F550Z海洋平台用钢埋弧焊剂研制及焊接接头力学性能研究

摘要

随着海洋资源开采向深海发展,海洋平台建设用钢级别越来越高,钢材的厚度也越来越大。本文选用埋弧焊焊接方法来焊接海洋平台用钢F550Z,通过研制高碱低氢焊剂,配合合金焊丝,采用不同的焊接热输入,研究不同的热输入对焊接接头力学性能的影响。分析了不同的焊接热输入对F550Z焊接接头的强度、韧性、微观组织及硬度的影响,为合理选择焊接工艺参数和生产实践提供了试验和理论依据。
　　通过研究不同的原材料对焊接工艺性能的影响,确定了配方中不同原料的加入量,并检测配方的脱渣性、成型能力等性能。经过大量的调试,确定焊剂的配方,并通过检测焊剂成分计算焊剂碱度,为3.39达到设计要求。配合焊丝,研究了全焊缝金属力学性能,检测了焊缝金属的扩散氢含量,并研究了低的含氢量的原因。
　　采用CHW-SEM2NP型焊丝和所研制氟碱型烧结焊剂,当热输入分别为输入分别为15kJ·cm-1、27kJ·cm-1、38kJ·cm-1、50kJ·cm-1时,焊接接头力学性能呈现出一定的变化趋势。研究结果表明:随着焊接热输入量的增大,接头抗拉强度都超过CCS要求的最低值670MPa,并且没有随热输入出现明显的变化,接头强度对热输入不敏感;焊接接头的硬度分布均匀,焊缝中心较母材处略低,没有出现较大的波动。
　　焊接热输入对F550Z钢焊接接头不同部位的组织与-60℃低温韧性有较大的影响。试验结果表明,焊缝中心的韧性随着热输入增加,呈现先降低后升高的趋势,当热输入为15kJ·cm-1时冲击吸收功平均值为65J,热输入增加到38kJ·cm-1时已经达不到CCS的要求最低值34J,但热输入增加到50kJ·cm-1时,冲击吸收功平均值为110J,是其他热输入的2到4倍。通过金相与能谱分析,发现热输入为15kJ·cm-1和50kJ·cm-1时,对焊缝中心有热处理作用,组织为针状铁素体加细小弥散的碳化物,其中50kJ热处理作用较明显。熔合线及熔合外2mm处冲击韧性随热输入增加而减小,当热输入超过27kJ·cm-1时,熔合线及熔合线外2mm处冲击韧性已经达不到使用要求。分析发现熔合线及熔合线2mm处组织为板条贝氏体加粒状贝氏体。小热输入时,粒状贝氏体含量少并且打乱了板条贝氏体方向,对韧性有利;随着热输入增加,粒状贝氏体逐渐增多且晶粒粗大,低温韧性较差。熔合线外5mm受焊接热输入影响不大,冲击吸收功与母材没有明显差异。
　　综上所述,15kJ·cm-11和27kJ·cm-1时,焊接接头各个区域的性能都能满足CCS标准的要求。考虑到接头性能与生产效率,建议埋弧焊焊接F550Z钢时焊接热输入为27kJ·cm-1左右为宜。

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第1章 绪 论

1.1 海洋石油天然气开采情况

1.2 海洋平台用钢发展及现状

1.3 海洋平台用钢的主要特点及其焊接性

1.4 海洋平台用钢焊材

1.5 本课题的目的和意义

1.6 本课题的内容

第2章 试验材料及试验方法

2.1 试验母材与焊接材料

2.2 焊剂配方研制方案设计

2.3 焊接工艺试验方案设计

2.4 力学性能试验

2.5 焊接接头微观分析

第3章 高碱低氢烧结焊剂研制

3.1 配方设计原则

3.2 焊剂制作过程

3.3 配方工艺性能研究

3.4 全焊缝金属强度试验结果及分析

3.5 低温冲击吸收功试验结果及分析

3.6 焊缝金属扩散氢试验结果及分析

3.7 本章小结

第4章 热输入对F550Z焊接接头力学性能的影响

4.1 引言

4.2 F550Z焊接性分析

4.3 试验方案设计

4.4 试验结果

4.5 试验结果分析

4.6 本章小结

第5章 热输入对F550Z焊接接头微观组织影响

5.1引言

5.2 热输入对焊接接头微观组织的影响

5.3 焊接接头断口形貌分析

5.4 焊接热输入对显微硬度的影响

5.5 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士期间所发表的论文

致谢