胡定榮，包東力，楊為民，任武化，王鐸

青海油田機(jī)械廠 甘肅酒泉 736202

本單位生產(chǎn)N80Q鋼級(jí)的套管，庫存有大量棄用的N80Q鋼級(jí)管材。2018年單位成立井口密封器項(xiàng)目，需要大量20管材。用庫存N80Q管材替代成為當(dāng)務(wù)之急，相應(yīng)的N80Q鋼級(jí)的焊接性研究也提上日程。

1 N80Q鋼材料性能分析

1.1 化學(xué)成分

對(duì)N80Q鋼級(jí)的焊接性相關(guān)研究領(lǐng)域，國內(nèi)存在著空白。先從其化學(xué)成分復(fù)驗(yàn)開始。N80Q化學(xué)元素分析依據(jù)檢測標(biāo)準(zhǔn)API SPEC 5CT—2011，化學(xué)成分見表1。

表1 化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)） （%）

1.2 力學(xué)性能和工藝性能

N80Q力學(xué)性能和工藝性能分析依據(jù)檢測標(biāo)準(zhǔn)API SPEC 5CT—2011。力學(xué)性能和工藝性能分析見表2。拉伸試驗(yàn)的試件規(guī)格為φ139.7mm×9.17mm。

1.3 碳當(dāng)量和冷裂紋敏感指數(shù)分析

通過計(jì)算得出N80Q的碳當(dāng)量CE=0.589%＞0.5%，冷裂紋指數(shù)Pw=0.46＞0，有一定的淬硬組織，冷裂紋傾向敏感，焊接性比較差[1－2]。

2 焊接工藝評(píng)定

綜合考慮N80Q的焊接性，制定焊接工藝時(shí)，應(yīng)降低焊接接頭的焊接應(yīng)力、控制淬硬組織的產(chǎn)生，并設(shè)法減少焊縫中擴(kuò)散氫的含量。

2.1 預(yù)熱溫度

通過計(jì)算確定焊接時(shí)預(yù)熱溫度為180℃，層間溫度均保持在180~200℃。

2.2 焊前準(zhǔn)備

1）將坡口兩側(cè)20mm的范圍內(nèi)用拋光機(jī)將鐵銹、油污及雜物清理干凈。

2）接頭形式采用管對(duì)接接頭進(jìn)行工藝評(píng)定。

3） 焊工資質(zhì)及焊接設(shè)備。具有相應(yīng)焊接資質(zhì)的焊工擔(dān)任焊接。焊接設(shè)備選用ZX7-400S逆變式焊機(jī)。

表2 力學(xué)性能和工藝性能分析

4）焊接材料的選用。為了保證具有與產(chǎn)品技術(shù)條件相匹配的力學(xué)性能，選用E8015-G低氫焊條和ER76-1焊絲。焊條烘干溫度350℃，烘干1h。此類焊條盡量使用多少烘干多少，切不可重復(fù)烘干。焊條的領(lǐng)取和發(fā)放嚴(yán)格按使用規(guī)定發(fā)放，使用時(shí)焊條存放在保溫筒中，隨用隨取。

2.3 焊接環(huán)境

為了保證焊接的順利進(jìn)行，此焊接在廠房內(nèi)進(jìn)行。環(huán)境溫度20℃以上，風(fēng)速＜10m/s，廠房相對(duì)濕度＜20%。

2.4 焊接方法及焊接順序

焊接方法采用氬弧焊打底，焊條電弧焊填充和蓋面，即單面焊接雙面成形法。焊完每一層，采用拋光機(jī)和鋼絲刷將焊道內(nèi)藥渣及飛濺清理干凈。各焊層焊道的接頭應(yīng)盡量錯(cuò)開。

2.5 預(yù)熱溫度

焊前預(yù)熱可以有效地降低冷卻速度，防止冷裂紋產(chǎn)生，從而改善接頭的組織，并有利于氫的析出，是生產(chǎn)中最常用的一種方法。我們采用電腦溫度控制儀器進(jìn)行電阻絲加熱，當(dāng)溫度達(dá)到260℃時(shí)開始焊接。

2.6 層間溫度的控制

焊接過程中，繼續(xù)采用電腦溫度控制儀器進(jìn)行電阻絲加熱，保證層間溫度在260~270℃之間，并用紅外線測溫儀器測定焊道，保證焊道的溫差在±10℃之間。

2.7 焊接熱輸入的確定

由于N80Q的焊接性，制定焊接工藝時(shí)，應(yīng)降低焊接接頭的焊接應(yīng)力，控制淬硬組織的產(chǎn)生，設(shè)法減少焊縫中擴(kuò)散氫的含量，采用小的熱輸入，減少粗晶區(qū)NbC的固溶分解及晶粒長大，防止冷卻速度過大而出現(xiàn)淬火組織，提高塑性和韌性。焊接時(shí)適當(dāng)選擇小電流、低電弧電壓和適當(dāng)提高焊接速度來控制焊接熱輸入，同時(shí)焊接時(shí)采用多層多道焊法，焊條盡量不擺動(dòng)。

2.8 焊后熱處理

用罩式熱處理爐進(jìn)行焊后熱處理，淬火溫度（8 5 0±1 0）℃，保溫2 h，回火溫度（560±20）℃，保溫3h。

2.9 焊接參數(shù)

焊接工藝評(píng)定所用焊接參數(shù)見表3。

3 焊后檢測

3.1 外觀檢測

熱處理后，試件外觀檢測合格，并進(jìn)行RT檢測，Ⅰ級(jí)合格。

表3 焊接參數(shù)

表4 力學(xué)性能檢測結(jié)果

3.2 力學(xué)性能檢測

按照《鋼結(jié)構(gòu)焊接規(guī)范》（AW S D1.1/D1.1M—2015）執(zhí)行。主要評(píng)定縮減斷面拉伸試樣2件，面彎試樣2件，背彎試樣2件。力學(xué)性能檢測結(jié)果見表4。

4 結(jié)束語

N80Q焊接工藝評(píng)定合格后，在井口密封器項(xiàng)目中用庫存N80Q管材成功替代20管材，既保證了產(chǎn)品質(zhì)量，又創(chuàng)造了新的經(jīng)濟(jì)增長點(diǎn)。