张力减径焊管的压扁性能研究

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1、张力减径焊管的压扁性能研究摘要：硏究了高频焊接钢管在焊接及热轧张力减径后组织和压扁性能的变化。研究结果表明：高频焊接过程除造成焊接热影响区与基体的组织差异外，还改变了钢中金属流线的方向和连续性;焊管经热轧张力减径后,随变形量的增加而变化的热影响区组织与基体组织趋于一致;焊接过程中金属流线方向的改变及钢中夹杂物数量较多，将导致压扁试验时断口多在焊接热影响区一侧。0前言由于直缝焊管生产设备少、成材率高、生产成本低,自20世纪80年代以来”焊管在钢管中尤其是在高强韧钢管中所占的比例不断增加。目前，除输油管线x70,X80采用焊管外，欧美等地在J55,N80级石油套管和锅炉管上也大规模使用焊管

2、,国内也引进设备生产这类高强度焊管。对焊管焊缝进行正火处理，可以改善焊接热影响区组织,减轻或消除组织应力。焊管经加热和张力减径后，还可以扩大产品规格范围。但是，热轧张力减径焊管的组织性能在工艺过程中的变化值得深入硏究。本文将重点介绍张力减径焊管的压扁性能研究结果。1实验方案试验材料采用化学成分不同，规格为283*3.5mm的两种20钢带钢,将其焊接成92*3.5的母管，m1000-1050度加热及张力减径后，加工成57*3.5,25*3mm的管材。这两种带钢的化学成分和力学性能分别如表1,2所示。衣I实验帯钢的化了成分%项目CSiMnSP带钢10.18~().20()•22■0.310

3、.21-0.530.02()-0.031().015-0.021带钢20.18-().22(k17370.25-0.55W0.030WO.()3()带钢号取样方式MPairh/MPh&強冷弯性能1横向3204702241/丿=3°介格纵向310465352横向2954552656!)=aft格纵向29545038表2实验带钢的力学性能注：!)带钢的冷弯变形血彳齐d带钢厚度。对经焊接、加热和张力减径后的钢管，用苦味酸侵蚀金属流线或奥氏体组织，用2-4%的硝酸酒精侵蚀室温组织，进行金相分析，确定钢管焊缝附近的组织差异和变化；对张力减径管进行压扁试验，测试其压扁性能。2试验结果1带钢和张力减

4、径焊管的组织金属流线是由钢基体组织化学成分及夹杂物带状偏析产生的，成分偏析越严重钢中夹杂物越多,流线就越清晰。高频焊接过程除造成焊接热影响区产生典型的焊接组织与基体组织存在差异外，还改变了钢中金属流线的方向和连续性，如图1所示。图I高频焊接热影响区及管材搖体的金属流线日一焊接热妙响区i>-n材雄体焊管经加热后，其热影响区的奥氏体晶粒大小与基体存在差异，热影响区的奥氏体晶粒较细小（图2）。图2炸管焊搖热彫响区的金+iim织a一焊缄处奥氏体组织I）一57mm-I?了的铁素体+珠光体组织<•—

5、子的焊缝组织较基体的细小，而25*3.5管子的焊缝与基体组织均匀一致，说明随变形量的增加热影响区组织与基体组织趋于一致。2.2张力减径焊管的压扁性能张力减径焊管的压扁试验，按国家标准GB3.87-1982有关最小压扁高度的规定进行。压扁高度按以下公式计算H=(1+a)*S(a+S/D)式中H压扁后剩余高度；S管的公称壁厚；D钢管的公称直径；a单位长度变形系数，采用0.0&经计算，92*3.5管材压扁后剩余高度分别为32,2&加m。试验用焊接及张力减径钢管的压扁性能见表3O&3焊接及张力减径后钢管的压扁性能带钢号焊骨管径/tlltllJK扁髙度/mtn压扁合格率%范用均值19223.0-

6、37.727.1955717.5~23.819.510029225.4-64.043.5225716.8~33.523.367按照焊缝附近的金相分析,焊接热影响区的高温奥氏体及室温铁素体组织较基体组织细小，从这一角度讲，焊接热影响区的性能应该比基体好。但在硏究中发现：即使焊接工艺正常，经热轧张力减径后，焊管压扁时没有在基体开裂的，也很少在焊缝融合区开裂，多数在热影响区开裂。以下结合钢管在压扁时的受力及变形情况，分析影响钢管压扁性能的有关因素。3焊管压扁过程的力学分析压扁时焊管的受力分析见图3。图中钢管内外壁间的虚线为带钢的金属流线。焊接热影响区的流线及变形分析如图4所示。图4焊接热影区

7、的变形分析示恵：拉伸应变a—流线角e和一平行及垂直F流线的应变分lit11

8、图3焊管压扁i的力学分析示意F—爪扁作用力"一拉应力1一管外壁2—管内壁从图3,4可知，由于焊缝部位金属流线的改变和焊缝的存在,压扁时非焊接部位外侧拉应力平行于金属流线,压扁变形相当于带钢横向拉伸。焊接过程中，焊缝附近金属流线发生改变。焊缝外侧拉应力垂直于焊缝”与热影响区的流线有一夹角。金属流线偏离原方向的角度称为流线角a流线角越大，应力与流线的夹角越大，夕卜应力越趋向