過渡層堆焊對高碳當量服役管道的影響

Morgan Dull，Kal Forest

降低產品固有服役焊接硬化作用的方法有很多，其中過渡層堆焊就是其中的一種。根據工業經驗，就是焊接前在工件表面堆焊一層與母材相匹配的低氫焊縫，如圖1所示。

該焊層是通過使用半重疊焊縫達到自回火的目的。期望得到的結果是顯著降低焊件和支管焊接時產生較大厚度幅度管壁的硬度。

在某些應用中，增加的壁厚能夠極大地降低在根部焊道時熔穿的可能性。本研究中，研究了在保持碳當量和冷卻速率時，過渡層堆焊對于焊件硬度的影響。

1. 試驗方法

在焊接兩件試件時，盡量保證焊接參數一致，試驗時，采用相同的管代表使用狀態的管或管頭，同樣支管也選用相同的管材。對兩組試樣選用同樣的焊接位置，并且冷卻速度偏差保持在5%以內。

實時檢測焊接參數以確保一致性，結果表明，最大電流偏差為6%或者5A，最大電壓偏差為9%或2V，最大焊接速度偏差為30%或95mm/mi n，最大熱輸入偏差為2% 或30J/cm2。

取至各組試樣的宏觀金相如圖2所示，首先對試樣進行缺陷及分區檢測，然后金相硬度測試。分區測試包括在使用狀態的管子和支管側的焊根和蓋面焊道的焊腳，以及靠近使用狀態管子側的靠近焊縫中心的區域。每個試樣測試的區域包含粗晶粒和細晶粒的焊接熱影響區，以及焊縫金屬和母材區。

2. 試驗結果

在進行過渡層堆焊的試件中測得的最大硬度是315 HV1（298HBW），而在無過渡層堆焊的試樣中測得的最大硬度為395HV1（374HBW）。更詳盡的試樣硬度對比（包括最大硬度值）如圖3所示。

圖1 標準的過渡層堆焊工藝示意

圖2 沒有進行過渡層堆焊的接頭截面

圖3 硬度分布比較

值得注意的是無過渡層堆焊的試樣中，一些區域的硬度值最低可到40HV1。這些區域是典型的存在于具有粗晶和細晶的熱影響區，而在具有過渡層堆焊的試樣中這些區域通常硬度值為260~280HV1。

過渡層堆焊具有積極影響的最明顯區域是焊接熱影響區的粗晶區，這一區域靠近使用狀態管子側焊腳處。在這一區域，硬度的最大下降顯示值為156HV1，正好位于蓋面焊下方。在服役管道上實施過渡層堆焊工藝，確保了焊接熱影響區的適當回火，顯著地降低了這些區域的硬度。

3. 結語

在不適用過渡層堆焊工藝時某些區域的硬度能夠適當降低。但是在使用過渡層堆焊工藝時，在服役管道側的焊腳區域的硬度值的明顯下降更加顯著。

在這個特殊環境下（非酸性環境下），當過渡層堆焊使用時，兩種工藝導致的硬度值差異是可接受的；當不使用過渡層堆焊時，硬度值差別是不可接受的?？山邮艿挠捕戎祷贑SA Z662—2011，非酸環境下油氣管線系統。