螺旋预精焊内焊余热对焊缝组织性能的影响

刘明　周岩　韩显柱

摘要： 用夏比V形缺口冲击和金相试验研究了内焊余热对螺旋预精焊管焊缝韧性及微观组织的影响。结果表明，内焊余热对焊缝及焊接热影响区（HAZ）韧性及微观组织形貌有严重影响。在内焊余热作用下，焊缝及HAZ夏比冲击吸收能量均有明显降低，韧性呈现衰减趋势；而微观组织则有不同程度长大。焊缝中心处主要由针状铁素体+粒状贝氏体组成，HAZ则主要由粗大且均匀性差的多边形铁素体+板条状贝氏体组成。

关键词：螺旋预精焊； 焊缝； 焊接热影响区； 内焊余热

0前言

螺旋预精焊技术又称二步法螺旋焊管生产技术，是将钢管成形和埋弧焊接分开进行。第一步，在螺旋成形过程中采用熔化极气体保护焊完成预焊，具有熔深小（一般2～3 mm）、焊速高（可达3～6 m/min）、操作简单、焊点位置可调范围大和对成形控制无影响等特点。第二步，对预焊成形钢管采用双面埋弧自动焊，内、外焊相差适当螺距同步进行（先进行内焊缝焊接，钢管前进适当螺距后再进行外焊缝焊接）。焊接过程中，焊缝附近母材会受到内、外焊接热循环的影响产生热影响区（HAZ），同时外焊缝焊接时的热循环会对已经凝固的内焊缝造成二次加热，使内焊缝部分区域发生二次相变，甚至会引起整个焊缝力学性能的变化[1]。另外，内焊余热也会对外焊起到预热作用。对于有一定冷裂倾向的高钢级小壁厚管线钢，当采用小热输入（10 kJ/cm）在役焊接时，焊前预热对其产生的HAZ淬硬组织及冷裂纹有缓解作用[2]。

有研究[3]报道焊缝力学性能的最薄弱区域处在焊缝粗晶区和临界区。该二区域组织出现粗大的多边形铁素体和板条状铁素体，M-A岛由点状生长成片状和块状，分布均匀性变差。这种组织形态结构缩短了裂纹扩展路径，降低了裂纹扩展阻力，形成了焊缝韧性的最薄弱区域。不同预热温度和热输入下对管线钢焊缝组织和力学性能影响方面的研究已有大量报道，但对于在实际焊接中，内焊余热对焊缝组织和力学性能及螺旋埋弧精焊工艺的影响报道甚少。为了追求高效焊接工艺和高质量螺旋焊管，文中将对二种采用不同精焊工艺而获得的焊缝试样进行对比研究。旨在探讨内焊焊接余热对螺旋预精焊管焊缝质量的影响，对精焊工艺提升提供理论依据。

1 试验材料和方法

试验用钢采用宝钢提供的中缅原油管道工程用X70、壁厚117 mm热轧卷板，其化学成分如表1所示。常规力学性能如表2所示。钢管成形采用外控式螺旋成形工艺，其基本参数如表3所示，钢带边缘加工成X形焊接坡口，其形状参数如图1所示。