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锻造AISI4130和1020Mn钢的可焊性研究

文章来源:sjzwx 更新时间:2014-06-03 09:25:03

 锻造AISI4130和1020Mn钢的可焊性研究

    AISI4130钢是油田生产中一种广泛使用的结构钢,它具有很高的淬硬性。该钢的焊接质量与纬度有关,特别是在野外焊接,纬度能影响焊接方法、过程及焊条的控制。本文的目的在于寻找一种对AISI4130钢有效的焊接材料,使之在野外焊接条件下具有很强的适应性。AISI4130结构钢的规格为101.6mm×101.6mm×203.2mm,是锻件。1020Mn钢的试验材料是从厚50.8mm、宽101.6mm的锻件上截取下的长203.2mm的材料。
    利用两个熟知的可焊性试验来评价AISI4130和1020Mn钢的可焊性,这就是C.T.S试验和纵向焊道下巴特尔(B.U)试验。利用这两个试验可在很多钢种上得到可焊性数据,并且试验过程可以文字形式很好地表达出来。简而言之,C.T.S试验提供了在热对流路径数和器材厚度不同时,焊接热传导条件的范围不同,在一侧熔池有两个热对流方向,而另一侧熔池有3个,这双向导热焊缝与三向导热焊接缝是不相干的。每块板6.35mm的厚度代表了其TSN值,因此,厚度的变化应记录下来以供分析时使用。如十大信誉网赌网站使用的38.1mm厚的板在双传热方向时TSN值为12,在三传热方向时TSN值为18,结果就是根据低于其值则不会出现裂纹的TSN值得出来的。
    C.T.S的装配可用E6010和E7018焊条气体保护焊,也可用F62—E172焊剂焊条,填充金属相结合进行埋弧焊,后者在用干燥和潮湿焊剂时,可看出它们各自对焊剂控制的影响。38.1mm及25.4mm厚的材料用来作气体保护焊试验,38.1mm厚的用来作埋弧试验。纵向焊道下巴特尔(B.U)试验不象C.T.S试验那样作复杂的分析,只要简单地测出一块控制在水冷散热片条件下焊接钢中焊道裂纹的数量。这个试验的数据并不能准确说明在实际情况下进行焊接的可焊性。巴特尔(B.U)试验是在一块50.8mm×76.2mm×7mm大小,水距上表面12.70mm的钢块上进行。
    虽然这个试验不象C.T.S试验那样全面,但在比较十大信誉网赌网站所用的这两种38.1mm厚的材料所固有的不同可焊性方面还是被认为有用的。试验得出的数据清楚地显示出使用象E6010焊条这样薄皮中含纤维物质的焊条会使AISI4130或1020Mn钢中产生裂纹。只是用E6010焊条时,1020Mn钢的可焊性会稍好一点,但可焊性的提高不足以保证焊接缝不产生裂纹。使用E7018焊条,在1020Mn钢中不会发现裂纹,但在AISI4130钢的三向导热结构中仍会发现一些裂纹。1020Mn钢的可焊性在某些方面比AISI4130钢好,而且,使用低氢焊条在厚度不超过38.1mm的1020Mn钢上焊接肯定不会有问题。埋弧焊的数据也表明在按照良好的工艺规范下进行操作,这两种钢都能避免焊缝中的裂纹。
    但是,焊剂中有一点潮湿时AISI4130钢中即会出现裂纹,而1020Mn钢则不会。25.4mm厚的试样进行的可焊性试验未达到预期结果,尽管如此,从25.4mm厚试样的数据中可看出25.4mm已超过了可焊性要求的厚度,因为厚25.4mm数据很接近厚38.1mm的数据,十大信誉网赌网站可以找出一个门槛值,在其上可焊性的变化将不易辨别。虽然没有能证明此理论的试验,但无论如何,从化学成分计算出的可焊性指数及BWRA数据都表明,确定可焊性指数时使用薄得多的材料是必要的。C.T.S试验中焊缝热影响区上横向分布的硬度有相当大的差异。但是,AISI4130钢的平均硬度是544knoop。1020Mn钢的平均硬度是467knoop。巴特尔可焊性试验试样纵向焊道下的典型截面在使用E6010焊条时,在两种钢中产生了焊道下裂纹,使用E7018低氢型焊条在所有巴特尔试样中没有发现裂纹,这些结论进一步证实了从C.T.S试验中所得论点。
    也可用碳当量和一些附加的BWRA的表格数据来计算可焊性指数,理论上讲,它的结果应和C.T.S试验的结果一致。经过计算AISI4130钢的碳当量是0.44,1020Mn钢的碳当量为0.325,利用BWRA的数据,可改进可焊性指数及确定预热要求。经过计算1020Mn钢的预热温度要比ISI4130钢低37.8℃,则其良好的可焊性除所需预热温度低外,预热的时间及成本也稍有降低。1、在高纬度野外焊接条件下,对于焊接方法的变量控制,以1020Mn钢代替AISI4130钢是有效的选择。双向导热和三向导热的C.T.S试验表明1020Mn钢比AISI4130钢的裂纹敏感性小,根据碳当量计算出来的可焊性指数进一步证实1020Mn钢的预热要求可比AISI4130钢至少低37.8℃。2、在C.T.S试验中,双向和三向导热结构厚度为25.4mm和38.1mm时,用E6010焊条的焊缝在AISI4130钢和1020Mn钢中的裂纹繁感比用E7018焊条时要大得多。使用干燥焊剂的埋弧焊缝在AISI4130钢或1020Mn钢中都不会有裂纹,当焊剂偶尔潮湿时,在三向导热厚度为38.1mm的AISI4130钢中会遇到裂纹,但在1020Mn钢中则不会。3、巴特尔试验无需象C.T.S试验那样进行复杂分析,但其结果则与C.T.S试验结果一致。使用E6010焊条在AISI4130钢和1020Mn钢中都出现裂纹,但使用E7018焊条则不然。
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