熱絲TIG焊對復合管錯邊焊接錯邊的工藝適應性

韓永凱1 何亞章 劉 劍

(1.天津工業大學天津市現代機電裝備技術重點實驗室 天津 300387)(2.中國石油天然氣集團公司海洋工程重點實驗室 天津 300451)(3.中國石油集團工程技術研究院 天津 300451)

目前，雙金屬復合管在石油、天然氣等領域具有很高的性價比，已被相關行業廣泛的使用，雙金屬復合管采用的機械式耦合[1]，難免會在層間隙中出現夾雜物，管道在對接過程中，難免會出現錯邊現象，給實際工程帶來不必要的損失[2]，因此就管道錯邊性進行分析，錯邊過大出現未焊透的現象，在錯邊范圍內的試件焊接接頭的組織和力學性能是否發生變化是值得解決的問題[3]，因此，需要對焊后的試件進行一些列的力學性能測試，以此來保證焊接接頭具有良好的力學性能。為實際焊接提供依據[4]。

一、試驗材料、焊接工藝參數及測試方法

(一)試驗材料

試驗材料為L360QS-N08825雙金屬復合管，坡口角度為60°，鈍邊為1mm，管道壁厚為13mm，填充焊絲為ENiCrMo-3，焊絲直徑為0.9mm，母材及化學成分如表1-1。

表1 L360QS-N08825復合管及ENiCrMo-3的化學成分

試驗選用的的焊接電源有美國米勒集團公司生產的米勒MAXSTR 350型號的電源，該設備采用振動自動送絲方式，熱量集中，熔透能力較強，易于控制成形，適用于單面焊反面成形焊接方法，焊前將坡口內外壁50mm 范圍內用不銹鋼絲刷、砂輪片清洗干凈，去除污物毛刺等，并用丙酮清洗坡口表面，層間徹底清理熔渣、粉塵。利用對口器將復合管進行對齊，然后通入99.99%的氬氣，營造無氧環境，防止在焊接過中，發生氧化發渣的現象。

表2 熱絲TIG焊接復合管焊接參數范圍

(二)測試方法

用線切割機切割試件，然后經過研磨拋光后用無水乙醇進行腐蝕，使其出現焊縫輪廓，本次復合管焊接接頭硬度試驗按照國標GB/T2654-2008，采用型號為HVS-1000顯微硬度儀對復合管焊接接頭的顯微硬度進行測試。拉伸試驗按照國標GB/2651-2008操作，使用 WDW3100 微機控制電子萬能試驗拉伸機測試接頭的拉伸性能，根 據 GB2653-1989《焊 接 接 頭 彎 曲 及壓扁試驗方法》制取彎曲試樣，使用液壓萬能試驗機對試樣彎曲試驗，彎曲角達到 180°；參照GB/ T2650-2008《焊接接頭沖擊試驗方法》制取沖擊試樣，使用沖擊試驗機測試接頭的沖擊性能[5]。

二、試驗結果與分析

(一)焊縫成形

試驗對不用錯邊量的復合管進行焊接，其中 0-0.6 mm 錯邊量的試板完全熔透，且成型良好，0.8 mm 錯邊量的試板部分熔透，而 1.0mm 錯邊量的試板沒有熔透。試驗結果如圖1所示。

圖1 不同錯邊試驗結果圖

(二)焊接接頭硬度分布

圖中分別為不同錯變量下根焊層、過渡層、填充層、蓋面層的顯微硬度，不同錯邊量下得到的復合管焊接接頭各部分區域所測的顯微硬度值變化趨勢大致相同，顯微硬度在以焊縫中心區域最高，并向熱影響區以及母材方向呈現逐漸減小趨勢，由于在焊接過程中，溫度場分布不均勻，焊縫區域附近會受到熱應脆化的作用，組織中的淬硬珠光體含量增加，使其區域附近的組織硬度提高，但也會影響晶粒的大小以及分布，使顯微硬度值的波動起伏比較大。結果表明，不同錯邊下的顯微硬度沒有明顯變化。

圖2 復合管焊接接頭顯微硬度變化趨勢

(三)焊接接頭常規力學性能

分別對不同錯邊范圍的焊接接頭進行拉伸試驗進行對比，試驗結果見表 3，錯邊為0mm、0.2mm、0.6mm時平均抗拉強度分別為521Mpa、531Mpa、527Mpa，且斷裂位置在母材，但錯邊為0.4mm時平均抗拉強度為508Mpa，斷裂位置處于熔合線處，而復合管基層的標準抗拉強度為480Mpa,試驗結果均高于標準值，由于使用的焊材為ERNiCrMo-3 鎳基焊絲，焊絲中包含大量的 Ni、Cr 等合金元素，一定程度上增加了鐵素體組織，提高了焊縫接頭的抗拉強度。

表3 拉伸試驗結果

選取 0-0.6 mm 錯邊量的熱絲TIG 復合焊接接頭進行彎曲試驗，試驗前應將管道內外兩側焊縫的余高去除至與母材齊平[6]，基層金屬、內襯層金屬與過渡層焊縫均需包括在內，彎曲試驗的彎曲角度為 180°。每種錯邊量的接頭制取試樣各3根。其試驗結果如表4，其變形過渡良好，在焊縫中心達到最大圓弧過渡，未出現開裂現象。

表4 彎曲試驗結果

沖擊試驗是將具有一定形狀及尺寸且帶有缺口V型的試樣，在一定沖擊載荷下將其沖斷，從而測量試樣在發生塑性變形和斷裂整個過程中吸收能量的。0-0.6mm 錯邊量的熱絲TIG復合焊接接頭焊縫的沖擊功如表 5所示。

表5 低溫沖擊試驗結果

三、結論

1.隨著錯邊量的增加，熱絲TIG 復合焊接的熔透能力有所下降。在錯邊量小于0.6 mm 時可以保證接頭的良好成型。

2.在 0-0.6mm 錯邊量的范圍內，接接頭的顯微硬度分布和常規力學性 能沒有隨錯邊量的增加而發生明顯變化，熱絲TIG對復合管錯邊焊接具有良好的工藝適應性。