机器人自动焊焊接接头低温冲击韧性优化研究

在机器人全自动焊接工艺开发过程中,存在其焊接接头低温冲击功不满足焊接标准要求或者离散度较大的现象。为解决此问题,针对多个可能影响机器人自动焊焊接接头低温冲击韧性的因素,制定不同的焊接方案,进行焊接试验及焊后焊接接头低温冲击功测试,并对得到的数据进行离散度分析。经对比发现,不同影响因素对于焊接接头低温冲击韧性影响大小不一,热输入及焊材牌号的影响最大。施工效率最高的焊接方案为:采用M60焊材,以1.0~1.25 kJ/mm的热输入焊接,采用气刨清根并配以打磨,背面填充采用药芯气保焊,配以L71焊材焊接,按照此方案开展实验,结果表明焊接接头的低温冲击功在-40℃时仍满足规范要求。

压力容器不锈钢复合板焊接工艺开发

S31603/Q345R不锈钢复合板由于其材料和结构的特殊性,兼具了不锈钢的耐腐蚀性和低合金钢的强度等优点,在海洋钢结构压力容器生产中的应用越来越广泛。本试验中采用埋弧焊+氩弧焊、埋弧焊+焊条电弧焊和焊条电弧焊3种焊接工艺,选择适当的焊接材料、坡口形式和焊接工艺参数对厚度(3+18)mm的经爆炸焊复合形成的S31603/Q345R不锈钢复合板分别进行对接焊试验,分析其焊接接头的力学性能及腐蚀性能,其结果均满足要求。

316L不锈钢焊接接头耐晶间腐蚀试验

根据316L不锈钢的焊接特点,开发了一种钨极氩弧焊背部免充气保护焊接工艺。对焊接接头进行了金相组织、草酸刻蚀试验和晶间腐蚀试验。试验结果表明:316L母材显微组织为纯奥氏体;316L热影响区靠母材一侧的显微组织为粗大的奥氏体晶粒,靠焊缝一侧为奥氏体基体上分布着铁素体;316L根部焊缝的显微组织为奥氏体基体上分布着铁素体。刻蚀试验结果表明:焊缝和热影响区处的刻蚀形貌均是沟槽连成一片。虽然没有通过草酸刻蚀试验,但是所有试样均通过了Cu-CuSO4-硫酸晶间腐蚀试验。因此,钨极氩弧焊背部免充气保护焊接工艺是成功的。

海洋钢结构大尺寸焊接接头CTOD断裂韧性试验与分析

依据英国BS7448断裂韧性试验标准,研究了超大板厚碳钢焊接接头的低温断裂韧性(裂纹尖端张开位移(CTOD))。针对厚为95 mm和60 mm的钢板分别开发了埋弧焊(SAW)和药芯保护焊(FCAW)2种焊接工艺,并研究了低温服役条件下(0℃)2种焊接工艺焊接接头各区(包括焊缝区和热影响区)的断裂韧性。研究结果表明,所有试样均满足最小特征CTOD值0.15 mm的要求。本研究结果可为厚95 mm的D36钢板埋弧焊和厚60 mm的D36钢板药芯保护焊焊接接头免除焊后热处理提供依据。

N80钢在油田采出液中腐蚀行为的静态和动态模拟研究

模拟研究了井下环境N80钢在油田采出液(主要是CO2水溶液)中的静态和动态腐蚀行为。用光学显微镜、SEM、XRD)对N80钢表面腐蚀产物膜的表面形貌、横截面形貌、结构及成分进行了分析。探讨了N80钢点蚀的形成和发展原因。讨论了井下采出液中各种离子对腐蚀行为的影响,结果表明,N80钢表面腐蚀产物膜的形貌及其结构对金属的进一步腐蚀有严重影响。腐蚀产物膜疏松、不完整或损坏、脱落时,会诱发局部点蚀而导致严重的穿孔破坏, 点蚀坑会在腐蚀产物膜下产生,这也是N80钢在实际应用中被破坏的主要形式。试验中,N80 钢在静态条件下的平均腐蚀速率略高于动态条件下的平均腐蚀速率,而其局部腐蚀在动态条件下则比静态时严重的多,这和试样表面腐蚀产物膜的破坏有关,动态条件下由于流体剪应力的作用,部分腐蚀产物膜破坏和剥落,造成了严重的局部腐蚀。

316L不锈钢钨极氩弧焊焊接接头耐点蚀试验

根据316L不锈钢的特点,开发了一种钨极氩弧焊背部免充气保护焊接工艺。对焊接接头进行了显微组织分析、点蚀试验和各区的电极电位分析。结果表明:316L焊接接头HAZ的显微组织靠母材一侧为粗大的奥氏体晶粒,靠焊缝一侧为奥氏体基体上分布着铁素体;根部焊缝的显微组织为奥氏体基体上分布着铁素体。经过72 h的点蚀试验后,上表面的焊接接头中母材腐蚀比较严重。对根部焊缝而言,钨极氩弧焊背部免充气保护焊接工艺得到的根部焊缝的耐腐蚀性与相邻的根部母材相当。电极电位试验结果与点蚀试验结果相一致,钨极氩弧焊背部免充气保护焊接工艺是成功的。

聚丙烯酰胺溶液粘度的影响因素

考察了温度、聚丙烯酰胺(PAM)含量及亚铁离子对聚丙烯酰胺溶液粘度的影响。结果表明,随着温度升高,聚丙烯酰胺水溶液剪切粘度随之下降,剪切粘度对数与温度的倒数符合线性关系;随 PAM 含量的增加,PAM 溶液剪切粘度随之增加;PAM 溶液中加入10mg·L^(-1)亚铁离子,会引起 PAM 大分子降解,相对分子质量降到原来的1/7,导致 PAM 溶液剪切粘度大幅度下降。

含缺陷油套管的抗弯曲特性研究

本研究选用J55油套管,用人工缺陷法在外径为73mm的油套管外表面预制了缺陷,通过三点弯曲对称加载试验,研究了缺陷管的抗弯强度,对改进的NSC准则进行实验检验。结果表明,在缺陷角较小时,改进的NSC准则能给出与试验数据接近的预测结果,但对于在缺陷角较大的情形,预测结果却不理想。根据试验结果,本文进一步提出了一个含有缺陷几何参量的新公式。新公式能很好地预测含缺陷管的抗弯曲能力。

碳钢管线焊接接头的电偶腐蚀行为研究

通过对焊接接头各区域开路电位和电偶腐蚀电流的测量,研究了采用2种焊接工艺所得焊接接头各区域的电偶腐蚀行为。结果表明,GTAW+FCAW接头各区域的耐蚀性:母材<热影响区<焊缝;GTAW接头各区域的耐蚀性:母材<焊缝<热影响区。总而言之,GTAW+FCAW接头的耐蚀性较好。

导管架主腿及钢桩关键焊接节点的安全性评估

我国海洋采油事业发展迅速,工作重心逐渐向深海发展,这对导管架的安全性要求越来越高。目前国际上普遍采用焊后热处理的方法提高接头性能,而由于导管架结构庞大,热处理难度极大,因此,通过ECA(Engineering Critical Assessment,工程临界评估)实际工程案例,结合CTOD(Crack Tip Opening Displacement)试验,给出了T/K/Y形焊接节点免除焊后热处理的可靠证据,为提高工程结构安全性和降低工程难度提供了保证。

一种国产埋弧焊焊材应用于厚板焊接工艺开发

介绍了一种国产埋弧焊焊材应用于厚板焊接工艺开发过程。焊接试验采用林肯公司的埋弧焊接设备,摸索出一套科学合理的焊接参数以及焊接控制的措施,并对试验结果进行了测评,重点考察焊材的低温冲击韧性以及CTOD(裂纹尖端开口位移)性能。结果表明:焊件焊缝的低温冲击性能,特别是断裂韧性(CTOD)良好,能够满足海洋工程的实际应用要求。

N80油套管在油田采出液中的腐蚀与磨损协同作用研究

以长庆油田分公司樊家川油田采出液为介质,在自制的腐蚀磨损试验机中对比研究了N80油套管钢在其中的动静态腐蚀、腐蚀磨损以及缓蚀剂对腐蚀磨损(自行研发的NYS-9缓蚀剂)的协同作用。结果表明,在动态试验中,腐蚀产物膜在流体剪应力的作用下,使得N80油套管钢的局部腐蚀比静态试验严重得多;腐蚀磨损试验初期腐蚀磨损速率较大,随后逐渐减缓;NYS-9缓蚀剂对N80油套管钢具有很好的保护作用,加入缓蚀剂的质量分数为100×10-6时,缓蚀率可达到82%以上。

碳钢管线焊接接头的电化学腐蚀行为研究

母材选用A106B管线钢,焊丝选用2.4 mm的实芯焊丝ER70S-G,使用两种焊接工艺(GTAW+SMAW和GTAW)进行钢管对接焊,试样焊接前后均无热处理。通过对焊接接头的焊缝、热影响区和母材的极化曲线测量,研究了两种焊接工艺所得焊接接头各区域的腐蚀行为。结果表明,两种接头不同区域的耐蚀性为:母材>热影响区>焊缝。

N80油套管钢在长庆油田采出液/砂粒两相介质中的腐蚀磨损

以N80油套管钢为研究对象,对比研究了它在长庆油田采出液/砂粒两相介质中的腐蚀磨损行为。试验分为静态和动态两种情况,动态试验又分为纯动态腐蚀、动态腐蚀+含砂粒磨损等情况。用扫描电子显微镜分析了N80钢腐蚀磨损的表面形貌。结果表明,动态腐蚀中腐蚀产物膜比静态试验中更容易剥落,从而其局部腐蚀比静态试验严重,含砂腐蚀磨损较动态腐蚀、静态腐蚀严重,腐蚀磨损试验初期腐蚀磨损速率较大,随后逐渐减缓。

J55缺陷管的抗弯强度评价

工程管道会受到腐蚀,形成管壁局部变薄等缺陷,使承载能力降低。评定局部腐蚀缺陷所引起的管道承载能力降低对于确保管线的安全运行具有重要意义。现有的评价含缺陷管弯曲特性的NSC准则,将缺陷视为无限长,无从考虑缺陷长度的影响。改进的含缺陷管道抗弯准则采用了B31G的有效壁厚概念,以有效壁厚tcorr取代了NSC准则中的t,得到了包含缺陷长度的缺陷管极限弯矩新计算公式。本研究选用外径为73和114 mm的两种J55管线,在外表面预制了人工缺陷,通过三点弯曲对称加载试验对修正的含缺陷管道抗弯准则进行试验检验。结果表明,缺陷长度较小(L/Rt<1.5)时,试验结果与NSC标准相差较大,但与改进的含缺陷管道抗弯准则接近。缺陷的长度越大(L/Rt>3),试验结果与NSC准则和改进的NSC准则趋于一致。在本试验范围内管线直径对测试结果的变化规律无明显影响。

焊后热处理对E36钢对接接头焊接残余应力影响的有限元分析

采用有限元方法模拟了E36钢平板多层多道焊的整个焊接过程以及局部热处理过程,获得了焊接温度场的分布,并采用间接耦合方法在焊接温度场计算结果基础上得到了E36钢平板焊缝焊接后的残余应力场。重点分析了焊后热处理前后的焊接残余应力的变化。结果表明,焊后热处理对E36钢平板焊接残余应力具有明显的消除作用,但不能完全消除,焊缝附近依然存在较大的拉伸残余应力。

一种国产药芯焊丝应用于厚板焊接工艺开发

介绍了一种应用于厚板焊接的国产药芯焊丝焊接工艺开发过程。焊接试验利用松下公司焊接设备,摸索出一套科学合理的焊接参数以及焊接控制的措施,并对试验结果进行了检测,重点考察焊材的低温冲击韧性以及CTOD(裂缝尖端开口位移)性能。结果表明:焊件焊缝的低温冲击性能特别是断裂韧性(CTOD)良好,能够满足海洋工程的实际应用要求。

碳钢焊接接头抗CO_2腐蚀的研究

本文通过ANSYS有限元模拟、微区电化学、高温高压反应腐蚀模拟试验,研究三种焊缝及母材的腐蚀倾向。研究结果表明:焊缝存在余高时,焊缝顶端受到的剪切力比母材大;随着焊缝余高的增大,焊缝根部熔合线位置受到的压力增大;焊缝与母材存在着电势差,可以发生电偶腐蚀;焊缝处的电化学阻抗比母材小。以上几个原因的共同作用下,使得焊缝处腐蚀加速,并且在焊缝根部熔合线位置发生局部腐蚀。

15CrMoR钢的焊接工艺研究

针对15CrMoR钢的特点和应用环境要求,采用焊条电弧焊和埋弧焊方法对15CrMoR钢进行了焊接工艺研发,选择合适的焊接材料,测试其焊接接头的力学性能。结果表明:采用拟订的焊接工艺焊接15CrMoR钢可获得力学性能优良的接头,该焊接工艺成功应用于工程项目中。

N80油套管钢CO_2腐蚀产物膜的形成过程分析

在模拟油田井的高温环境下,研究分析了N80钢在采出液(主要是CO2水溶液)中的腐蚀行为。用光学显微镜、SEM、XRD对N80钢的腐蚀产物膜的表面形貌、横截面形貌、结构及成分进行了分析。探讨了N80钢腐蚀产物膜的形成原因和发展过程。结果表明,N80钢表面腐蚀产物膜有三层大小和致密程度不同的FeCO3晶体组成,内层致密度高,外层疏松。