劉明　周巖　韓顯柱

摘要： 用夏比V形缺口沖擊和金相試驗(yàn)研究了內(nèi)焊余熱對(duì)螺旋預(yù)精焊管焊縫韌性及微觀組織的影響。結(jié)果表明，內(nèi)焊余熱對(duì)焊縫及焊接熱影響區(qū)（HAZ）韌性及微觀組織形貌有嚴(yán)重影響。在內(nèi)焊余熱作用下，焊縫及HAZ夏比沖擊吸收能量均有明顯降低，韌性呈現(xiàn)衰減趨勢(shì)；而微觀組織則有不同程度長(zhǎng)大。焊縫中心處主要由針狀鐵素體+粒狀貝氏體組成，HAZ則主要由粗大且均勻性差的多邊形鐵素體+板條狀貝氏體組成。

關(guān)鍵詞：螺旋預(yù)精焊； 焊縫； 焊接熱影響區(qū)； 內(nèi)焊余熱

0前言

螺旋預(yù)精焊技術(shù)又稱二步法螺旋焊管生產(chǎn)技術(shù)，是將鋼管成形和埋弧焊接分開(kāi)進(jìn)行。第一步，在螺旋成形過(guò)程中采用熔化極氣體保護(hù)焊完成預(yù)焊，具有熔深小（一般2～3 mm）、焊速高（可達(dá)3～6 m/min）、操作簡(jiǎn)單、焊點(diǎn)位置可調(diào)范圍大和對(duì)成形控制無(wú)影響等特點(diǎn)。第二步，對(duì)預(yù)焊成形鋼管采用雙面埋弧自動(dòng)焊，內(nèi)、外焊相差適當(dāng)螺距同步進(jìn)行（先進(jìn)行內(nèi)焊縫焊接，鋼管前進(jìn)適當(dāng)螺距后再進(jìn)行外焊縫焊接）。焊接過(guò)程中，焊縫附近母材會(huì)受到內(nèi)、外焊接熱循環(huán)的影響產(chǎn)生熱影響區(qū)（HAZ），同時(shí)外焊縫焊接時(shí)的熱循環(huán)會(huì)對(duì)已經(jīng)凝固的內(nèi)焊縫造成二次加熱，使內(nèi)焊縫部分區(qū)域發(fā)生二次相變，甚至?xí)鹫麄€(gè)焊縫力學(xué)性能的變化[1]。另外，內(nèi)焊余熱也會(huì)對(duì)外焊起到預(yù)熱作用。對(duì)于有一定冷裂傾向的高鋼級(jí)小壁厚管線鋼，當(dāng)采用小熱輸入（10 kJ/cm）在役焊接時(shí)，焊前預(yù)熱對(duì)其產(chǎn)生的HAZ淬硬組織及冷裂紋有緩解作用[2]。

有研究[3]報(bào)道焊縫力學(xué)性能的最薄弱區(qū)域處在焊縫粗晶區(qū)和臨界區(qū)。該二區(qū)域組織出現(xiàn)粗大的多邊形鐵素體和板條狀鐵素體，M-A島由點(diǎn)狀生長(zhǎng)成片狀和塊狀，分布均勻性變差。這種組織形態(tài)結(jié)構(gòu)縮短了裂紋擴(kuò)展路徑，降低了裂紋擴(kuò)展阻力，形成了焊縫韌性的最薄弱區(qū)域。不同預(yù)熱溫度和熱輸入下對(duì)管線鋼焊縫組織和力學(xué)性能影響方面的研究已有大量報(bào)道，但對(duì)于在實(shí)際焊接中，內(nèi)焊余熱對(duì)焊縫組織和力學(xué)性能及螺旋埋弧精焊工藝的影響報(bào)道甚少。為了追求高效焊接工藝和高質(zhì)量螺旋焊管，文中將對(duì)二種采用不同精焊工藝而獲得的焊縫試樣進(jìn)行對(duì)比研究。旨在探討內(nèi)焊焊接余熱對(duì)螺旋預(yù)精焊管焊縫質(zhì)量的影響，對(duì)精焊工藝提升提供理論依據(jù)。

1 試驗(yàn)材料和方法

試驗(yàn)用鋼采用寶鋼提供的中緬原油管道工程用X70、壁厚117 mm熱軋卷板，其化學(xué)成分如表1所示。常規(guī)力學(xué)性能如表2所示。鋼管成形采用外控式螺旋成形工藝，其基本參數(shù)如表3所示，鋼帶邊緣加工成X形焊接坡口，其形狀參數(shù)如圖1所示。