管线钢多弧埋弧焊随焊水雾激冷工艺研究

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多弧埋弧焊采用多根焊丝形成多个电弧在同一个熔池内燃烧的方式进行焊接,焊接过程中多个电弧相互耦合匹配,在获得良好焊缝成形的同时成倍提高金属熔覆效率,具有成形质量好、生产效率高的优点,成为管线钢管制造等工业领域的必备技术。但多弧埋弧焊大热输入的特点容易造成焊缝冲击韧性下降,导致接头性能储备减少,制约油气输送钢管向厚壁、大口径、高钢级的大输送量方向发展。随焊水雾激冷利用水雾蒸发来中和焊接过程热量,降低多弧焊接热输入量,调节焊缝组织,提升接头性能。本文针对中厚板多弧埋弧焊接提出的随焊水雾激冷工艺方法,进行水雾激冷强度工艺参数优化与随焊水雾激冷焊接接头形貌、组织及力学性能分析。而水雾控制不当污染焊剂或熔池则会直接导致气孔、裂纹等焊接缺陷,极具恶化焊缝性能。本文构建了多激冷参量定量调控的背冷源多弧焊接试验平台,为多弧埋弧焊随焊水雾激冷工艺研究奠定基础。水雾激冷强度的关键因素包括水流量、气体压力、喷射距离、施加位置和冷源长度(喷头数量)等参数,并直接影响多弧焊接过程中的随焊激冷能力与接头热影响区的作用范围。本文采用“高速摄像+热电偶测温”方式,研究了水流量、气体压力等激冷工艺参数与水雾形态和激冷强度之间的内在联系。研究认为水雾中水量饱和、雾化均匀(无大液滴)、挺度良好时,水雾激冷效果最优。采用优化后的水雾激冷参数,研究了随焊水雾激冷对接头形貌产生的影响,相比自然冷却,随焊水雾激冷可大幅降低热影响区宽度。在本文试验条件下,热影响区宽度减小了48.3%,水雾激冷对接头影响效果明显。晶粒细化、M-A组元细化且弥散会大幅提升管线钢的性能。通过X80钢自然冷却和随焊水雾激冷多弧埋弧焊对比试验分析:随焊水雾激冷细化晶粒效果明显,接头组织中M-A组元细化且弥散分布。力学试验研究表明:相比自然冷却,随焊水雾激冷多弧埋弧焊焊缝和热影响区冲击吸收能量均大幅提升。本文试验条件下,焊缝提升25.1%,热影响区提升37.8%,且硬度趋于均匀化,接头脆化和软化现象减弱。表明多弧埋弧焊接提出的随焊水雾激冷工艺方法,可以有效改善中厚板焊接接头组织形貌,提升接头力学性能,使接头性能储备大幅提升,在油气钢管制造、船舶拼板等多弧焊接领域显现出应用前景。
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