水下采油樹GMAW焊接接頭硬度

楊智華 ，張 鵬 ，丁全有 ，張 嵐

（1.山東豪邁化工技術(shù)有限公司，山東 青島 266000；2．山東豪邁機(jī)械制造有限公司，山東 高密261500）

0 前言

我國(guó)南海具有豐富的油氣資源，其地質(zhì)儲(chǔ)量達(dá)230～300億噸，其中75%位于深海區(qū)域[1-2]。據(jù)國(guó)際能源數(shù)據(jù)庫(kù)統(tǒng)計(jì)，截至2012年，世界海洋深水區(qū)共發(fā)現(xiàn)油氣田1 178個(gè)，其中深水油田682個(gè)，氣田496個(gè)[3]加快海洋油氣資源的開發(fā)，全面提高我國(guó)深海油氣開發(fā)設(shè)備的自主研發(fā)能力，已被列入國(guó)家戰(zhàn)略。水下采油樹作為深海油氣開發(fā)中的關(guān)鍵海底完井及生產(chǎn)設(shè)備，其國(guó)產(chǎn)化也是各個(gè)公司攻克的重點(diǎn)[4-5]。豪邁集團(tuán)在多年的工作積累中，已經(jīng)基本掌握了采油樹的焊接方法。采油樹的焊接接頭的硬度直接影響其使用壽命及外部件的安裝。本文通過(guò)對(duì)采油樹常用材料SA-516Gr.70的焊接線能量及熱處理溫度的比較，得出材料的焊接熱處理性能。

1 基本數(shù)據(jù)

1.1 母材基本性能

采用SA516Gr70鋼板，規(guī)格400 mm×300 mm×32 mm，雙面開坡口，其化學(xué)成分如表1所示。

表1 SA516 Gr.70鋼化學(xué)成分

1.2 焊接工藝參數(shù)

采用GMAW焊，ER70S-6焊材，φ1.2mm焊絲。基本工藝參數(shù)如表2所示。

表2 焊接工藝參數(shù)

分別取試板的基材、熱影響區(qū)、焊縫位置測(cè)試硬度，硬度取樣點(diǎn)如圖1所示。

圖1 硬度試驗(yàn)取樣點(diǎn)位置

同時(shí)為驗(yàn)證不同熱處理溫度對(duì)焊接接頭硬度的影響，將一塊試板分成4塊，分別進(jìn)行不同溫度的熱處理，見表3。熱處理后接頭硬度數(shù)據(jù)見表4。

表3 熱處理工藝參數(shù)

2 結(jié)果分析

2.1 相同線能量，不同熱處理工藝對(duì)焊接接頭硬度影響

相同線能量，不同熱處理工藝對(duì)焊接接頭硬度影響如圖2所示。

由表4和圖2可知，在一定范圍內(nèi)，焊縫區(qū)、熱影響區(qū)、母材硬度均隨著線能量的增高而降低，并且經(jīng)過(guò)熱處理后，硬度均降低，且隨著熱處理溫度的升高，硬度逐漸降低。在同一線能量下，隨熱處理溫度升高，硬度逐漸降低。熱處理溫度越高，硬度降低值越大。焊接線能量對(duì)母材硬度的影響最小。

表4 GMAW焊接接頭硬度數(shù)據(jù)

2.2 在相同熱處理下，不同線能量對(duì)焊接接頭硬度影響

在相同熱處理下，不同線能量對(duì)焊接接頭硬度影響如圖3所示。

由圖3可知，在相同熱處理溫度下，線能量增加，焊縫、母材、熱影響區(qū)的硬度變化都比較大，并且呈降低趨勢(shì)。分析認(rèn)為，線能量增大，晶粒也會(huì)有不同程度地增長(zhǎng)。晶粒的粗大直接導(dǎo)致硬度降低。700℃時(shí)焊縫硬度降低最大。分析認(rèn)為，隨著溫度升高，晶粒發(fā)生回復(fù)再結(jié)晶，晶格畸變也會(huì)降低。所以在一定溫度范圍內(nèi)硬度隨著溫度的升高會(huì)明顯下降。

3 結(jié)論

（1）在相同線能量下，焊縫、母材、熱影響區(qū)受晶格畸變減小的影響，隨著熱處理溫度的升高，硬度顯著下降。

（2）在相同熱處理?xiàng)l件下，受晶粒粗化的影響，隨著線能量的增加，焊縫、熱影響區(qū)、母材的硬度均下降。

（3）700℃左右焊縫硬度降低最大。因?yàn)?00℃是鐵素體轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體開始的溫度，所以700℃是一次不完全退火的過(guò)程，導(dǎo)致硬度明顯降低。

圖2 在相同線能量下，不同熱處理工藝對(duì)熱影響區(qū)硬度的影響

圖3 相同熱處理下，不同線能量對(duì)母材區(qū)硬度