【摘 要】
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随着能源需求的不断增长,长距离油气运输越来越重要,但频繁发生的油气泄漏、输送管爆炸事故,使得油气运输的安全性更引起了人们的关注。腐蚀开裂是引起油气管道事故的主要原因,为了提高管道耐腐蚀性,人们曾试图采用纯不锈钢、钛合金等材料用于油气管道制备,但高昂的成本使得人们不得不另寻途径。钛-钢双金属复合管集钛、钢优点于一身,极好的解决了该问题,但钛与钢的物理、化学特性差异过大,使得其难以熔焊对接。目前,国内
【基金项目】
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国家高技术研究发展计划（863计划,编号:2013AA031303）； 陕西省教育厅产业化培训项目（编号:2012JC16）； 西安市科技计划项目（编号:CX1250②）； 西安市科技计划项目（编号:CX12163）；
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随着能源需求的不断增长,长距离油气运输越来越重要,但频繁发生的油气泄漏、输送管爆炸事故,使得油气运输的安全性更引起了人们的关注。腐蚀开裂是引起油气管道事故的主要原因,为了提高管道耐腐蚀性,人们曾试图采用纯不锈钢、钛合金等材料用于油气管道制备,但高昂的成本使得人们不得不另寻途径。钛-钢双金属复合管集钛、钢优点于一身,极好的解决了该问题,但钛与钢的物理、化学特性差异过大,使得其难以熔焊对接。目前,国内外钛-钢复合板均采用搭接方式焊接,尚未见其熔焊对接方面的报道,但油气管道结构的特殊性,使得搭接焊接方式难以在其上应用。本文从两个方面对钛-钢复合板的熔焊对接接头进行了研究。一方面,利用ANSYS软件对TA1-X80复合板熔焊对接焊缝由双层到四层进行了残余应力及变形的计算分析;另一方面,以TA1-Q235复合板为试验母材,采用不同的焊接材料及不同焊接工艺进行焊接试验,通过微观组织分析及力学性能测试,对接头缺陷进行了表征及机理分析,为最终形成优异的钛-钢复合板熔焊对接接头提供了理论依据。由ANSYS分析可得,钛、钢不能直接熔焊,且以钛合金单层过渡或以钛合金/镍基合金双层过渡时,过渡层应力均较大,故还需进一步优化焊材。通过缺陷分析得出,采用TC4/TA15/Ni60/YC-GX80对接时,钛、钢两侧焊缝区熔合良好,近钛层存在夹杂、孔洞,过渡层与母材熔合性较差,且焊缝底部多次重熔,热应力冲击明显,应选择应力较小的坡口形式;采用纯钒作为过渡层对接时,由于钒易与钢中的碳元素形成钒的碳化物而增加界面脆性,使得V/YC-GX80界面无法实现良好的冶金熔合;在钢板上堆焊ERCuSi/YC-GX80时,由于其可形成熔合性较好的界面,因此可选用ERCuSi作为近钢层焊接材料;采用ERCuSi做近钢层,V做近钛层时,Ti/V界面处出现V富集现象,无法与钛无限固溶,其硬度也与Ti/V界面硬度相差极大,其次在熔池中还存在Cu与Ti的金属间化合物,最终形成裂纹缺陷。
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