37Mn5的焊接性剖析

　　1.1 37Mn5為常用的石油套管資料，規(guī)范參照美國石油學(xué)會(huì)規(guī)范API5A，鋼級(jí)J55。經(jīng)過核算37Mn5的碳當(dāng)量來剖析其焊接性。37Mn5的化學(xué)成分見附表。

　　選用國際焊接學(xué)會(huì)碳當(dāng)量公式核算：

　　CE=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15

　　CE=0.69>0.4

　　經(jīng)核算碳當(dāng)量超越0.4，資料焊接性較差。若要焊接，需求較高的預(yù)熱溫度和嚴(yán)格的工藝辦法才能得到合格的焊接質(zhì)量。

　　依據(jù)37Mn5合金元素含量對(duì)組織功能的影響剖析其焊接性：

　　37Mn5為石油套管資料，常用鋼級(jí)J55。自身碳含量較高，0.34%~0.39%，使鋼的過冷奧氏體轉(zhuǎn)變曲線向右移動(dòng)，過冷奧氏體穩(wěn)定性增高;加入合金元素Cr，Mn，Ni，Cu等合金元素，使鋼的過冷奧氏體轉(zhuǎn)變曲線進(jìn)一步向右移動(dòng)，愈加增強(qiáng)了過冷奧氏體的穩(wěn)定性，并且使Ms點(diǎn)(馬氏體構(gòu)成開始點(diǎn))升高;這些影響都使37Mn5的淬硬傾向增大，焊接時(shí)較容易呈現(xiàn)裂紋。

　　37Mn5冷裂傾向大，首要類型是淬硬脆化裂紋。因?yàn)槠渥陨韽?qiáng)度高，焊接熱影響區(qū)的高硬度值高及快冷，極易生成馬氏體。焊接時(shí)寧可選用大的線能量，不應(yīng)過火減小焊速，應(yīng)適當(dāng)增大焊接電流。為下降冷卻速度，延伸焊接接頭從800~500℃的冷卻時(shí)刻，改進(jìn)焊縫金屬及熱影響區(qū)的顯微組織，使熱影響區(qū)硬度下降，需焊前預(yù)熱，焊后回火。

　　37Mn5熱裂傾向不大，因其導(dǎo)熱系數(shù)不是很高，不易生成低熔共晶體;再熱裂紋傾向也不大，因其不含強(qiáng)碳化物。37Mn5抗拉強(qiáng)度≥517 MPa，屈從強(qiáng)度379~522MPa，選用與其強(qiáng)度匹配的焊絲ER55-G，該焊絲焊接工藝功能優(yōu)秀，Ni含量較高，有很強(qiáng)的抗冷裂功能，熔敷金屬具有優(yōu)秀的歸納力學(xué)功能。

　　因?yàn)楹附?7Mn5時(shí)，需求較大的熱輸入量, 母材及焊材強(qiáng)度值都較大，焊接時(shí)內(nèi)應(yīng)力極大, 焊接時(shí)需求邊焊邊錘擊焊縫，焊后進(jìn)行熱處理消除內(nèi)應(yīng)力，避免因?yàn)閼?yīng)力過大導(dǎo)致焊后開裂。焊后熱處理同時(shí)能改進(jìn)焊接組織功能。

　　2 37Mn5的焊接工藝實(shí)驗(yàn)

　　依據(jù)上述37Mn5的焊接性剖析，擬定如下兩種工藝計(jì)劃：

　　(1)焊接方法的挑選：80%Ar+20%CO2氣保焊。焊接資料的挑選：焊絲選用ER55-G，直徑Φ3.2mm。焊接參數(shù)：電流250~320A，電壓26 ~30V;焊接速度35~50cm/min;預(yù)熱溫度為100℃, 確保層間溫度不低于預(yù)熱溫度，但也不允許高于預(yù)熱溫度30℃。焊后處理：空冷，不進(jìn)行任何熱處理。

　　(2)焊接方法的挑選：80%Ar+20%CO2氣保焊。焊接資料的挑選：焊絲選用ER55-G，直徑Φ3.2mm。焊接參數(shù)：電流250~320A，電壓26 ~30V;焊接速度35~50cm/min;預(yù)熱溫度為100℃, 確保層間溫度不低于預(yù)熱溫度，但也不允許高于預(yù)熱溫度30℃。焊后處理：回火處理，溫度600±20℃，保溫時(shí)刻為4h;升溫速率50℃/h, 降溫速率50℃/h。

　　用上述兩種焊接工藝焊接的試塊，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下：

　　第(1)種計(jì)劃得出的結(jié)果：拉伸實(shí)驗(yàn)，斷母材，合格;熱影響區(qū)3個(gè)試樣的沖擊值26，47，23，不合格;側(cè)彎四個(gè)試樣分別有3.75mm 的裂紋，4mm裂紋，1.38mm裂紋，0.89mm裂紋, 不合格;實(shí)驗(yàn)證明此種工藝計(jì)劃不合理。

　　第(2)種計(jì)劃得出的結(jié)果：拉伸實(shí)驗(yàn)，斷母材，合格;熱影響區(qū)3個(gè)試樣的沖擊值51，40，40，合格;側(cè)彎四個(gè)試樣全部無缺，合格;實(shí)驗(yàn)證明此種工藝計(jì)劃合理。焊后熱處理能改進(jìn)焊接組織功能，是37Mn5焊接能否得到滿足技術(shù)要求的焊接接頭的重要因素之一。

　　石油套管是保持油井運(yùn)轉(zhuǎn)的生命線，資料一般為37Mn5，規(guī)范API5A，鋼級(jí)J55，長度隨油井的深度長短不一，一般較長。為確保功能且便利運(yùn)送，石油套管結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為單個(gè)管體與接箍進(jìn)行螺紋銜接后運(yùn)送到油田，在現(xiàn)場首尾相接，達(dá)到長度要求后運(yùn)用。為加固螺紋銜接的強(qiáng)度及防松操控，接箍與管體螺紋銜接后必須焊接。因?yàn)槭�油套管的運(yùn)用環(huán)境惡劣，除對(duì)管體自身質(zhì)量要求較高外，對(duì)焊接的質(zhì)量要求也極其嚴(yán)格。經(jīng)過上述焊接剖析及實(shí)驗(yàn)，得出了能夠滿足要求的焊接工藝，這將為往后石油套管在焊接方向的發(fā)展提供極其重要的依據(jù)。