钛-管线钢层状复合板熔焊对接焊接材料及焊接工艺研究

摘要

随着能源需求的不断增长，长距离油气运输越来越重要，但频繁发生的油气泄漏、输送管爆炸事故，使得油气运输的安全性引起了人们的关注。腐蚀断裂是引起油气管道事故的主要原因，为了提高管道耐腐蚀性，人们曾试图采用钝不锈钢，钛合金等材料用于油气管道制备，但高昂的成本使得人们不得不另寻途径。钛-钢双金属复合板集钛。钢优点于一身，极好的解决了该问题，但钛与钢的物理，化学特性差异过大，使得其难以熔焊对接。
　　本文以TA1-X65复合板为试验母材，从溶化焊非均匀温度场与钛-钢复合板各层焊缝金属凝固的特殊性及组织匹配性出发，剖析钛-钢焊缝强韧性差异，过渡层界面适配等问题，根据焊接过程焊缝相的形成及强韧/细化机理，分别设计了钛-管线钢复合板各层焊接材料。与此同时，结合母材的使用工况及管道焊接成型技术特点，制定了相应的焊接工艺。
　　通过堆焊及其焊缝宏观与微观分析发现，以TAL实芯焊丝为钛层焊材，以Cu基药芯焊丝为过渡层焊材，ER50-6焊丝为钢层焊材可以实现钛与钢的冶金连接，但焊缝组织较为粗大，焊缝中出现少量的微观裂纹，焊缝的弯曲性能较差；通过对接试验及其焊缝组织与性能分析得到，焊缝力学性能较差的主要原因是由于Ti元素和Fe、C元素形成的金属金属间化合物具有较高硬度和脆性造成的。结合分析结果，对母材结构进行了优化，采用爆炸形式生产钛-铜-钢复合板，从根本上解决复层钛和基层钢中的元素扩散问题，并通过对复合板焊接工艺的优化，最终实现了钛-钢复合板的冶金结合，并结合扫描电镜、能谱及XRD分析，焊缝中未检测到Ti元素和Fc、C形成的金属间化合物，焊缝中未检测到裂纹的出现，通过材料优化及焊接工艺的优化，复合板焊接接头的力学性能得到了提高。

目录

1 前言

1.1 课题研究的背景及意义

1.2 钛-钢复合板焊接性概述

1.3 钛-钢层状双金属复合板焊接国内外研究现状

1.4 目前存在的问题

1.5 课题研究内容及技术路线

1.6 技术路线

2 试验材料与试验方法

2.1 试验母材

2.2 焊接材料

2.3 试验方法

2.4 主要试验设备

3 双层钛-钢复合板熔焊对接实验结果与分析

3.1 焊缝区微观组织形貌分析

3.2 三种药芯焊丝做过渡层微观组织对比分析

3.3 双层钛-钢复合板焊接工艺优化实验结果与分析

3.4 本章小结

4 三层钛-铜-钢复合板熔焊对接实验结果与分析

4.1 试验母材

4.2 三层钛-铜-钢复合板熔焊对接工艺优化实验结果与分析

4.3 本章小结

5 复合板焊接接头力学性能测试结果分析

5.1 双层钛-钢复合板焊接接头力学性能测试

5.2 三层钛-铜-钢复合板焊接接头力学性能测试

5.3 本章小结

6 结论

致谢

参考文献

作者在硕士论文期间撰写和发表的论文及成果