[01215547]高强韧钢焊接质量控制关键技术及其智能化设备开发

随着控轧控冷和高纯净冶金技术的发展,高强韧钢在大型工程建设中得到规模化使用,如石油天然气管道工程、核能电力装备、船舶工程、海洋平台与陆地钢结构工程等,高强韧钢焊接技术已成为保证复杂严酷工况下工程结构服役性能的关键技术之一。本项目以国家大型工程为载体,在高强韧焊接材料、焊接工艺与设备、焊接变形及焊接过程可视化等关键技术领域进行了多方位的创新研究。主要如下： 1、开发了智能化焊接裂纹插销试验装置及其控制软件,解决了高强韧钢超低氢焊接冷裂纹、再热裂纹和层状撕裂敏感性的定量评价难题,实现了试验中加载过程的智能控制,施焊速度、焊接热循环和裂纹形成时间的数字化精细检测,为研究高强韧材料焊接裂纹形成机理及其预防措施提出了有效技术手段。 2、发明了焊条电弧焊和TIG焊模拟仿真设备、网格法焊接成形可视化技术,解决了在无污染与节能环境下有效掌握焊接操作技术的难题,实现了在平、立、横、仰焊接位置的焊接引弧、运条、平板堆焊、多层焊、单面焊双面成形等多种焊接技术的模拟仿真,其焊接熔池、焊缝成形与焊接操作过程逼真度高。 3、发明了步进式螺柱焊装置及焊接质量波形检测方法。开发了基于螺柱与基体熔池接触力检测自动螺柱焊设备,解决了穿透薄壁蒙皮进行基体螺柱焊的技术难题;开发了基于焊接电流波形特征的快速检测产品,实现了螺柱焊在线无损检测。 4、发明了控制管道焊接轴向变形的连续焊接方法,提出了基于瞬态焊接变形梯度与温度梯度的检测与协同控制的技术策略,解决了工程管道装焊变形控制的技术难题,实现了核电主蒸汽厚壁管道安装过程焊接变形的有效控制。 5、发明了高强韧钢焊接裂纹可控产生方法。通过在焊缝中添加微量致裂合金元素并控制焊接工艺参数等技术措施,实现了焊接接头中焊接裂纹产生位置及尺度的精确控制,解决了超声和渗透等无损探伤中无法直接对比真实裂纹位置和尺度的技术难题。 6、发明了高强韧X80管线钢专用埋弧焊丝。解决了X80管线钢焊接专用焊剂的国产焊丝强韧性匹配技术难题,获得了最佳的焊缝强韧性,焊缝金属抗拉强度达到700MPa,屈服强度500-600MPa,在-10℃下的冲击功大于100J,已成功应用于用螺旋焊管和直缝焊管生产中,为西气东输二线管道工程提供了大量优质产品。 在研究过程中,获授权国家发明专利11项,正在公示发明专利3项,实用新型专利1项,软件著作权3项,在国内外高水平学术期刊上发表论文30余篇,开发了系列焊接操作模拟与仿真设备,焊接裂纹智能插销试验设备、新型螺柱焊设备及高强韧X80管线钢专用埋弧焊丝等四类十余种高新技术产品,其技术指标达到国际同类产品水平,已在石油天然气、核能电力、压力容器、工程机械与钢结构等企业得到广泛应用,为大型工程用多种高强韧钢的焊接工艺提供了重要技术支撑.