管线钢空间位置焊接工艺性能研究(附件)【字数：13081】
摘 要摘 要伴随着世界经济的飞速发展，石油、天然气的需求日益增加，因此油气输送管道作为石油、天然气的一种经济、安全、不间断的长距离输送工具取得了巨大的发展。为保证管线钢在实际生产生活中得到充分的应用，针对缺乏对管线钢空间不同位置的焊接工艺性能的研究，本实验对管线钢空间位置焊接时的电弧稳定性、飞溅、熔滴过渡进行了研究。本实验以KUKA机器人作为夹具，搭建了高速摄像检测系统以及德维创数据采集系统研究了管线钢不同位置焊接过程中的电弧稳定性、焊接飞溅、熔滴过渡行为以及焊缝表面成形。通过Origin画图软件将德维创数据采集系统所采集的电流电压数据画图以便于分析和处理。通过本实验的数据分析得出结论如下管线钢立焊上向焊位置的电弧稳定相对较差；管线钢不同位置的熔滴过渡主要为滴状过渡，平焊位置和下坡焊位置的熔滴过度较差；在管线钢焊接时，不同位置的熔滴过渡时重力在熔滴上的作用对最终形成的熔滴尺寸有很大的影响；在管线钢焊接过程中，重力对焊缝表面成形有着不可忽视的影响。关键词管线钢，空间位置焊接，熔滴，焊缝表面成形
目 录
第一章 绪论 1
1.1 研究背景 1
1.2 管线钢 1
1.2.1 管线钢概述 1
1.2.2 管线钢发展状况 2
1.3 管线钢的焊接 3
1.3.1 焊接方法及焊接性能特点 3
1.3.2 我国管线钢焊接现状 4
1.3.3 管线钢常用焊接材料 5
1.3.4 管线钢焊接过程中面临的问题 5
1.4 研究内容 6
第二章 试验材料及方法 7
2.1 实验材料 7
2.2 试验参数 7
2.3 试验系统 8
2.3.1 KUKA机器人 9
2.3.2 弧焊电源 11
2.3.3 电弧信号采集系统 12
2.3.4 氙气背景光源 14
2.3.5 高速摄像机 14
2.4 本章小结 16
第三章 管线钢不同位置的焊接工艺性能研究 17
3.1 电弧稳定性及焊接飞溅研究 17
3.1.1 试验方法 17
3 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
.1.2 管线钢不同位置的电弧稳定性 17
3.1.3 管线钢不同位置的焊接飞溅 20
3.2 熔滴过渡形式研究 22
3.2.1 试验方法 23
3.2.2 管线钢不同位置的熔滴过渡 23
3.3 熔滴尺寸研究 25
3.3.1 试验方法 26
3.3.2 管线钢不同位置的熔滴尺寸 26
3.4 管线钢不同位置的焊缝表面成形 29
3.4.1 试验方法 29
3.4.2 管线钢不同位置的焊缝表面成形分析 29
3.5 本章小结 30
结 论 32
致 谢 33
参考文献 34
第一章 绪论
1.1 研究背景
伴随着世界经济的飞速发展，石油、天然气的需求日益增加，预测2020年的世界能源需求量将比20世纪80年代初增加3倍，在这些能源中，石油、天然气将占50%以上[1]。因此油气输送管道作为石油、天然气的一种经济、安全、不间断的长距离输送工具，在近40年取得了巨大的发展[2]。油气管线特别是天然气管线发展的一个重要趋势是采用大口径、高压输送以及选用高级钢管材[3]。在实际使用过程中，长输油气管道的服役环境通常比较恶劣，为保证管道的结构稳定性、安全性和经济性，对管线钢的性能提出了较高的要求[4]；同时，在野外地形地貌复杂的施工条件下，油气管道焊接的施工环境差、难度大，依靠传统的手工焊接已经不能髙效的完成高质量的焊接任务，因此优质、高效的管线钢全位置自动焊接技术的发展和应用是必然的选择[5]。为了保证高性能管线钢在实际生产生活中得到充分应用，对其焊接工艺性能的研究就显得尤为重要。
本课题本针对目前缺乏对管线钢空间不同位置的电弧物理现象研究，采用伯乐SG8P焊丝在管线钢不同位置进行表面堆焊，研究不同位置的电弧稳定、焊接飞溅、熔滴尺寸、焊缝表面成形等等。
1.2 管线钢
1.2.1 管线钢概述
管线钢是指：制造石油、天然气集输和长输管道，或煤炭、建材浆体输送管等用的中厚板和带卷。管线钢主要用于石油、天然气的物质的输送，目前，大口径管线钢主要制作材料为X70、X80级钢。管线钢的判别标准也经历了多次发展变更才逐渐成熟和规范。1926年美国石油学会发布的API5L标准只包含三个碳素钢级；1947年发布的API5LX标准增加了X42、X46、X52三个钢级；1964年的API5LS将螺旋焊管标准化；1967年～1970年期间发布的标准增加了X56、X60、X65三个钢级，1973年增加了X70钢级；1987年6月，第36版SPEC5L里增加了API5LX 和API5LS标准。SPEC5L从第36版到现在的第44版，增加了一系列钢级，其中包括X42、X46、X52、X56、X60、X65、X70、X80 等钢级[6]。管线钢的技术要求随年代的变化如图11所示[7]。
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图11 管线钢的技术要求随年代的变化
1.2.2 管线钢发展状况
管线钢大致经历了普通碳素钢、普通低合金钢、微合金化钢、MnMoNb系微合金化高强度钢的发展历程[8]。在最近的几年里，随着我国石油天然气管道工程的快速发展，管线钢的产量大幅度提高。目前，管线钢按组织分类主要为以下三种[9]：
（1）铁素体珠光体管线钢，主要为X52~X70。20世纪80年代，X52~X70管线钢的主要组织为铁素体珠光体组织[10]。
（2）针状铁素体管线钢，主要为X80。采用超纯净和超低碳钢制成的X80管线钢，综合利用了晶粒细化、微合金化元素的析出相与位错亚结构的强化效应使钢的韧性得到了显著的提高。
（3）超低碳贝氏体板条马氏体多相钢，主要为X100~X120。这一级别的管线钢被誉为21世纪的控轧钢，其屈服强度可达到700~800Mpa，这是因为在其制作过程中加入微量Nb、V、Ti、MO、B等元素提高了钢的强度和韧性[10]。
目 录
第一章 绪论 1
1.1 研究背景 1
1.2 管线钢 1
1.2.1 管线钢概述 1
1.2.2 管线钢发展状况 2
1.3 管线钢的焊接 3
1.3.1 焊接方法及焊接性能特点 3
1.3.2 我国管线钢焊接现状 4
1.3.3 管线钢常用焊接材料 5
1.3.4 管线钢焊接过程中面临的问题 5
1.4 研究内容 6
第二章 试验材料及方法 7
2.1 实验材料 7
2.2 试验参数 7
2.3 试验系统 8
2.3.1 KUKA机器人 9
2.3.2 弧焊电源 11
2.3.3 电弧信号采集系统 12
2.3.4 氙气背景光源 14
2.3.5 高速摄像机 14
2.4 本章小结 16
第三章 管线钢不同位置的焊接工艺性能研究 17
3.1 电弧稳定性及焊接飞溅研究 17
3.1.1 试验方法 17
3 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
.1.2 管线钢不同位置的电弧稳定性 17
3.1.3 管线钢不同位置的焊接飞溅 20
3.2 熔滴过渡形式研究 22
3.2.1 试验方法 23
3.2.2 管线钢不同位置的熔滴过渡 23
3.3 熔滴尺寸研究 25
3.3.1 试验方法 26
3.3.2 管线钢不同位置的熔滴尺寸 26
3.4 管线钢不同位置的焊缝表面成形 29
3.4.1 试验方法 29
3.4.2 管线钢不同位置的焊缝表面成形分析 29
3.5 本章小结 30
结 论 32
致 谢 33
参考文献 34
第一章 绪论
1.1 研究背景
伴随着世界经济的飞速发展，石油、天然气的需求日益增加，预测2020年的世界能源需求量将比20世纪80年代初增加3倍，在这些能源中，石油、天然气将占50%以上[1]。因此油气输送管道作为石油、天然气的一种经济、安全、不间断的长距离输送工具，在近40年取得了巨大的发展[2]。油气管线特别是天然气管线发展的一个重要趋势是采用大口径、高压输送以及选用高级钢管材[3]。在实际使用过程中，长输油气管道的服役环境通常比较恶劣，为保证管道的结构稳定性、安全性和经济性，对管线钢的性能提出了较高的要求[4]；同时，在野外地形地貌复杂的施工条件下，油气管道焊接的施工环境差、难度大，依靠传统的手工焊接已经不能髙效的完成高质量的焊接任务，因此优质、高效的管线钢全位置自动焊接技术的发展和应用是必然的选择[5]。为了保证高性能管线钢在实际生产生活中得到充分应用，对其焊接工艺性能的研究就显得尤为重要。
本课题本针对目前缺乏对管线钢空间不同位置的电弧物理现象研究，采用伯乐SG8P焊丝在管线钢不同位置进行表面堆焊，研究不同位置的电弧稳定、焊接飞溅、熔滴尺寸、焊缝表面成形等等。
1.2 管线钢
1.2.1 管线钢概述
管线钢是指：制造石油、天然气集输和长输管道，或煤炭、建材浆体输送管等用的中厚板和带卷。管线钢主要用于石油、天然气的物质的输送，目前，大口径管线钢主要制作材料为X70、X80级钢。管线钢的判别标准也经历了多次发展变更才逐渐成熟和规范。1926年美国石油学会发布的API5L标准只包含三个碳素钢级；1947年发布的API5LX标准增加了X42、X46、X52三个钢级；1964年的API5LS将螺旋焊管标准化；1967年～1970年期间发布的标准增加了X56、X60、X65三个钢级，1973年增加了X70钢级；1987年6月，第36版SPEC5L里增加了API5LX 和API5LS标准。SPEC5L从第36版到现在的第44版，增加了一系列钢级，其中包括X42、X46、X52、X56、X60、X65、X70、X80 等钢级[6]。管线钢的技术要求随年代的变化如图11所示[7]。
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图11 管线钢的技术要求随年代的变化
1.2.2 管线钢发展状况
管线钢大致经历了普通碳素钢、普通低合金钢、微合金化钢、MnMoNb系微合金化高强度钢的发展历程[8]。在最近的几年里，随着我国石油天然气管道工程的快速发展，管线钢的产量大幅度提高。目前，管线钢按组织分类主要为以下三种[9]：
（1）铁素体珠光体管线钢，主要为X52~X70。20世纪80年代，X52~X70管线钢的主要组织为铁素体珠光体组织[10]。
（2）针状铁素体管线钢，主要为X80。采用超纯净和超低碳钢制成的X80管线钢，综合利用了晶粒细化、微合金化元素的析出相与位错亚结构的强化效应使钢的韧性得到了显著的提高。
（3）超低碳贝氏体板条马氏体多相钢，主要为X100~X120。这一级别的管线钢被誉为21世纪的控轧钢，其屈服强度可达到700~800Mpa，这是因为在其制作过程中加入微量Nb、V、Ti、MO、B等元素提高了钢的强度和韧性[10]。
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