石油化工焊接管道工程论文提纲

论文题目：钛合金管道全位置等离子弧焊焊缝成形及组织性能研究

摘要：钛合金因其优异的耐腐蚀性能、高比强度和高抗冲击及抗疲劳性能,其管结构被广泛应用于石油化工、海洋工程、航空航天等领域。由于大部分均为厚壁管道,且焊接时变位困难,工程上越来越多地采用全位置的方法进行焊接。高能束焊因其熔透能力强、焊接速度快及接头性能好等优点,广泛应用于钛合金的焊接。等离子弧焊作为高能束焊的一种,具有成本低、操作简单、工作环境要求低等优势,是焊接钛合金的一种理想选择。因此针对钛合金厚壁管道的优质焊接,研究全位置等离子弧焊具有宽广的发展前景。本文选用Φ219×8.8mm规格的TA2、TC4钛合金管道作为试验材料,采用全新研制的全位置等离子弧焊自动焊接设备进行I型坡口、无间隙、不填丝的对接试验,优化设计了背面保护气罩,研究了焊接参数对焊缝成形的影响规律、全位置等离子弧焊焊缝成形机理以及焊接接头的显微组织与力学性能,得到如下结果:（1）采用双层气筛及液冷对背面保护气罩进行改进设计,使保护气体在出口处达到良好的流动状态,优化后的背面保护气罩的保护效果及使用寿命明显提高。（2）在仰焊位置进行了单因素试验,得到了TA2焊缝成形良好的规范区间,为工艺试验设计提供依据,采用响应面法进行了工艺试验,并建立了焊缝成形参数与焊接参数之间的二次回归方程模型。通过单因素和多因素交互影响分析得出影响焊缝正、背面熔宽的主要因素为脉冲峰值电流Ip、等离子弧气流量Q以及焊接速度v;影响焊缝正、背面余高的主要因素为焊接位置P以及其交互因素。通过软件预测并试验验证得到了成形良好的TA2焊接参数,进一步试验优化得到成形良好的TC4焊接参数。（3）分析了全位置穿孔熔池的受力情况,得出重力是造成全位置焊缝熔池失稳的主因,并根据不同焊接位置的力平衡判据,得出使焊缝成形良好的焊接参数控制措施。（4）TC4管道全位置焊缝经X射线检测,无缺陷产生。各特征位置焊接接头过渡区组织为相变过程中β相的混合物。焊缝区及热影响区相组成成分基本相同,主要由网篮状α’相、针片状α相以及粗大的β相组成。工艺优化后的焊接接头拉伸与冲击性能有所提高,拉伸与冲击性能良好,拉伸试样与冲击试样均为微孔聚集型塑性断裂,接头韧性较好。各位置焊接接头焊缝区与热影响区显微硬度的平均值均高于母材。表明钛合金管道全位置PAW焊接工艺可满足工程实际应用需求。

关键词：钛合金管道;全位置等离子弧焊;焊缝成形;响应面法;组织性能

学科专业：材料科学与工程

摘要

Abstract

第1章 绪论

1.1 课题研究背景

1.1.1 钛合金管道的应用

1.1.2 钛合金管道的焊接方法

1.2 国内外全位置PAW设备及工艺研究现状

1.2.1 国外研究现状

1.2.2 国内研究现状

1.3 国内外全位置焊缝成形控制技术研究进展

1.4 课题研究意义及主要研究内容

1.4.1 课题研究意义

1.4.2 课题研究内容

第2章 试验设备与方法

2.1 全位置PAW自动焊接系统

2.2 全位置PAW背面保护气罩优化设计

2.3 试验材料与方法

2.3.1 试验材料与焊接位置

2.3.2 焊接参数的选择与试验设计

2.3.3 焊缝成形测量

2.4 全位置PAW焊接接头组织性能测试

第3章 全位置PAW背面保护气罩优化设计

3.1 背面保护气罩的优化设计加工

3.1.1 背面保护气罩的优化设计

3.1.2 背面保护气罩的加工

3.2 背面保护气罩保护效果研究

第4章 全位置PAW焊缝成形工艺研究

4.1 全位置PAW焊缝成形规范区间

4.2 建立模型

4.3 焊接参数对焊缝成形的影响规律

4.3.1 焊接参数对焊缝正面熔宽的影响规律

4.3.2 焊接参数对焊缝背面熔宽的影响规律

4.3.3 焊接参数对焊缝正面余高的影响规律

4.3.4 焊接参数对焊缝背面余高的影响规律

4.4 焊接参数优化及验证

第5章 全位置PAW焊缝成形机理分析

5.1 各位置穿孔熔池受力分析

5.1.1 重力对全位置熔池的影响

5.1.2 穿孔熔池力学平衡判据

5.2 平衡判据中的作用力分析

5.2.1 X方向上作用力分析

5.2.2 Y方向上作用力分析

5.3 焊缝成形机理对焊接参数指导

第6章 TC4 全位置PAW焊接接头显微组织与力学性能分析

6.1 焊接接头的显微组织分析

6.1.1 焊接接头的宏观组织形貌

6.1.2 母材及焊接接头过渡区显微组织

6.1.3 焊接接头焊缝、热影响区X射线衍射分析

6.1.4 焊接接头焊缝区与热影响区显微组织

6.2 全位置焊缝的X射线探伤

6.3 焊接接头的力学性能分析

6.3.1 焊接接头拉伸与冲击性能

6.3.2 焊接接头显微硬度

第7章 结论

参考文献

在学研究成果

致谢