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朱文昊Wu Ming Zhao,海盐,Yanxia张通, ”双网脉冲同步API X80钢的金属极惰性气体保护电弧焊用管”,国际期刊的腐蚀, 卷。2018年, 文章的ID7284246, 11 页面, 2018年。 https://doi.org/10.1155/2018/7284246
双网脉冲同步API X80钢的金属极惰性气体保护电弧焊用管
文摘
双网脉冲串联金属极惰性气体保护电弧焊工艺焊接生产效率高的环形焊缝加入使用API X80钢用管的壁厚18.4毫米和1422毫米直径。的宏观结构、微观结构、硬度和焊接接头的电化学腐蚀行为进行了研究。温度和Cl的影响−浓度对贱金属和焊缝金属的腐蚀行为研究。结果表明,焊接接头具有良好的形态、力学性能和耐腐蚀性能。贱金属的耐腐蚀性能和焊缝金属随温度或Cl增大而减小−浓度。与高氯溶液中−浓度、贱金属和焊缝金属更容易点蚀。焊缝金属的耐腐蚀性能略低于贱金属。
1。介绍
目前,API X80管线钢提供超级高强度和高韧性广泛用于石化工业(1]。这种钢也广泛用于管道西气东输管道工程建设在中国(2]。焊接是一个关键的长距离油气管道建设过程中,利用了~总投资的20% (3]。然而,最近增加了管线钢的强度需要的厚壁管道,导致可焊性差(4,5]。因此,超高强度管线钢的焊接成为一个复杂的任务,需要紧急关注。
在管道施工,焊接质量高,生产效率高是两个基本要求。然而,这些需求并不满足在环形焊缝的焊接API X80钢管使用传统的金属极惰性气体保护电弧焊(GMAW)过程与单线和多层(6]。独自在熔化极气体保护焊-,提高焊接速度无法满足所需的焊接质量,同时增加热输入仅导致焊缝力学性能退化虽然减少了焊道的数量,提高了焊接效率。幸运的是,多线的脉冲串联金属极惰性气体保护电弧焊(PT-GMAW)过程有可能克服上述问题,同时满足上述需求(7- - - - - -9]。因此,PT-GMAW焊接过程是一个候选人对管道施工中应用。
在实践中,焊接等方面被埋到土壤的石油或天然气运输(10]。管道服务遇到两种不同的腐蚀环境中,复杂的土壤外表面和解决方案包含H2年代,Cl−, ,等等的内表面(11- - - - - -13]。发表的研究表明,腐蚀管道失效的主要原因之一(14,15]。因此,立即焊接管道进行防腐处理。众所周知,耐腐蚀的关键因素是确保长距离油气管道的安全运行16]。然而,焊接接头的显微组织和成分是严重不均匀,这种不均匀性的焊接残余应力。因此,焊接接头成为最弱的部分管道的耐腐蚀(17,18]。因此,研究焊接工艺和纵向或圆周焊缝的耐蚀性高强度和高韧性钢管道是目前的热点之一。
在这项研究中,双网PT-GMAW API引入了X80管线钢。焊接的质量和性能等方面通过对宏观结构的分析,评估和优化的微观结构、力学性能、贱金属和焊缝金属的腐蚀行为。外部的影响土壤温度和内部腐蚀溶液的浓度基本金属和焊缝金属的腐蚀行为研究。预计这项工作将石化工业的重要理论和实践意义。
2。材料和方法
2.1。焊接实验
2.1.1。化学成分和API X80的属性
API X80钢等,每个直径1422毫米,壁厚18.4毫米,被用于焊接实验。上面的钢的化学成分和机械性能给出了表1和2,分别。
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2.1.2。环形焊缝的坡口
两个圆形管道girth-welded在一起。双面v槽的加工参数在图所示1。第一和第二的角度V-grooves ~ 60°~ 80°,分别。为了打击焊弧容易,减少熔敷金属的数量,尽可能缩小差距。
2.1.3。焊接参数
双网PT-GMAW用于焊缝API X80管道钢线。焊接送丝系统的设置由两套(领先另一个),两个脉冲MIG 500电源,和一系列的控制设备。氩保护气体,由80%和20%的公司2是结合生成渣和气体保护药芯焊丝。为此,药芯焊丝AWS 5.29 E81T8-Ni2直径为2.0毫米被用作焊接消耗品。过程中使用的焊接参数优化提高焊缝质量和表中列出3。焊接过程由五个传递:一个根,也就是说,第一层的环形焊缝,紧随其后的是一个热传递,即环形焊缝的第二层,随后和三个,也就是说,2填料经过和1帽通过。根部焊道和热传递是由沉积的主要线和拖曳线,分别,而其他三个传递是由沉淀两个PT-GMAW的电线。预热和层间温度的范围被严格控制在100°~ 150°C。
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2.2。硬度试验
根据ASTM E92 macro-Vickers硬度试验进行的恒力10公斤。硬度测量的最大偏差HV10±3%。细节测试路径的位置见图2。
2.3。电化学腐蚀试验
2.3.1。腐蚀标本
对于电化学腐蚀测试,矩形标本取自焊缝金属和贱金属。每个样品的尺寸(10毫米×(10毫米×3毫米 。使用烙铁,有点超大型铜导线焊接到每个标本的后面。然后,所有的标本都安装在硅胶,使用金刚砂纸磨,抛光镜面光洁度。最后,抛光标本与丙酮和酒精清洗用吹风机和干。
2.3.2。腐蚀的解决方案
两种类型的解决方案被用于焊接用管的腐蚀行为的分析,因为内部和外部表面等方面经验的两种不同类型的腐蚀环境。腐蚀性溶液用于内表面是0.5摩尔的水混合物Na2二氧化碳和1摩尔NaHCO3pH值为9.4时的外表面是库尔勒土壤模拟溶液(19与成分表所示)4在室温下和pH值8.4。这些解决方案是由纯化学试剂和去离子水。对于一个给定的表面,也就是说,要么内部或外部,类似的解决方案是使用的贱金属和焊缝金属。
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2.3.3。测试设备和程序
使用电化学工作站组成三电极腐蚀试验设备。在这个设备,饱和甘汞电极和碳棒被选为参考和辅助电极,分别,标本作为工作电极。后稳定设置的开路电位、电化学阻抗谱(EIS)和极化(potentiodynamic扫描)实验在一个频率范围10−2-10年5赫兹和扫描电位范围−1.5 - -1.2 V。采用的扫描速度是1 mV / s的高ph的解决方案和0.5 mV / s在库尔勒土壤模拟溶液。大多数的腐蚀试验在室温下进行(20°C)除了那些旨在研究温度对腐蚀行为的影响。在后一种情况下,测试还在进行温度40°C和60°C。对于每个测试条件,至少3进行平行测试。潜在的测量值都是相对于饱和甘汞电极,和测试结果重现性好。
3所示。结果与讨论
3.1。焊缝形貌
3.1.1。焊接接头的宏观图
宏观图的双网PT-GMA API X80钢用管焊接图所示3。它可以发现双面v槽都是完全由五层沉积。比较传统的焊接工艺广泛应用于西气东输管道工程在中国(6),指图4,它表明,环形焊缝的焊接效率被显著提高使用双网PT-GMAW。
3.1.2。焊接接头的显微组织
贱金属的微观结构(BM),焊缝金属(WM)和热影响区(HAZ)如图4分别通过c。大英博物馆组织(图5(一个))由针状铁素体(AF)和多边形铁素体(PF)。大英博物馆内颗粒非常细,均匀分布。WM(图的微观结构5 (b))也构成了房颤和PF精制谷物虽然细化相比相对较少,在大英博物馆。此外,大量的粮食在WM联锁可以观察到。的粮食联锁,确保焊接接头的性能具有重要意义。热影响区微观结构(图5 (c))构成大量的粒状贝氏体(GB),相对少量的lath-shaped贝氏体(磅)和随机分布martensite-austenite成分(必备)。内的谷物HAZ粗得多比在大英博物馆和WM。这些粗粮产生更高的组织不均匀性,因此,可能会恶化焊接接头的性能。
(一)
(b)
(c)
3.2。焊接接头的硬度
数据6(一)- - - - - -6 (d)显示macro-hardness根部焊道的概要,热传递,填充层,分别和盖层。几乎在每一个层,研究平均值macro-hardness是最低的热影响区,按照以下顺序不同:HAZ < WM < BM。大英博物馆的平均macro-hardness略高于在WM是因为大英博物馆内的颗粒相对较好均匀分布,观察图5。盖层的硬度略低于其他层。原因是前层被后者热处理,使前一层的显微组织更好地改善其硬度。
(一)
(b)
(c)
(d)
3.3。焊接接头的腐蚀行为
3.3.1。耐蚀性分析
大英博物馆的极化曲线和EIS结果和WM高pH值解决方案是如图7(一)和7 (b),分别。它可以观察到大英博物馆和WM都明显钝化。从图7(一)很明显,局部腐蚀电流密度和腐蚀电位的BM 13.201μ·厘米−2分别和−0.862 V,而那些WM 16.657的值μ·厘米−2分别和−0.877 V。因此,WM -腐蚀电位比大英博物馆。这表明WM比大英博物馆更容易被腐蚀。也就是说,耐腐蚀的BM的WM低于高pH值的解决方案。此外,WM和BM的容抗弧(图7 (b))位于第一象限。这个观察表明,大英博物馆的反应电阻高于WM。这进一步表明,BM的腐蚀速率低于WM高pH值的解决方案。
(一)
(b)
EIS结果使用等效电路安装 。电路中,解决方案是阻力,腐蚀产物膜的电容,的耐腐蚀产物在电极表面,是双层电容,极化电阻。一般来说,更大的价值 ,更困难的是电极反应的可行性,因此,更好的是材料的耐腐蚀性能20.]。大英博物馆和WM 33380Ω·厘米2和10380Ω·厘米2,分别。可以看出WM的极化电阻远小于大英博物馆,这表明WM更容易上的电荷转移;也就是说,WM较差的耐蚀性比大英博物馆。这种断言是一致的,从观测获得的极化曲线如图7(一)。
大英博物馆的极化曲线和WM库尔勒土壤模拟解决方案,如图8(一个),类似于对方。没有可以观察到他们的阳极钝化现象,只有活跃区腐蚀。的局部腐蚀电流密度和腐蚀电位大英博物馆是39.537μ·厘米−2分别和−0.688 V和41.602 WMμ·厘米−2分别和−0.769 V。增加边际的腐蚀电位负值BM表明其耐蚀性略高于库尔勒的WM土壤模拟溶液。
(一)
(b)
EIS图的结果8 (b)表明,大英博物馆的容抗弧大于WM。这表明BM展品反应阻力更大,因此,较低的腐蚀速率。EIS结果与等效电路安装(21]。拟合结果如表所示5。从表中的数据5,它可以发现BM的电荷转移电阻大于WM。因此,BM的耐蚀性优于WM。这种说法是一致的,从极化曲线的分析获得。
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3.3.2。温度的影响
库尔勒土壤模拟溶液温度的影响在BM的耐腐蚀和WM数据所示9(一个)和9 (b),分别。随着温度的增加,极化曲线的大英博物馆和WM向下位移,表明下降的局部腐蚀潜力BM和WM。换句话说,腐蚀倾向以及大英博物馆的腐蚀电流密度和WM增加。这些都是清晰的腐蚀速率增加的迹象。因此,它可以断言,大英博物馆的耐腐蚀和WM随着温度增加而减小。
(一)
(b)
图10显示了EIS BM和WM的结果在不同的温度下的土壤库尔勒模拟解决方案。明显降低电容的直径可以观察电弧温度的增加。这表明降低电极的抗化学反应或一个容易腐蚀反应,因为减少耐腐蚀的大英博物馆和WM。此外,大英博物馆的耐腐蚀性能是发现比这更好的WM考虑的温度。以上的观察是一致的与极化曲线。
(一)
(b)
3.3.3。氯的影响−浓度
为了研究氯的效果−浓度BM的耐腐蚀和WM 0.5 wt %, 1.5 wt %, 2.5 wt %, 3.5 wt %氯化钠溶液pH值被添加到高的解决方案。BM的极化曲线和WM 20°C图所示11。没有让大英博物馆和WM外加0.5 wt %氯化钠溶液。然而,随着Cl的进一步增加−浓度高的溶液pH值,外加1.5到3.5 wt %氯化钠的解决方案,重要的点蚀BM和WM观察,明显的宏观形态的BM和WM图12。从图11,很明显,蚀电位和钝化电势降低随着Cl−浓度。这表明一个相对容易的路径的形成和增长表面坑或点蚀敏感性更高。可以推断,Cl的增加−浓度导致腐蚀电流密度的增加和减少的腐蚀电位和腐蚀抵抗BM和WM。
(一)
(b)
(一)
(b)
图13显示了Cl的效果−浓度的EIS BM和WM。Cl的增加−浓度,电容弧和极化电阻逐渐减小,说明耐蚀性逐渐降低。这个结果是一致的与得到的极化曲线。
(一)
(b)
4所示。结论
(1)环形焊缝的焊接API X80钢用管和厚壁大口径进行了成功地使用双网PT-GMAW过程。这个过程实现焊接效率高使一个适当的选择上面的焊接结构。
(2)优化焊接参数,焊接接头展品良好的形态、力学性能和耐腐蚀性能。不考虑腐蚀环境的类型,焊缝金属的耐腐蚀性能略低于的贱金属在内外表面的API X80钢用管。
(3)贱金属和焊缝金属的耐腐蚀性能与温度的增加或减少Cl−浓度。
的利益冲突
作者宣称没有利益冲突。
确认
作者感谢金融支持中国的国家自然科学基金(51305461)和基础研究基金为中央大学(13 cx02075a)。他们还想承认的演讲手稿提交给中国女企协WSE & 2017。
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