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    37Mn5的焊接性剖析

      37Mn5的焊接性剖析

      1.1 37Mn5為常用的石油套管資料,規范參照美國石油學會規范API5A,鋼級J55。經過核算37Mn5的碳當量來剖析其焊接性。37Mn5的化學成分見附表。

      選用國際焊接學會碳當量公式核算:

      CE=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15

      CE=0.69>0.4

      經核算碳當量超越0.4,資料焊接性較差。若要焊接,需求較高的預熱溫度和嚴格的工藝辦法才能得到合格的焊接質量。



      依據37Mn5合金元素含量對組織功能的影響剖析其焊接性:

      37Mn5為石油套管資料,常用鋼級J55。自身碳含量較高,0.34%~0.39%,使鋼的過冷奧氏體轉變曲線向右移動,過冷奧氏體穩定性增高;加入合金元素Cr,Mn,Ni,Cu等合金元素,使鋼的過冷奧氏體轉變曲線進一步向右移動,愈加增強了過冷奧氏體的穩定性,并且使Ms點(馬氏體構成開始點)升高;這些影響都使37Mn5的淬硬傾向增大,焊接時較容易呈現裂紋。

      37Mn5冷裂傾向大,首要類型是淬硬脆化裂紋。因為其自身強度高,焊接熱影響區的最高硬度值高及快冷,極易生成馬氏體。焊接時寧可選用大的線能量,不應過火減小焊速,應適當增大焊接電流。為下降冷卻速度,延伸焊接接頭從800~500℃的冷卻時刻,改進焊縫金屬及熱影響區的顯微組織,使熱影響區最高硬度下降,需焊前預熱,焊后回火。

      37Mn5熱裂傾向不大,因其導熱系數不是很高,不易生成低熔共晶體;再熱裂紋傾向也不大,因其不含強碳化物。37Mn5抗拉強度≥517 MPa,屈從強度379~522MPa,選用與其強度匹配的焊絲ER55-G,該焊絲焊接工藝功能優秀,Ni含量較高,有很強的抗冷裂功能,熔敷金屬具有優秀的歸納力學功能。

      因為焊接37Mn5時,需求較大的熱輸入量, 母材及焊材強度值都較大,焊接時內應力極大, 焊接時需求邊焊邊錘擊焊縫,焊后進行熱處理消除內應力,避免因為應力過大導致焊后開裂。焊后熱處理同時能改進焊接組織功能。

      2 37Mn5的焊接工藝實驗

      依據上述37Mn5的焊接性剖析,擬定如下兩種工藝計劃:

      (1)焊接方法的挑選:80%Ar+20%CO2氣保焊。焊接資料的挑選:焊絲選用ER55-G,直徑Φ3.2mm。焊接參數:電流250~320A,電壓26 ~30V;焊接速度35~50cm/min;預熱溫度為100℃, 確保層間溫度不低于預熱溫度,但也不允許高于預熱溫度30℃。焊后處理:空冷,不進行任何熱處理。

      (2)焊接方法的挑選:80%Ar+20%CO2氣保焊。焊接資料的挑選:焊絲選用ER55-G,直徑Φ3.2mm。焊接參數:電流250~320A,電壓26 ~30V;焊接速度35~50cm/min;預熱溫度為100℃, 確保層間溫度不低于預熱溫度,但也不允許高于預熱溫度30℃。焊后處理:回火處理,溫度600±20℃,保溫時刻為4h;升溫速率50℃/h, 降溫速率50℃/h。

      用上述兩種焊接工藝焊接的試塊,實驗結果如下:

      第(1)種計劃得出的結果:拉伸實驗,斷母材,合格;熱影響區3個試樣的沖擊值26,47,23,不合格;側彎四個試樣分別有3.75mm 的裂紋,4mm裂紋,1.38mm裂紋,0.89mm裂紋, 不合格;實驗證明此種工藝計劃不合理。

      第(2)種計劃得出的結果:拉伸實驗,斷母材,合格;熱影響區3個試樣的沖擊值51,40,40,合格;側彎四個試樣全部無缺,合格;實驗證明此種工藝計劃合理。焊后熱處理能改進焊接組織功能,是37Mn5焊接能否得到滿足技術要求的焊接接頭的重要因素之一。

      石油套管是保持油井運轉的生命線,資料一般為37Mn5,規范API5A,鋼級J55,長度隨油井的深度長短不一,一般較長。為確保功能且便利運送,石油套管結構設計為單個管體與接箍進行螺紋銜接后運送到油田,在現場首尾相接,達到長度要求后運用。為加固螺紋銜接的強度及防松操控,接箍與管體螺紋銜接后必須焊接。因為石油套管的運用環境惡劣,除對管體自身質量要求較高外,對焊接的質量要求也極其嚴格。經過上述焊接剖析及實驗,得出了能夠滿足要求的焊接工藝,這將為往后石油套管在焊接方向的發展提供極其重要的依據。


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