焊接技术用于石油工程论文提纲

2022-11-15

论文题目：S32205双相不锈钢管窄间隙激光填丝焊工艺及接头组织性能研究

摘要：双相不锈钢因具有优异的耐腐蚀性能被广泛应用于海洋工程、核电、石油化工等工作环境恶劣、对耐腐蚀性能要求苛刻的众多领域内。截至目前,国内外众多企业在双相不锈钢的焊接加工中主要采用气保护焊、焊条电弧焊等工艺作为主要的焊接方法。传统的焊接方法普遍存在焊接效率低、热影响区大、焊接变形严重、焊后两相比例失衡等缺点,降低了双相不锈钢的综合力学性能及耐腐蚀性能。窄间隙激光焊接技术作为新型的熔化焊接方法之一,可良好弥补传统焊接方法存在的不足,具有能量密度高、焊缝及HAZ较小、热输入较小、焊接变形和残余应力较小、填充材料用量较少等优点,有效调控焊缝组织,提高焊接质量。本文采用控制变量法的试验方法,通过在试板表面、窄间隙坡口、厚壁管对接等不同的接头形式下进行了激光填丝焊,研究了工艺参数对焊缝成形的影响规律及作用机理,优化了焊接工艺参数,最终实现了壁厚25mm的S32205双相不锈钢管接头的窄间隙焊接,焊后观察分析了接头微观组织结构及双相比例特征,测试了接头的力学性能及耐腐蚀性,建立了焊缝组织形貌、两相比例与接头性能之间的内在联系。首先在试板表面及窄间隙坡口内进行了激光填丝焊试验,分析了焊缝表面成形及焊接接头横截面宏观形貌,阐明焊接质量的影响因素,优化了焊接工艺。研究结果表明:激光功率P主要对焊缝熔深尺寸影响显著;离焦量f主要决定光斑尺寸大小,当f=-10mm时,可适用于打底焊道的焊接,f=-20mm时,适用于填充焊道的焊接;焊接速度Vw与送丝速度Vf关联紧密,当Vw=0.5m/min搭配Vf=0.5m/min进行焊接时,填充效果及焊缝成形较好,上表面呈“下凹状”,有利于窄间隙多道焊接中下一道次的填充金属进行铺展。在本文研究范围内,壁厚25mm的S32205不锈钢管接头焊接焊道共由7道次组成,优化后的最佳工艺参数为:P=4.4～5.0k W、f=-10～-20mm、Vw=0.5m/min、Vf=3.0～4.5m/min、Q=20L/min,此时焊缝成形型良好,无气孔、侧壁及底部未熔合等焊接问题产生,填充金属均匀铺展,焊缝饱满且过渡平滑。通过焊接接头的微观组织分析表明,焊缝内的奥氏体可主要分为三种形貌,且具有较为明显的生长方向。随着焊缝逐渐冷却,奥氏体优先在铁素体晶粒边界处析出,形成树枝状、交叉错落分布的晶界奥氏体,再逐渐向铁素体晶粒内部扩散,形成魏氏组织及亮片状、尺寸较小的晶内奥氏体。打底焊道的铁素体与奥氏体双相比例约为58.4%:41.6%,填充焊道双相比例约为57.2%:42.8%,盖面焊道双相比例约为54.3%:45.7%,焊道重叠区域双相比例约为42.7%:57.3%,焊接接头热影响区的双相比例为61%:39%,壁厚25mm的管接头的平均双相比例为53.5%:46.5%,与传统的熔化焊相比双相比例更趋向于1:1,表明接头具有良好的腐蚀性能。综合力学性能研究表明,接头的平均硬度值为262.9HV,峰值位置位于填充焊道的重叠区域及焊接接头的HAZ区域内,为276.1HV,未超过290HV,符合相关标准,性能达标。焊接接头微观组织中的铁素体含量在一定程度上可影响接头的综合力学性能,尤其对接头的硬度影响较为明显,有害相等析出的杂质向焊缝区域聚集,也会使得部位置硬度偏高;拉伸试样均断裂于母材位置,说明焊缝的抗拉强度高于母材;低温冲击韧性已达到标准,满足性能要求,综合力学性能较好。耐腐蚀性能的研究结果表明,焊缝区域（打底焊道、填充焊道、盖面焊道）的腐蚀速率及发生自腐蚀的难易程度与母材相近,且盖面焊道、填充焊道均有较轻微的钝化效应发生,其致密性与母材的钝化膜情况相似,耐腐蚀性能良好。当盖面焊道与腐蚀环境优先接触时,保证了接头的耐腐蚀性能。

关键词：激光填丝焊;双相不锈钢;厚壁管结构;工艺研究;组织及性能分析

学科专业：工程硕士（专业学位）

摘要

Abstract

第1章绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 双相不锈钢的发展应用和焊接性

1.2.1 双相不锈钢的发展

1.2.2 双相不锈钢的应用

1.2.3 双相不锈钢的焊接性

1.3 激光填丝焊的研究现状及进展

1.3.1 激光填丝焊接的技术特点