采气树制发作中异种钢的焊接分析.doc
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1、采气树制作中异种钢的焊接分析华东石油局井下作业公司 陈海华摘要:某改进型采气树的制作中,涉及到45钢、36Mn2V钢与Q235的异种钢焊接。围绕这三种母材的异种钢焊接,本文从母材成分、组织;异种钢焊接难点;焊接方法、焊材及焊接参数的选择;预热及焊后热处理等方面进行了分析,制定出相应的焊接工艺。关键词:45钢 36Mn2V Q235 异种钢焊接0前言 煤层气是一种非常规的天然气,作为清洁的替代能源,开发利用方兴未艾。煤层气的地面采气设备主要是螺杆泵配250型采油树井口装置或抽油机配150型采油树井口装置,施工中因两套装置的连接法兰不能兼容和互换,既不利于优化采气工艺,又为施工带来不便。现场亟需一
2、种能同时满足螺杆泵和抽油机连接要求的专用采气井口。图1便是一种改进的实用新型煤层气井口采气树,它具有结构简单、重量轻、制作工艺简单、成本低等优点,满足了生产的需要。图1 新型采气树 该装置主要由套管短节1、接管2、下法兰3、上法兰4、油管接箍5等组件通过焊接加工而成,见图2。其中,上、下法兰材质为Q235钢,油管接箍是45钢,套管短节是低合金钢36Mn2V,显然上法兰与油管接箍的连接焊缝6(Q235+45钢)、下法兰与套管短节的连接焊缝7(Q235+36Mn2V)均为异种钢焊缝,为了获得性能良好的焊缝,必须制定合理的焊接工艺21345671 套管短节 2 接管 3 下法兰 4 上法兰 5 油管
3、接箍 6上法兰焊缝 7 下法兰焊缝图 2原则对焊接质量进行控制。1母材成分及性能对焊接性的影响。1.1成分的影响该装置所涉及的三种母材组织差异不大,36Mn2V和45钢均为珠光体+铁素体组织,Q235为铁素体+珠光体组织,但化学成分及其质量分数差异较大,母材中各种元素对焊接性的影响也各不相同。碳、硫、磷、氢、氧及合金元素锰、硅、铬等都在不同程度上有增加焊接接头淬硬倾向和裂纹敏感性的可能,并且随着含碳量和合金元素含量的增加而恶化。表1为45钢、36Mn2V和Q235的化学成分对比。1.2主要力学性能及碳当量的影响母材的强度和碳当量对焊接性有很大影响,碳当量越大,材料的焊接性越差。由表1和表2可以
4、看出:(1)Q235钢属低碳钢,焊接性优良,通常情况下不会因焊接而引起严重的硬化组织或淬火组织,塑性和冲击韧度良好。 (2)45钢属高强度中碳钢,焊接性较低,具有一定的塑性和韧性。(3)36Mn2V属中碳低合金钢,焊接性差,具有较高的强度和耐磨性。表1 母材成分对比母材种类化学成分(质量分数)(%)CSiMnSPCrNiCuVAl45钢0.42-0.500.17-0.370.50-0.800.0350.0350.250.250.25Q2350.14-0.220.300.35-0.650.050.0450.030.030.0336 Mn2V0.34-0.380.20-0.351.45-1.700
5、.020.010.150.11-0.160.02表2 强度、塑性及碳当量对比母材种类抗拉强度b(MPa)屈服强度s(MPa)伸长率碳当量45钢60035516%0.71Q23537546023526%0.3436 Mn2V68955216%0.732焊接中的主要问题2.1焊接的难点虽然三种母材同为珠光体组织,但由于成分、强度、焊接性的差异,它们之间焊接与同种钢的焊接相比,存在不同的问题。(1)焊接过程中由于受热不均匀引起金相组织的变化而使焊接接头的性能变差;(2)熔合区及热影响区的机械性能,特别是塑性的降低;(3)由于基体金属热膨胀系数不同而引起热应力;(4)因塑性变差和应力增加往往容易引起裂
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