连续管焊接热影响区温度分布及组织影响

摘要

连续管是一种新兴的石油作业管，广泛应用于钻井、完井、采油、修井等作业的各个领域，解决了许多常规作业技术难以解决的问题，应用效果明显。连续管的管-管对接焊技术是连续管作业技术系统中的组成之一。对接焊在焊接热源作用下产生的焊接热影响区(Heat Affect Zone，简称HAZ)存在着组织、性能的不均匀和不连续，特别是在高钢级连续管的焊接热影响区会出现软化区，以及强度及延伸率指标大幅下降的现象，破坏了整体连续管性能的一致性，大大减少了连续管的服役寿命，限制了连续管技术的普及和推广应用。 本文以国产Φ50.8×4.44mm CT90级连续管为研究对象，在前人的研究基础上，采用较为成熟的焊接工艺和焊接方法，研究不同焊接线能量下连续管接头热影响区组织及其性能，力图建立焊接线能量-HAZ温度变化曲线-HAZ组织形态的关系，了解不同工艺下连续管焊接接头组织与性能之间的关系，在理论上用于指导焊接工艺的制定。文章采用全位置自动TIG焊对连续管进行管-管对焊，测定了环焊缝接头HAZ的焊接热循环，采用Ansys有限元软件模拟了连续管瞬时温度场，采用光学显微镜和扫描电镜观察了不同焊接工艺下HAZ组织，并对其进行了显微硬度测试，通过分析得到以下结论:(1)连续管对接焊时，起、灭弧位置附近温度会受到焊接热源二次作用而出现波动起伏现象;(2)焊接线能量越小，连续管对接焊热积累效应越明显，环焊缝周向不同位置间的峰值温度相差越大，温度场达到准稳定状态所需的时间也越长;(3)同一焊接线能量下，热积累效应影响环焊缝周向不同位置的接头形貌，随着焊接的进行，熔池尺寸逐渐增大;(4) CT90钢级连续管焊接热影响区中包括粗晶区、完全重结晶区、不完全重结晶区和回火区。其中，粗晶区和完全重结晶区组织以贝氏体为主，不完全重结晶区及回火区组织主要以块状铁素体、少量珠光体和渗碳体组成;(5)随着焊接热输入的增加，焊接热影响区组织晶粒度尺寸增加，软化区域逐渐远离焊缝，软化幅度逐渐增大。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 连续管概述

1．1．1 连续管的发展

1．1．2 连续管的制造

1．2 连续管管-管对焊技术

1．2．1 管-管对焊方法要求

1．2．2 管-管对焊方法选择

1．2．3 管-管对焊材料选择

1．2．4 对焊前准备工作

1．3 连续管管-管对焊技术发展现状

1．4 研究背景及意义

1．5 研究内容

第二章 试验材料及方法

2．1 试验材料

2．2 试验方法

2．2．1 焊接设备及试验参数

2．2．2 焊接热循环测定

2．2．3 金相组织观察

2．2．4 测量接头熔宽及熔池面积

2．2．5 显微硬度试验

第三章 CT90热影响区温度测试及特征描述

3．1 焊接热循环特征描述

3．1．1 焊接热循环主要参数

3．1．2 管-管对焊热循环特征

3．1．3 不同线能量下CT90热循环曲线

3．1．4 分析讨论

3．1．5 热积累效应对接头形貌的影响

3．2 焊接传热及温度特征

3．2．1 焊接传热的基本形式

3．2．2 焊接温度场的一般特征

3．3 焊接温度场有限元分析

3．3．1 传热问题数值分析

3．3．2 焊接热源的能量分布

3．3．3 连续管焊接温度场有限元模拟

3．4 计算结果分析

3．4．1 线能量2．7KJ／cm温度场分布

3．4．2 线能量4．0KJ／cm温度场分布

3．4．3 线能量5．3KJ／cm计算结果验证

3．5 本章小结

第四章 CT90连续管热影响区组织及性能

4．1 连续管焊接热影响区组织

4．1．1 焊接热影响区组织分布及性能

4．1．2 焊接组织转变特征

4．2 不同线能量下HAZ组织分析

4．2．1 HAZ宏观形貌

4．2．2 HAZ显微组织分析

4．3 一道焊下HAZ组织分析

4．3．1 金相组织分析

4．3．2 HAZ硬度分析

4．4 二道焊下HAZ组织分析

4．4．1 金相组织分析

4．4．2 HAZ硬度分析

4．5 三道焊下HAZ组织分析

4．5．1 金相组织分析

4．5．2 HAZ硬度分析

4．6 本章小结

第五章 结论

第六章 研究展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表论文