【摘 要】
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目前在油田上机械复合管应用越来越广,但直径超过300mm的双金属机械复合管容易在封焊焊趾处出现裂纹,而端部堆焊工艺繁琐、成本高,因此本文试用电阻焊实现复合管端部的冶金结
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目前在油田上机械复合管应用越来越广,但直径超过300mm的双金属机械复合管容易在封焊焊趾处出现裂纹,而端部堆焊工艺繁琐、成本高,因此本文试用电阻焊实现复合管端部的冶金结合,再进行后续的对口焊接。研究对象为Φ355×(10+2)mm的L415/316L双金属机械复合管,实验过程中面临焊件厚度过大、焊件厚度比过大和异种钢焊接三大难题,本文主要进行了机械复合管端部的电阻点焊,具体工作围绕内外管结合力计算与端部点焊数值模拟、点焊接头组织与性能分析、端部点焊对后续对口焊接接头性能的影响三部分展开。通过对双金属机械复合管的接触应力计算、整体热加载应力分析、局部焊接热应力模型分析,可知内外管金属的导热系数和热膨胀系数差别较大,导致在生产和使用中接触应力会发生变化。当实际温度超过复合管的反向屈服温度,焊趾处会出现应力集中,产生裂纹倾向;复合管口径越大,接触应力越小,内外管越容易攒动,焊趾处越容易产生裂纹。在复合管端部点焊的数值模拟中,以距复合管端口30mm处施加Y轴方向应力(径向力)来代表点焊的拘束作用,比较第一道封焊后等效残余应力与未施加径向力的情况,变化幅度在20 MPa左右。因此,在双金属机械复合管端部施加电阻焊处理可在一定程度上减小封焊处的焊接残余应力,从而降低裂纹倾向。点焊接头组织与性能分析分别考察了接头处的组织形貌、合金成分、力学性能和耐蚀性能。复合管端部点焊后,熔核内为铸态组织即由中心的少量等轴晶和周围的柱状晶组成,组织以奥氏体和铁素体为主,柱状晶方向性较强可能影响接头性能。由点焊接头的剪切试验和断口形貌观察,可以看出内外层达到较高强度的结合,断口处的韧窝表明断裂性质为韧性断裂,部分韧窝处存在杂质聚集偏析,这可能是导致开裂的原因。结合成分分析和显微硬度,可以看出在异种钢结合面处存在Cr、Ni合金元素含量骤减,材料硬度、强度和耐蚀性产生突变,该位置是整个点焊接头的薄弱区。电化学试验表明点焊处316L不锈钢表面比母材自腐蚀电位低0.150.25V,自腐蚀电流密度高0.050.4mA·cm-2,使得点焊处的耐蚀性稍有降低。为探究端部点焊对复合管对焊接头的影响,有必要研究对焊接头的组织与性能。对焊接头因只选用E309焊丝,打底层、过渡层、扩散层和填充盖面层之间没有明显界线,焊缝组织为奥氏体和少量分布于奥氏体晶粒间的铁素体。焊缝强度和硬度在整体上都比母材高,拉断处位于母材,表明点焊接头增大了内外管结合力,并使应力集中远离焊缝,弯曲试验表明点焊没有降低接头整体的韧性,而且晶间腐蚀试验也证明点焊对整体对焊接头的晶间腐蚀倾向影响较小。综合来看,双金属机械复合管端部点焊工艺可以在一定程度上保证接头的力学性能和耐晶间腐蚀性能。
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