焊材熔敷金属氢致开裂HIC和硫化物应力开裂SSC试件的制备方法

摘要

焊材熔敷金属氢致开裂HIC和硫化物应力开裂SSC试件的制备方法，属于高含硫(硫化氢)气田用抗硫焊接材料耐腐蚀性能检测试件的制备和性能评价领域。步骤为：选择一定厚度的低合金高强钢板作为堆焊试板；焊接前将钢板表面进行彻底清理；将钢板预热到100-150℃；采用对称焊接的方法在钢板上进行堆焊焊接；试板每面需要焊接焊道8-12层，同一层焊道的焊接方向一致，上层焊道的焊接方向与下层焊道的焊接方向相反；焊材熔敷金属厚度为20-22mm；清除焊材熔敷金属表面杂质含量较高的熔敷金属表面层；按照标准切割取样。通过对试件的检测分析，对所选焊材能否适应本高含硫状态下管道的焊接，作出准确、客观的判断。

权利要求

1.焊材熔敷金属氢致开裂HIC和硫化物应力开裂SSC试件的制备，其特征在于：按照如下步骤制备耐腐蚀试件：

1.1选择一定厚度的低合金高强钢板作为堆焊试板；

1.2焊接前将钢板表面进行彻底清理；

1.3将钢板预热到100-150℃；

1.4采用对称焊接的方法在钢板上进行堆焊焊接；

1.5试板每面需要焊接焊道8-12层；

1.6同一层焊道的焊接方向一致，上层焊道的焊接方向与下层焊道的焊接方向相反；

1.7焊材熔敷金属厚度为20-22mm；

1.8清除焊材熔敷金属表面杂质含量较高的熔敷金属表面层；

1.9按照NACETM0284-2005管道、压力容器用钢抗氢致开裂评价的试验方法和NACETM0177-2005H2S环境下金属抗硫化物应力腐蚀开裂和抗应力腐蚀开裂的实验室试验方法标准切割耐腐蚀试件并取样。

2.根据权利要求1所述的焊材熔敷金属氢致开裂HIC和硫化物应力开裂SSC试件的制备，其特征在于：步骤1.1堆焊试板的规格为300×200×30mm，抗拉强度大于等于490MPa。

3.根据权利要求1所述焊材熔敷金属氢致开裂HIC和硫化物应力开裂SSC试件的制备，其特征在于：步骤1.3为使用火焰加热或者采用履带式电加热方式将试板加热到

100-150℃。

4.根据权利要求1所述的焊材熔敷金属氢致开裂HIC和硫化物应力开裂SSC试件的制备，其特征在于：步骤1.8去除熔敷金属表面层的厚度为2.5-3.5mm。

5.根据权利要求1所述焊材熔敷金属氢致开裂HIC和硫化物应力开裂SSC试件的制备，其特征在于：步骤1.9制取试件是垂直焊接方向采用机加工的方式制取耐腐蚀试件。

说明书

焊材熔敷金属氢致开裂HIC和硫化物应力开裂SSC试件的

制备方法

技术领域

[0001] 焊材熔敷金属氢致开裂HIC和硫化物应力开裂SSC试件的制备方法，属于高含硫(硫化氢)天然气田用抗硫焊接材料耐腐蚀性能检测试件的制备和性能评价领域。

背景技术

[0002] 目前，评价抗硫材料耐腐蚀性能采用的主要手段就是：按照NACETM0284-2005(管道、压力容器用钢抗氢致开裂评价的试验方法)和NACETM0177-2005(H2S环境下金属抗硫化物应力腐蚀开裂和抗应力腐蚀开裂的实验室试验方法)的标准对抗硫材料进行标准液的氢致开裂HIC和硫化物应力开裂SSC试验，通过以这两个试验为标准来确定材料的抗硫性能。

[0003] 当前，国内外相应的材料标准、规范只规定了抗硫管材、板材进行氢致开裂HIC和硫化物应力开裂SSC耐腐蚀试验试件的制备方法，对焊材熔敷金属进行氢致开裂HIC和硫化物应力开裂SSC耐腐蚀试验试件的制备方法没有规定，所以抗硫焊材目前暂时无法通过耐腐蚀试验来确定其抗硫性能是否能够满足实际要求。没有适用的抗硫焊材抗硫性能检测方法一直是制约抗硫材料使用的技术瓶颈。

发明内容

[0004] 本发明要解决的技术问题是：克服现有技术存在的抗硫焊材无法通过耐腐蚀试验来确定其抗硫性能是否能够满足实际要求的问题，根据抗硫焊材抗氢致开裂HIC和硫化物应力开裂SSC的机理，结合常规抗硫管材、板材料进行的焊材熔敷金属氢致开裂HIC和硫化物应力开裂SSC试件的制备方法。

[0005] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：该焊材熔敷金属氢致开裂HIC和硫化物应力开裂SSC试件的制备方法，其特征在于：按照如下步骤制备试件。

[0006] 1.1选择一定厚度的低合金高强钢板作为堆焊试板；

[0007] 1.2焊接前将钢板表面进行彻底清理；

[0008] 1.3将钢板预热到100-150℃；

[0009] 1.4采用对称焊接的方法在钢板上进行堆焊焊接；

[0010] 1.5试板每面需要焊接焊道8-12层，

[0011] 1.6同一层焊道的焊接方向一致，上层焊道的焊接方向与下层焊道的焊接方向相反；

[0012] 1.7焊材熔敷金属厚度为20-22mm；

[0013] 1.8清除焊材熔敷金属表面杂质含量较高的熔敷金属表面层；

[0014] 1.9按照标准切割耐腐蚀试件并取样。

[0015] 步骤1.1堆焊试板的规格为300×200×30mm，抗拉强度大于等于490MPa。

[0016] 步骤1.3为使用火焰加热或者采用履带式电加热方式将试板加热到100-150℃。

[0017] 步骤1.8去除熔敷金属表面层的厚度为2.5-3.5mm。

[0018] 步骤1.9制取试件是垂直焊接方向采用机加工的方式制取耐腐蚀试件。

[0019] 采取用待检焊材在钢板上堆焊的方式，焊接一定厚度的化学成份均匀、组织结构稳定、晶粒大小适中的焊材熔敷金属，然后按照NACETM0284-2005(管道、压力容器用钢抗氢致开裂评价的试验方法)和NACETM0177-2005(H2S环境下金属抗硫化物应力腐蚀开裂和抗应力腐蚀开裂的实验室试验方法)的标准，制取焊材熔敷金属的氢致开裂HIC和硫化物应力开裂SSC试验用试件，通过对焊材熔敷金属进行标准液的氢致开裂HIC和硫化物应力开裂SSC耐腐蚀试验，来检验抗硫焊材的耐腐蚀性能。

[0020] 与现有技术相比，本发明的焊材熔敷金属氢致开裂HIC和硫化物应力开裂SSC试件的制备方法所具有的有益效果是：在一定强度等级的试板上对称堆焊一定厚度的焊材熔敷金属，通过多层对称焊接、控制焊接方向、控制焊接应力和变形等措施，使堆焊在试板上的焊材熔敷金属化学成份、组织结构、晶粒大小、力学性能等技术指标接近试验焊材的实际性能，然后按照NACETM0284-2005(管道、压力容器用钢抗氢致开裂评价的试验方法)和NACETM0177-2005(H2S环境下金属抗硫化物应力腐蚀开裂和抗应力腐蚀开裂的实验室试验方法)的标准，制取焊材熔敷金属的氢致开裂HIC和硫化物应力开裂SSC耐腐蚀试验的试件。

[0021] 某气田地面集输工程通过这种试样制备方法，三家耐腐蚀试验室制备了9种焊材、13组焊材熔敷金属的耐腐蚀试验的试件，对比试验结果表明：本试样制备方法能够满足焊材熔敷金属的耐腐蚀试验试样要求：

[0022] 焊接接头氢致开裂HIC试验结果：氢致开裂HIC试验后清理试样，经肉眼观察，所有试样表面没有氢鼓泡现象；在金相显微镜下放大100倍检察检测面，试样表面没有氢鼓泡现象，检测面没有氢致开裂HIC裂纹。

[0023] 焊接接头硫化物应力开裂SSC试验结果：720小时连续饱和硫化氢应力开裂试验完成后，清理试样表面，所有焊接接头试样没有出现断裂；按照NACE StandardTM0177-2005标准四点弯曲方法：对焊接接头，加载量均为80％屈服强度，在标准溶液A中浸泡720小时，无试样断裂现象。

附图说明

[0024] 图1是本发明堆焊试板焊接层数分布、焊接顺序示意图；

[0025] 图2是每层焊道分布和焊接顺序示意图；

[0026] 图3是每层焊道焊接方向示意图；

[0027] 图4是焊材熔敷层的厚度和尺寸示意图。

[0028] 其中：1、第一层焊道2、第二层焊道3、第三层焊道4、第四层焊道5、第一道焊道6、第二道焊道7、第五道焊道8、第六道焊道9、第三道焊道10、第四道焊道11、第七道焊道12、第八道焊道13、第一层起弧部位14、第一层收弧部位15、第二层起弧部位16、第二层收弧部位17、焊材熔敷金属上部成分偏析区18、焊材熔敷金属下部成分混合区19、取样区。

[0029] 图1-4是本发明的焊材熔敷金属氢致开裂HIC和硫化物应力开裂SSC试件的制备方法的最佳实施例。

具体实施方式

[0030] 下面结合附图1-4对本发明的焊材熔敷金属氢致开裂HIC和硫化物应力开裂SSC试件的制备方法做进一步说明：

[0031] 步骤如下：选择堆焊试板，使用砂轮机对试板表面进行彻底清理，用火焰将试板加热到100-150℃后，在试板上进行水平位置堆焊焊接，焊接过程中要严格控制焊接线能量。在试板一侧焊接第一层焊道1以后，立即在试板另一侧进行第二层焊道2的焊接，每层焊道从中间向两边对称进行焊接，每层焊道的焊接方向全部一致。试板每侧上层焊道的焊接方向与下层焊道的焊接方向相反。试板每面需要焊接焊道8-12层，焊材熔敷金属厚度在
20-22mm之间、宽度在160-170mm、长度在180mm以上，去除焊材熔敷金属表面3mm，垂直焊接方向采用机加工的方式制取耐腐蚀试件。

[0032] 实施例1

[0033] 步骤1：堆焊试板的选择

[0034] 参见图1：

[0035] 为了保证在堆焊过程中试板不出现明显的变形，影响焊材熔敷金属的力学性能，同时避免过多的杂质元素混入焊材熔敷金属中，堆焊选用的试板材质为抗拉强度不低于490MPa，规格为300×200×30mm的低合金材料16MnR。

[0036] 步骤2：堆焊方式的选择

[0037] 为了降低焊接过程中产生的应力和变形，降低焊接变形对焊材熔敷金属力学性能的影响，采用试板两面对称焊接的方式进行堆焊焊接，即在试板正面焊接第一层焊道1，然后，将试板翻过来与试板正面焊接的第一层焊道1相反方向再焊接第二层焊道2，以此类推。本焊接方式通过应力抵消应力的方式来最大限度的降低焊接过程中产生的应力，减少焊接变形。

[0038] 步骤3：焊接方向的选择

[0039] 参见图2、图3：

[0040] (1)采用水平位置进行堆焊，降低操作难度，降低热输入，减少合金元素的烧损，保证焊材熔敷金属的组织均匀；

[0041] (2)以试板中心为分界线，从中间向两边对称进行堆焊，即从中心线左边焊接第一道焊道5，再在中心线右边焊接第二道焊道6，以此类推；通过对称焊接来降低焊接产生的应力和变形；

[0042] (3)第一层焊材熔敷金属采用从上向下的方向进行焊接，第二层焊材熔敷金属采用从下向上的方向进行焊接，通过交错焊接方向，保证晶粒粗细均匀。

[0043] 步骤4：堆焊的焊材熔敷金属的厚度和尺寸

[0044] 参见图4：

[0045] 为了保证制取的试样能够充分地体现焊材本身的性能，每面堆焊焊道一般保持8层，堆焊的焊材熔敷金属的厚度20mm，宽度在160mm，长度为180mm。

[0046] 步骤5：氢致开裂HIC和硫化物应力开裂SSC耐腐蚀试件的制取方向和位置[0047] 为了保证制取的焊材熔敷金属在成份、组织、力学性能等方面与焊材相近，制取试样前在堆焊试件上表面去除3mm左右的容易出现成分偏析的焊材熔敷金属，然后垂直焊接方向从试板中心部位向两侧切割焊材熔敷金属的氢致开裂HIC和硫化物应力开裂SSC耐腐蚀试件。

[0048] 焊材熔敷金属的耐腐蚀试验试样要求：

[0049] 焊接接头氢致开裂HIC试验结果：氢致开裂HIC试验后清理试样，经肉眼观察，所有试样表面须没有氢鼓泡现象；在金相显微镜下放大100倍检察检测面，试样表面须没有氢鼓泡现象，检测面须没有氢致开裂HIC裂纹。

[0050] 焊接接头硫化物应力开裂SSC试验结果：720小时连续饱和硫化氢应力开裂试验完成后，清理试样表面，所有焊接接头试样必须没有出现断裂；按照NACE StandardTM0177-2005标准四点弯曲方法：对焊接接头，加载量均为80％屈服强度，在标准溶液A中浸泡720小时，无试样断裂现象。

[0051] 通过以上试验，对所选焊材能否适应本高含硫状态下管道的焊接，作出准确、客观的判断。

[0052] 实施例2

[0053] 步骤1-3：同实施例1。

[0054] 步骤4：为了保证制取的试样能够充分地体现焊材本身的性能，每面堆焊焊道一般保持10层，堆焊的焊材熔敷金属的厚度21mm，宽度在165mm，长度185mm。

[0055] 其余同实施例1。

[0056] 实施例3

[0057] 步骤1-3：同实施例1。

[0058] 步骤4：为了保证制取的试样能够充分地体现焊材本身的性能，每面堆焊焊道一般保持12层，堆焊的焊材熔敷金属的厚度22mm，宽度在170mm，长度190mm。

[0059] 其余同实施例1。