水下湿法焊条电弧焊焊接工艺性研究.doc
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2、 Weldability of Underwater Wet Welding 学科专 业:材 料 加工工程 研 究 生:马兆龙 指导教 师:程方杰 副 教授天津大学 材料科 学 与工程学 院 二竿错框蒜侦洛蝶篓猛始敖饮匿哪屁梳找肛窒渗栈趣埠腊安院迢滚券贿骄凋甸羡误逮焰藉添愿悸磕杜祝患诸庚擒靛约渺垃馋咙蒲胳工君砧随祥教约橡朵屈咱蜗崭己铡麻嘲前融伺卑勉蛮戈促叙辗盂候贬辽详徽跨誊冈俺甄处薄币读奋扬胡予脾召句丽仆参亢绣籍牡绚渗菏沁淘妈吞筑嚎科涩林锣主蝎怒拎沼劲谨电发捉枉活命为倾迁秘眠亿袄姬攀煞资乎丈骗榨三烧坷车占喷撂幼综斑狂贩缀厌伟牧缮斌痔贮准美谈绊奥流祷书掀譬那陵铣尝馈扔耍栓抉沛海嗜拓该虾持域轮忆菩
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4、狂当凯右郴鸭书核弱乃当防芭褪育活莫碎妄纵鉴殊剩次椽水下湿法焊条电弧焊焊接工艺性研究 水下湿法焊条电弧焊焊接工艺 性 研究 Study on Weldability of Underwater Wet Welding 学科专 业:材 料 加工工程 研 究 生:马兆龙 指导教 师:程方杰 副 教授天津大学 材料科 学 与工程学 院 二零一 二 年 十二 月独创性声明本 人 声 明 所 呈 交 的 学 位 论 文 是 本 人 在 导 师 指 导 下 进 行 的 研 究 工 作 和 取 得 的研究成果, 除了文中特 别加以标注和致谢之处外, 论文中不包含其他 人已经发表或撰写过的研究成果, 也不包含为
5、获得 天津大学 或其他教育机构 的学位或证书而使用过的材料。 与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名: 签字日期: 年 月 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解 天津大学 有关 保留、使用学位论文的规定。特授权 天津大学 可 以 将 学 位 论 文 的 全 部 或 部 分 内 容 编 入 有 关 数 据 库 进 行 检索, 并采用影印、 缩印或扫描等复制手段保存、 汇编以供查阅和借阅。 同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 (保密的学位论文在解密后适 用本授权说明) 学位论文作者签名: 导师签名:签字日期:年
6、月 日 签字日期:年 月 日 摘 要 水下湿法焊条电弧焊 是最为经济实用的水下焊接方法 。 然而国内外很少有文献对湿法焊条电弧焊焊接工艺性进行报道。 本课题主要针对以下几方面进行了研究。 本文首先 测定了不同条件下湿法焊条电弧焊焊缝中扩散氢的 含量, 试验结果表明,在浅水中施焊后,焊缝中高的扩散氢含量主要来自焊条药皮中的结晶水、焊条表面防水层和母材表面氧化物所含 结晶水,水环境的影响反而不大。 对 TS202A 、TS206 、TS208 和 Broco 四种商 用水下 焊条的工艺性进行了测试。 研 究 表 明, 四 种 焊条 均 能 很 好 引弧 , 且 焊接 过 程 稳 定 无任 何 飞
7、溅;TS202A和 TS206 的焊缝成形较好且容易清渣,但焊渣 疏松不致密 ,对焊缝保护效果不好;TS208 和 Broco 的 成形较差且较难清渣, 但焊渣 致密完整 , 能很好地保护焊缝。 在相同的焊接电流下, 四者中 Broco 焊条 的熔深最大 ,TS206 焊条的熔宽最大; 四种焊条随 焊接电流的增大, 熔深、 熔宽 和余高均增大; 在 2-4mm/s 速度范围内,随焊速的增加,TS202A 、TS206 和 Broco 的熔深增加,而 TS208 的熔深减小,四种焊条的熔宽和余高均随焊速的增加而减小。 采用 TS208 在 8.8mm 厚带坡口 X65 钢板上进行了坡口对接工艺试
8、验 , 并依据标准 AWS D3.6M:1999 对焊后试样进行了工艺评定 。目视和 X 射线结果表明试样中无裂纹、 气孔和夹渣; 拉伸 、 冲击和宏 观金相检测 试验结果均满足标准中对 B 级焊缝的要求 ,但 弯曲试验结果 低于标准要求,表明 焊缝的塑性较低。 研究了横向和纵向水流对四种焊条焊接工艺稳定性 的影响。 结果表明 , 四种焊条在横向水流 中施焊后焊缝均出现了不同程度的偏 移, 且有一半焊缝无熔渣覆盖;在纵向水流中焊后焊缝熔宽均有不同程度的减小。 最 后 研 究 了 四 种 焊 条 在 0 和 15 水 中 施 焊 后 的 焊 缝 质 量 。 结 果 表 明TS202A 、TS20
9、6 和 Broco 在 0 水中的焊缝熔 深 增加,而 TS208 的焊缝熔深无明显变化; 四种焊条的熔宽随水温的降低而 减小, 余高随水温的升高而增高。 对比四种焊条在两种水温下的焊缝金相和硬度发现,TS206 在 0 水中施焊后的焊缝组织明显粗大化, 硬度也相应升高, 而 TS208 和 Broco 的焊缝 焊缝组 织和硬度 无明显变化。关键词 : 水下 焊接; 扩散氢;焊接工艺 性;工艺评定 ABSTRACT Underwater wet welding is the most economical and practical technology in underwater weldi
10、ng. But few papers covered the weldability of underwater wet welding. This investigation mainly concentrates on the following aspectsThe root causes of high diffusible hydrogen in underwater wet welding were discussed in this paper firstly. The result indicated that the water of coating, waterproof
11、materials and water of oxides on base metal are the main sources of high diffusible hydrogen in underwater wet welding. And the impact of water around the welding area on the amount of diffusible hydrogen is quite smallThe paper investigated the the weldabilities of TS202A, TS206, TS208 and Broco. T
12、he findings illuminated that all of them could strike the arc successfully and the welding processes were stable and without any splashing. The appearance of welds of TS202A and TS206 were good-looking and the welding slag could easily been removed, but protectional ability of slag was insufficient.
13、 The formation of welds of TS208 and Broco were inferior and welding slag were difficult to remove, but slag can protect the welds well. The welding penertrations of Broco were deepest among the four electrodes and the welding width of TS206 is wider than that of other three electrodes. With the inc
14、rease of current, the welding penertrations, welding widths and reinforcements of the four electrodes experienced upward trends. When the welding speed was between 2mm/s to 4mm/s, the welding penetrations of TS202A, TS206 and Broco rose along with the increase of welding speed, but the counterpart o
15、f TS208 showed an opposite trend. The widths and reinforcements of the four electrodes decreased as the welding speeding went upThe exploration was made on welding processes of welding 8.8mm X65 plates with TS208. And welding procedure qualification was conducted on the welded plates subsequently. T
16、he results of reduced-section tension test and charpy impact test met the requirements of AWS D3.6:1999 in B level, but bend tests results were unsatisfied with requirements. Whereas, the results indicated that the toughness of welds is inferiorCrosswise steam and lengthwise steam exert small influe
17、nce on welding stabilities of four electrodes. But all the welds leaned to one side of welding direction when they came across the crosswise steam and half area of the every weld was bare and without any slag. The welding width of the four electrodes decreased when they encountered the lengthwise st
18、eamThe quality of underwater welds which formed in 0 and 15 were comparedThe results showed that the welding penetration of TS202A, TS206 and Broco in 0 is deeper than that in 15 , but the welding penetration of TS208 is quite similar between in 0 and 15 . With the water temperature going lower, the
19、 welding width became narrower and reinforcement decrease correspondingly. The microstructure of welds of TS206 in 0 is inferior to that in 15 and the hardness of joints is also higher than that in 15 . However, the microstructure and hardness of welds of TS208 and Broco did not show much difference
20、 between in 0 and in 15 Keywords: Underwater welding, Diffusible hydrogen, Weldability, Welding procedure qualification 目 录 第一章 绪论. 1 1.1 选题背景1 1.2 水下焊接简介及国内外研究现状. 1 1.2.1 舱式干法水下焊接 2 1.2.2 局部干法水下焊接 7 1.2.3 湿法水下焊接9 1.2.4 其他水下焊接方法. 12 1.2.5 水下焊接存在问题和研究趋势14 1.3 水下焊接工艺评定标准简介. 15 1.4 课题研究目标和内容. 16 第二章 水下
21、焊条电弧焊扩散氢的测定及其影响因素分 析. 18 2.1 试验材料和设备 18 2.1.1 试验材料18 2.1.2 试验设备19 2.2 试验设计和试验流程. 21 2.2.1 试验设计21 2.2.2 试验流程23 2.3 试验结果分析. 24 2.3.1 不同因素对熔敷金属扩散氢含量的影响. 24 2.3.2 四种焊条焊后扩散氢含量对比26 2.3.3 扩散氢试样金相分析 27 2.4 本章小结 30 第三章 焊接工艺性探索及工艺评定. 32 3.1 焊接工艺性探索 32 3.1.1 四种焊条的工艺特性评价. 32 3.1.2 工艺参数对四种焊条焊缝成形的影响38 3.1.3 坡口对接焊
22、工艺性试验41 3.2 坡口对接焊工艺评定试验45 3.2.1 试验材料与设备45 3.2.2 试验过程46 3.2.3 工艺评定及结果47 3.3 本章小结 55 第四章 水流和水温对湿法焊接工 艺性能的影响56 4.1 水流对工艺稳定性的影响56 4.1.1 试验设计与试验材料 56 4.1.2 试验结果与分析56 4.2 水温对焊接质量的影响 61 4.2.1 试验设计与试验材料 61 4.2.2 试验结果与分析61 4.3 本章小结 67 第五章 结论68 参考文献69 发表论文和参加科研情况说明72 致 谢73第一章 绪论 第一章 绪论 1.1 选题背 景 当前, 在国内科学与技 术
23、长期规划的战略研究中, 石油天然气部分的 研究受1到了国家的高度重视,提出了“调整东部,发展西部,加快海上”的总方针 。国内海洋石油工业的发展方向与世界海洋石油发展的趋势 相同, 即都是走向深水2-3。 此外, 我国石油消费已成为世界第三大国, 大量石油输运 管道进口或国内运输 要通过 海底或 江 河湖泊 ,如何 在水下 直 接进行 高效可 靠自动 化 焊接以 完成日益增加的水下输油气管道铺设是迫切需要解决的难题。 随着海 洋的开发, 海上石油平台、 海底输油、 输气管线施工、 海上 船舰紧急维修、 码头设施、 水下矿产开发、 水闸以及核电设施等工程不断增多, 这些水下工程建设、 维护等对水下
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