鍛造AISI4130和1020Mn鋼的可焊性研究
文章來源：sjzwx 更(geng)新時間：2014-06-03 09:25:03
鍛造AISI4130和1020Mn鋼的可焊性研究
AISI4130鋼是油田生產中一種廣泛使用的結構鋼，它具有很高的淬硬性。該鋼的焊接質量與緯度有關，特別是在野外焊接，緯度能影響焊接方法、過程及焊條的控制。本文的目的在于尋找一種對AISI4130鋼有效的焊接材料，使之在野外焊接條件下具有很強的適應性。AISI4130結構鋼的規格為101．6mm×101．6mm×203．2mm，是鍛件。1020Mn鋼的試驗材料是從厚50．8mm、寬101．6mm的鍛件上截取下的長203．2mm的材料。
利用兩個熟知的可焊性試驗來評價AISI4130和1020Mn鋼的可焊性，這就是C．T．S試驗和縱向焊道下巴特爾（B．U）試驗。利用這兩個試驗可在很多鋼種上得到可焊性數據，并且試驗過程可以文字形式很好地表達出來。簡而言之，C．T．S試驗提供了在熱對流路徑數和器材厚度不同時，焊接熱傳導條件的范圍不同，在一側熔池有兩個熱對流方向，而另一側熔池有3個，這雙向導熱焊縫與三向導熱焊接縫是不相干的。每塊板6．35mm的厚度代表了其TSN值，因此，厚度的變化應記錄下來以供分析時使用。如我們使用的38．1mm厚的板在雙傳熱方向時TSN值為12，在三傳熱方向時TSN值為18，結果就是根據低于其值則不會出現裂紋的TSN值得出來的。
C．T．S的裝配可用E6010和E7018焊條氣體保護焊，也可用F62—E172焊劑焊條，填充金屬相結合進行埋弧焊，后者在用干燥和潮濕焊劑時，可看出它們各自對焊劑控制的影響。38．1mm及25．4mm厚的材料用來作氣體保護焊試驗，38．1mm厚的用來作埋弧試驗。縱向焊道下巴特爾（B．U）試驗不象C．T．S試驗那樣作復雜的分析，只要簡單地測出一塊控制在水冷散熱片條件下焊接鋼中焊道裂紋的數量。這個試驗的數據并不能準確說明在實際情況下進行焊接的可焊性。巴特爾（B．U）試驗是在一塊50．8mm×76．2mm×7mm大小，水距上表面12．70mm的鋼塊上進行。
雖然這個試驗不象C．T．S試驗那樣全面，但在比較我們所用的這兩種38．1mm厚的材料所固有的不同可焊性方面還是被認為有用的。試驗得出的數據清楚地顯示出使用象E6010焊條這樣薄皮中含纖維物質的焊條會使AISI4130或1020Mn鋼中產生裂紋。只是用E6010焊條時，1020Mn鋼的可焊性會稍好一點，但可焊性的提高不足以保證焊接縫不產生裂紋。使用E7018焊條，在1020Mn鋼中不會發現裂紋，但在AISI4130鋼的三向導熱結構中仍會發現一些裂紋。1020Mn鋼的可焊性在某些方面比AISI4130鋼好，而且，使用低氫焊條在厚度不超過38．1mm的1020Mn鋼上焊接肯定不會有問題。埋弧焊的數據也表明在按照良好的工藝規范下進行操作，這兩種鋼都能避免焊縫中的裂紋。
但是，焊劑中有一點潮濕時AISI4130鋼中即會出現裂紋，而1020Mn鋼則不會。25．4mm厚的試樣進行的可焊性試驗未達到預期結果，盡管如此，從25．4mm厚試樣的數據中可看出25．4mm已超過了可焊性要求的厚度，因為厚25．4mm數據很接近厚38．1mm的數據，我們可以找出一個門檻值，在其上可焊性的變化將不易辨別。雖然沒有能證明此理論的試驗，但無論如何，從化學成分計算出的可焊性指數及BWRA數據都表明，確定可焊性指數時使用薄得多的材料是必要的。C．T．S試驗中焊縫熱影響區上橫向分布的硬度有相當大的差異。但是，AISI4130鋼的平均硬度是544knoop。1020Mn鋼的平均硬度是467knoop。巴特爾可焊性試驗試樣縱向焊道下的典型截面在使用E6010焊條時，在兩種鋼中產生了焊道下裂紋，使用E7018低氫型焊條在所有巴特爾試樣中沒有發現裂紋，這些結論進一步證實了從C．T．S試驗中所得論點。
也可用碳當量和一些附加的BWRA的表格數據來計算可焊性指數，理論上講，它的結果應和C．T．S試驗的結果一致。經過計算AISI4130鋼的碳當量是0．44，1020Mn鋼的碳當量為0．325，利用BWRA的數據，可改進可焊性指數及確定預熱要求。經過計算1020Mn鋼的預熱溫度要比ISI4130鋼低37．8℃，則其良好的可焊性除所需預熱溫度低外，預熱的時間及成本也稍有降低。1、在高緯度野外焊接條件下，對于焊接方法的變量控制，以1020Mn鋼代替AISI4130鋼是有效的選擇。雙向導熱和三向導熱的C．T．S試驗表明1020Mn鋼比AISI4130鋼的裂紋敏感性小，根據碳當量計算出來的可焊性指數進一步證實1020Mn鋼的預熱要求可比AISI4130鋼至少低37．8℃。2、在C．T．S試驗中，雙向和三向導熱結構厚度為25．4mm和38．1mm時，用E6010焊條的焊縫在AISI4130鋼和1020Mn鋼中的裂紋繁感比用E7018焊條時要大得多。使用干燥焊劑的埋弧焊縫在AISI4130鋼或1020Mn鋼中都不會有裂紋，當焊劑偶爾潮濕時，在三向導熱厚度為38．1mm的AISI4130鋼中會遇到裂紋，但在1020Mn鋼中則不會。3、巴特爾試驗無需象C．T．S試驗那樣進行復雜分析，但其結果則與C．T．S試驗結果一致。使用E6010焊條在AISI4130鋼和1020Mn鋼中都出現裂紋，但使用E7018焊條則不然。
