫硬度降低最大。因為700℃是鐵素體轉變為奧氏體開始的溫度，所以700℃是一次不完全退火的過程，導致硬度明顯降低。

圖2 在相同線能量下，不同熱處理工藝對熱影響區硬度的影響

圖3 相同熱處理下，不同線能量對母材區硬度