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《西南石油大学》 2016年
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L380QS/N08825复合管焊接工艺及其接头断裂性能研究

雷菠菠  
【摘要】:复合管综合了基层碳钢的力学性能和复层耐蚀合金的耐腐蚀性能,在输送高含H2S、CO2等酸性介质油气中得到广泛应用。输油气用复合管道的连接主要是通过焊接完成的,复合管的焊接性能对输油管线的安全性具有决定性作用。鉴于复合管焊接时基层和复层金属线膨胀系数、热导率等各项参数的差异,焊接接头处极易产生裂纹、化学成分不均匀性等缺陷,会降低管道的使用寿命,加大输油气的危险性。因此,针对土库曼斯坦300亿项目采集输系统用L360QS/N08825复合管,分别进行了手工TIG焊和全自动TIG焊试验,表征了两种焊接接头的力学性能与组织结构,测定了较优工艺所得焊接接头焊缝和HAZ的CTOD断裂韧性,利用断口特征、近断区组织结构和夹杂物等解释了焊缝和HAZ韧性差异,利用显微组织、夹杂物和裂纹区晶体结构分析了焊接接头焊接裂纹的起裂原因。主要研究结论如下:手工TIG焊和全自动TIG焊均可获得具有良好力学性能的焊接接头。手工TIG焊接头平均抗拉强度为578.6MPa,断面收缩率为41%;全自动TIG焊接头平均抗拉强度为621.7MPa,断面收缩率为44.5%。低温冲击试验结果显示,两种工艺接头均具有良好的冲击韧性,其断口特征为韧性断裂和韧脆混合型断裂。接头两相区间形成存在大量细小晶粒的过渡区导致两相区界面处存在明显的硬度突变。复合管经过焊接后,焊接接头各区域组织构成、形态差异较大。利用OM、TEM和SEM(EDS)对接头各区域的微观结构和界面成分扩散进行了研究,结果发现:焊缝是柱状奥氏体晶组织,两相区及三相区组织结构复杂,组织形态各异,焊缝-基层和焊缝-复层界面发生了材料的相互嵌入,出现了未混合区;此外,焊缝区分布有高密度的位错,并发现基体上有椭球状的NbC和TiC析出,NbC和TiC通过析出强化方式提高焊缝的强度;两相区界面两侧元素存在着扩散现象,界面处各主要元素浓度分布呈现一个陡峭的浓度梯度。手工TIG焊和全自动TIG焊均可获得具有较好组织、力学性能的接头。相比于手工TIG焊,全自动TIG焊接头各区域组织较小且均匀,采用全自动TIG焊可获得较高强度、较好弯曲性能和较好冲击韧性的接头。全自动TIG焊复合管焊接接头HAZ和焊缝区域呈现出较高的CTOD特征值,其中,焊缝CTOD平均值为1.3232mm,最小值为1.2022mm,最大值为1.4935mm;热影响区CTOD平均值为1.5119mm,最小值为0.9787mm,最大值为2.4457mm,HAZ区CTOD试样P-V曲线的Pop-in效应导致其δm值离散性较大;CTOD断口多呈现韧性断裂特征,含Pop-in效应的试样起裂区和止裂区具有显著的准解理断裂形貌;HAZ和焊缝断口近断区组织内存在着高密度位错和大量夹杂物,夹杂物是CTOD试样在弯曲力作用下产生断裂的内在因素,在应力作用下,夹杂物阻碍位错滑移所造成的应力集中是试样形成微裂纹的主要原因。焊缝区域大尺寸晶粒和大比例小角度晶界的存在是疲劳裂纹朝着焊缝方向扩展的主要原因。利用OM、SEM(EDS)和EBSD研究了三相区焊接裂纹的起裂原因,结果表明:复层奥氏体晶界上分布的TiN颗粒是裂纹萌生的主要原因,焊缝区域大量的小角度晶界和较大的局部原始应力促进了裂纹的扩展。
【学位授予单位】:西南石油大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:TE973.3

【参考文献】
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