CN111975243A - 一种cmt增材修复高钢级管线钢用焊丝和cmt增材修复方法 - Google Patents

一种cmt增材修复高钢级管线钢用焊丝和cmt增材修复方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于增材制造修复技术领域,特别涉及一种CMT增材修复高钢级管线钢用焊丝和CMT增材修复方法。本发明提供的CMT增材修复高钢级管线钢用焊丝,以质量百分比计,包括以下元素组分:C 0.12~0.18%,Si 0.38~0.42%,Cr 0.43~0.47%,Ni 0.98~1.02%,Mo 0.48~0.52%,余量为Fe。本发明通过多元素协同配合,有效避免高钢级管线钢增材沉积体多道次高温热循环脆化现象的发生,且有效改善沉积体强度并适当兼顾沉积体塑性和韧性,解决了当增材体成分与母材相同时由于无法进行母材加工中的控轧控冷工序而导致强度过低的问题。

Description

一种CMT增材修复高钢级管线钢用焊丝和CMT增材修复方法
技术领域
本发明属于增材制造修复技术领域,特别涉及一种抑制高钢级管线钢沉积体多道次高温热循环催化现象的焊丝和CMT增材修复方法。
背景技术
长输管线工程大量使用的X80钢是一种低碳、低合金高强钢,通过添加Mn、Mo、Nb和Ni等沉淀强化元素和控轧控冷措施保证其兼具高强度和良好塑韧性。随着远距离油气输送管道工程建设的迅猛发展,管道的在线维护工作量也迅速增长,而低热输入增材制造是管线钢管道在线维护修复的关键技术。
增材制造技术具有灵活性高、材料利用率高、制备周期短等优势,在管道及其连接件的制造和修复中有很好的应用前景。目前研究较多的金属增材制造方法有电弧增材制造、CMT增材制造和激光增材制造。以CMT作为增材制造热源,它在短路过渡进程中精确的控制电流的参数和丝材的回抽运动,可有效改善传统电弧增材成形中的热输入大问题。和激光填丝增材相比,CMT增材具有熔敷效率高的优点。然而采用低热输入、精确可控、高效率的CMT方法增材修复X80管线钢构件还面临很多问题:(1)当增材体成分与母材相同时,由于无法进行母材加工中的控轧控冷,导致强度过低;(2)X80钢多次经历高温热循环会导致明显的脆化倾向。
张骁勇等人(张骁勇,李青霞,徐学利,张雪琴,杨艳.焊接热输入对X80管线钢及其焊管内焊缝粗晶区韧性的影响[J]热加工工艺.2010(09).)对X80管线钢及其制管过程中内焊缝在不同热输入下粗晶区的韧性以及组织特征进行了研究,发现当焊接热输入小于17kJ/cm和大于35kJ/cm时,其焊缝金属的韧性下降;当热输入大于35kJ/cm后热影响区金属韧性急剧下降。徐学利等人(徐学利,李光,张骁勇,等.二次热循环对X80管线钢焊缝粗晶区冲击韧性的影响[J].热加工工艺,2012,041(021):153-156.)研究了多次高温热循环对X80钢冲击韧性的影响,发现多次经历高温热循环导致其具有明显的脆化倾向,主要原因是生成了富碳的M-A岛状组织。毕宗岳等人(毕宗岳,井晓天,徐学利,等.Microtructure andPerformance on Weld of Reheated X80 Steel%X80钢焊缝再热后的组织与性能[J].钢铁研究学报,2010,022(005):27-31.)发现X80焊缝金属多次经历高温热循环(热循环峰值温度在α+γ两相区,接近材料熔点)后韧性下降22%。可见,由于高钢级管线钢增材沉积体多道次高温热循环脆化现象的发生,高钢级管线钢增材沉积体强度和韧性的下降将导致修复构件服役中发生失效,极大增加发生爆管等严重事故的风险。
发明内容
有鉴于此,本发明的目的在于提供一种CMT增材修复高钢级管线钢用焊丝及CMT增材修复方法,采用所述焊丝进行CMT增材修复能有效避免高钢级管线钢增材沉积体多道次高温热循环脆化现象的发生,且有效改善沉积体强度并适当兼顾沉积体塑性和韧性。
为了实现上述发明的目的,本发明提供以下技术方案:
本发明提供了一种CMT增材修复高钢级管线钢用焊丝,以质量百分比计,包括以下元素组分:
C 0.12~0.18%,Si 0.38~0.42%,Cr 0.43~0.47%,Ni 0.98~1.02%,Mo0.48~0.52%,余量为Fe。
优选的,所述焊丝的直径为1.18~1.22mm。
本发明还提供了一种抑制高钢级管线钢增材沉积体多道次高温热循环脆化现象的CMT增材修复方法,包括以下步骤:
提供表面清洁的高钢级管线钢待修复区;
对高钢级管线钢待修复区进行预热,于保护气体氛围中对所述预热后的待修复区进行多层多道CMT焊接;
所述CMT焊接使用的焊丝为上述技术方案所述的焊丝;
所述CMT焊接包括交替循环进行的CMT增材沉积和空冷,直至焊接完成;
所述CMT增材沉积中焊道间温度≤100℃,线能量为100~300kJ/m。
优选的,所述高钢级管线钢待修复区包括目标焊接区以及自焊接区边界至外延100mm的区域。
优选的,所述预热的温度为140~160℃。
优选的,所述保护气体为氩气;所述保护气体的流量为8~12L/min。
优选的,所述CMT增材沉积中,同一层相邻焊道的搭接率为50~55%。
优选的,所述CMT增材沉积中,相邻层之间焊道宽度轮廓在水平方向的相对偏移量≤单焊道轮廓宽度的15%。
优选的,所述CMT增材沉积中,单层焊道宽度轮廓的波动和高度轮廓的波动独立地≤20%。
优选的,所述CMT增材沉积中,电压为15~15.5V,电流为160~165A,送丝速度为4.75~5.25m/min,焊枪行走速度为230~250mm/min,送丝枪头与水平方向的夹角为40~45°。
本发明提供了一种CMT增材修复高钢级管线钢用焊丝,以质量百分比计,包括以下元素组分:C 0.12~0.18%,Si 0.38~0.42%,Cr 0.43~0.47%,Ni 0.98~1.02%,Mo0.48~0.52%,余量为Fe。在本发明中,上述含量的C有利于提高修复沉积体的屈服点和抗拉强度;上述含量的Si有利于显著提高修复沉积体的弹性极限、屈服点和抗拉强度,同时还有脱氧作用;上述含量的Mo有利于细化沉积体晶粒,提高淬透性,在高温时保持足够的强度和抗蠕变能力;上述含量的Cr有利于显著提高修复沉积体的强度、硬度和耐磨性;上述含量的Ni有利于改善修复沉积体的塑性、韧性和耐腐蚀能力;本发明通过C、Si、C、Ni、Mo和Fe的协同配合,有效避免高钢级管线钢增材沉积体多道次高温热循环脆化现象的发生,且有效改善沉积体强度并适当兼顾沉积体塑性和韧性,解决了当增材体成分与母材相同时由于无法进行母材加工中的控轧控冷工序而导致强度过低的问题。
实施例测试结果表明,采用本发明提供的焊丝进行CMT焊接,所得的修复沉积体(CMT焊层)平均硬度为269HV,平均抗拉强度为714MPa,平均断裂伸长率为10%,20℃时平均夏比冲击功为35J,显示了良好的强度、塑性和韧性,可见有效避免了高钢级管线钢增材沉积体多道次高温热循环脆化现象的发生。
本发明还提供了一种抑制高钢级管线钢增材沉积体多道次高温热循环脆化现象的CMT增材修复方法,包括以下步骤:提供表面清洁的高钢级管线钢待修复区;对高钢级管线钢待修复区进行预热,于保护气体氛围中对预热后的待修复区进行多层多道CMT焊接;所述CMT焊接使用的焊丝为上述技术方案所述的焊丝;所述CMT焊接包括交替循环进行的CMT增材沉积和空冷,直至焊接完成;所述增材沉积中焊道间温度≤100℃,线能量为100~300kJ/m。本发明通过控制CMT焊接中焊道间温度和线能量,有效减少修复沉积体的高温热循环次数,避免发生局部严重脆化,抑制了多道次热循环对修复沉积体组织性能的恶化作用,改善了高钢级管线钢构件增材修复沉积体的韧性。
附图说明
图1为修复沉积体中A、B点经历高温热循环的对比示意图;
图2为实施例1所得修复沉积层的横截面形貌光学显微图;
图3为实施例1所得修复沉积层沿水平方向增材体横截面上的测试位置和维氏显微硬度分布图,其中,(a)为测试位置,(b)为维氏显微硬度分布图;
图4为实施例1所得修复沉积层沿垂直方向增材体横截面上的测试位置和维氏显微硬度分布图,其中,(a)为测试位置,(b)为维氏显微硬度分布图;
图5为实施例1所得修复沉积层的室温冲击断口SEM图;
图6为实施例1所得修复沉积层中球型颗粒和韧窝的扫描成分含量图,其中,A为球型颗粒的扫描成分含量图,B为韧窝的扫描成分含量图;
图7为实施例1所得修复沉积层的拉伸断口SEM图;
图8为图7中C点位置的区域放大图;
图9为图7中D点位置的区域放大图;
图10为实施例1所得修复沉积层的夏比冲击功测试数据条形图。
具体实施方式
本发明提供了一种CMT增材修复高钢级管线钢用焊丝,以质量百分比计,包括以下元素组分:
C 0.12~0.18%,Si 0.38~0.42%,Cr 0.43~0.47%,Ni 0.98~1.02%,Mo0.48~0.52%,余量为Fe。
以质量百分比计,本发明提供的焊丝包括0.12~0.18%的C,优选为0.13~0.17%,更优选为0.14~0.16%,最优选为0.15%。在本发明中,C有利于提高修复沉积体的屈服点和抗拉强度。
以质量百分比计,本发明提供的焊丝包括0.38~0.42%的Si,优选为0.39~0.41%,最优选为0.4%。在本发明中,Si有利于显著提高修复沉积体的弹性极限、屈服点和抗拉强度,同时还有脱氧作用。
以质量百分比计,本发明提供的焊丝包括0.43~0.47%的Cr,优选为0.44~0.46%,最优选为0.45%。在本发明中,Cr有利于显著提高修复沉积体的强度、硬度和耐磨性。
以质量百分比计,本发明提供的焊丝包括0.98~1.02%的Ni,优选为0.99~1.01%,最优选为1%。在本发明中,Ni有利于改善修复沉积体的塑性、韧性和耐腐蚀能力。
以质量百分比计,本发明提供的焊丝包括0.48~0.52%的Mo,优选为0.49~0.51%,最优选为0.5%。在本发明中,Mo有利于细化沉积体晶粒,提高淬透性,在高温时保持足够的强度和抗蠕变能力。
以质量百分比计,本发明提供的焊丝包括余量的Fe。在本发明中,Fe为基体金属。
本发明通过C、Si、C、Ni、Mo和Fe的协同配合,有效避免高钢级管线钢增材沉积体多道次高温热循环脆化现象的发生,且有效改善沉积体强度并适当兼顾沉积体塑性和韧性,解决了当增材体成分与母材相同时由于无法进行母材加工中的控轧控冷工序而导致强度过低的问题。
在本发明中,所述焊丝的直径优选为1.18~1.22mm,更优选为1.19~1.21mm。
本发明对所述焊丝的制备方法没有特殊限定,以能够满足所述焊丝成分组成的制备方法均可。
本发明提供了一种抑制高钢级管线钢增材沉积体多道次高温热循环脆化现象的CMT增材修复方法,包括以下步骤:
提供表面清洁的高钢级管线钢待修复区;
对高钢级管线钢待修复区进行预热,于保护气体氛围中对所述预热后的待修复区进行多层多道CMT焊接;
所述CMT焊接使用的焊丝为上述技术方案所述的焊丝;
所述CMT焊接包括交替进行的CMT增材沉积和空冷,直至焊接完成;
所述CMT增材沉积中焊道间温度≤100℃,线能量为100~300kJ/m。
本发明提供表面清洁的高钢级管线钢待修复区。在本发明中,所述高钢级管线钢的材质优选为X80钢。
在本发明中,所述高钢级管线钢待修复区的表面清洁优选包括依次进行的打磨、清洗和干燥。本发明对所述打磨没有特殊限定,以能够去除高钢级管线钢待修复区表面的杂质和疏松物质为准。本发明对所述清洗没有特殊限定,以能够将高钢级管线钢待修复区的表面清洗干净为准,具体的,如采用丙酮洗。本发明对所述干燥没有特殊限定,采用本领域技术人员熟知的干燥即可。本发明通过依次进行的打磨、清洗和干燥,去除高钢级管线钢待修复区的表面的污垢、杂质、氧化物和疏松物质,有利于增强修复沉积体与高钢级管线钢表面的结合力。本发明优选在对高钢级管线钢待修复区进行表面清洁后2h内完成所述CMT焊接。
所述焊丝在使用前,本发明优选对焊丝表面进行清洁;所述清洁的方法优选为采用酒精对焊丝表面进行擦拭;本发明对所述酒精中乙醇的含量没有特殊限定,采用公知的酒精即可。
在本发明中,所述高钢级管线钢待修复区优选为目标焊接区以及自焊接区边界至外延100mm的区域。
得到表面清洁的高钢级管线钢待修复区后,本发明对高钢级管线钢待修复区进行预热,于保护气体氛围中对所述预热后的待修复区进行多层多道CMT焊接。
本发明对所述CMT焊接的道次数量没有特殊限定,以能够将高钢级管线钢待修复区铺满为准。
在本发明中,所述预热的温度优选为140~160℃,更优选为145~155℃。在本发明中,所述预热的方法优选为用石棉电热毯盖在高钢级管线钢待修复区表面进行预热。
在本发明中,所述CMT焊接的设备优选采用CMT焊机,具体的,如CMTTPS4000焊机。
在本发明中,所述保护气体优选为氩气;所述保护气体的流量优选为8~12L/min,更优选为9~11L/min。
在本发明中,所述CMT焊接包括交替循环进行的CMT增材沉积和空冷,直至焊接完成。在本发明中,所述交替循环优选为:CMT增材沉积一层后进行层间空冷;所述层间空冷后,无需对沉积层表面进行打磨,直接进行下一道次的增材沉积和层间空冷。
在本发明中,所述CMT焊接使用的焊丝为上述技术方案所述的焊丝,所述焊丝的特征在此不再赘述。
在本发明中,所述增材沉积中,同一层相邻焊道的搭接率优选为50~55%,更优选为51~54%。在本发明中,所述增材沉积中相邻层之间焊道宽度轮廓在水平方向的相对偏移量优选≤单焊道轮廓宽度的15%,更优选为5~15%。本发明通过控制相邻层之间焊道宽度轮廓在水平方向的相对偏移量,减少沉积体材料经历的高温热循环次数(现有技术循环次数通常为3次,而本发明提供的CMT增材修复方法中循环次数为1次),有利于避免发生局部严重脆化。
在本发明中,所述增材沉积中单层焊道宽度轮廓的波动和高度轮廓的波动优选独立地≤20%,更优选为1~15%。在本发明中,所述增材沉积中单层焊道宽度轮廓的波动和高度轮廓的波动优选独立地为-0.5~0.5mm。
在本发明中,所述增材沉积中电压优选为15~15.5V,更优选为15.1~15.4V。在本发明中,所述CMT增材沉积中电流优选为160~165A,更优选为161~164A。
在本发明中,所述CMT增材沉积中送丝枪头与水平方向的夹角优选为40~45°,更优选为41~44°;焊枪行走速度优选为230~250mm/min,更优选为235~245mm/min;送丝速度优选为4.75~5.25m/min,更优选为4.85~5.15m/min。
本发明对所述空冷没有特殊限定,采用本领域技术人员熟知的空冷即可。采用CMT焊接在高钢级管线钢待修复区增材沉积一层后,本发明无需对修复沉积层的表面进行打磨,空冷后直接进行下一道次的增材沉积。
图1为修复沉积体中A、B点经历高温热循环的对比示意图,其中,A点经过三次热循环,而B点只有两次热循环,减少一次热循环,可避免焊接接头脆化。
本发明通过预热、控制线能量来层间控温改善焊道轮廓尺寸稳定性,再通过在每层沉积体首个焊道和末尾焊道两侧新设计的额外焊道提供物理支撑,以减小因为边缘效应导致的层间焊道宽度轮廓在水平方向的相对偏移量,有效调控多层多道沉积体的焊道边界几何形状特征,减少了多道次高温热循环对组织性能的恶化,改善了高钢级管线钢构件增材修复沉积体的韧性。
为了进一步说明本发明,下面结合实施例对本发明提供的一种抑制高钢级管线钢增材沉积体多道次高温热循环脆化现象的焊丝和CMT增材修复方法进行详细地描述,但不能将它们理解为对本发明保护范围的限定。显然,所描述的实施例仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
实施例1
焊丝成分:0.15wt%C、0.4wt%Si、0.45wt%Cr、1.0wt%Ni、0.5wt%Mo和余量的Fe;焊丝直径为1.2mm;
高钢级管线钢:X80钢,成分为:0.04wt%C、0.21wt%Si、0.02wt%Cr、0.16wt%Ni、0.11wt%Mo和余量的Fe;尺寸为100mm×100mm×12.4mm;
CMT增材修复方法:
采用粗砂纸打磨高钢级管线钢目标焊接区以及自焊接区边界至外延100mm的区域,磨去表面氧化物,然后再用丙酮清洗去除油污后烘干(在烘干后2小时内完成后续CMT焊接);对目标焊接区以及自焊接区边界至外延100mm的区域预热至150℃后,采用CMTTPS4000焊机进行CMT焊接,所述焊接的过程中通氩气对修复沉积体上表面进行保护,氩气气流量为20L/min。CMT焊接的参数为:送丝枪头与水平方向的夹角为90°,焊枪行走速度为240mm/min,送丝速度为5m/min,电流165A,电压为15.2V;相邻焊道之间的搭接率为50%;增材沉积中相邻层之间焊道宽度轮廓在水平方向的相对偏移量为单焊道轮廓宽度的15%;单层焊道宽度轮廓的波动为-0.5~0.5mm;单层焊道高度轮廓的波动为-0.5~0.5mm;
采用CMT焊接在高钢级管线钢待修复区增材沉积一层后,无需对修复沉积层的表面进行打磨,空冷后直接进行下一道次的增材沉积,直至完成对高钢级管线钢待修复区的CMT焊接;焊接道次和层数以CMT增材修改将实际缺损补满为准。
CMT增材修复完成后,对实施例1所得修复试样横截面进行打磨、抛光,采用2wt.%的硝酸酒精进行腐蚀,腐蚀时间为5~10s,然后在MA200尼康光学显微镜下观察焊缝的微观组织特征,所得修复沉积层的横截面形貌光学显微图见图2。由图2可见,搭接率为50%时,表面平整度较高。
在Everone MH-5显微硬度仪上测试接头横截面显微硬度分布,载荷为200gf,保载时间为15s,水平方向的三条线打点方向沿着搭接方向,即每一层熔覆开始到熔覆结束的方向,距离X80钢基板平面距离依次为1mm、6mm和11mm,线与线之间间隔为5mm。垂直方向的四条线打点方向与基板表面垂直,打点位置依次经过基板、热影响区和熔覆区,线与线之间间隔为12mm,所得修复沉积层沿水平方向增材体横截面上的测试位置和维氏显微硬度分布图见图3,其中,(a)为测试位置,(b)为维氏显微硬度分布图;图3中的1~3为增材体不同高度的路径;所得修复沉积层沿垂直方向增材体横截面上的测试位置和维氏显微硬度分布图见图4,其中,(a)为测试位置,(b)为维氏显微硬度分布图,图4中的4~7为增材体不同位置的路径。由图3~4可见,CMT修复沉积层平均硬度值为317HV,比高钢级管线钢高92HV,是高钢级管线钢显微硬度的140%。相比于单层单道的硬度值(平均为400HV),修复沉积体的硬度值整体减小了,这是因为CMT修复沉积体制造多道次热循环起到退火的作用,使得整体硬度值相对减小;此外,不同位置处的显微硬度由于组织结构不同而有差异,所以试样截面硬度会出现周期性波动;水平方向三条硬度值曲线的波动较小,垂直方向四条硬度值曲线的波动较大。多层多道增材后热影响区的位置没有出现软化的现象。此外,修复沉积层区的最上层相对于中间位置硬度值增大,这是因为后一层修复沉积层对前一层修复沉积层有退火作用使前一层的硬度值相对减小,而其自身没有经历或经历了较少道次的退火作用。
冲击试样尺寸按照国家标准GBT229-2007,制作成v型缺口冲击试样,试样尺寸为55mm×10mm×5mm,制作3个平行试样;冲击试样的取样方法为扫描方向和搭接方向;冲击试验在室温下利用JBW-300冲击试验机完成,所得修复沉积层的室温冲击断口SEM图见图5。由图5可见,冲击断口中存在大量的等轴韧窝,并且韧窝底部有球状颗粒物。
对球型颗粒和韧窝能谱点进行成分测试,所得扫描成分含量图见图6,其中,A为球型颗粒的扫描成分含量图,B为韧窝的扫描成分含量图。由图6可见,球型颗粒组成元素有C、Si、Mn、Fe、Ti,其中主要以Fe和Mn元素为主。韧窝处元素组成有C、Si、Mn、Fe、Ni,其中主要以Fe元素为主,对比说明Mn元素作为球型颗粒的主要元素。韧窝的产生原因是在塑性变形时,球型颗粒不能做到与周围增材体完全一样的变形,从而出现两个相塑性变形不协调的问题,则导致球型颗粒和增材体脱开并在界面上产生空洞,当变形量相当大时,密集分布的空洞塑性长大联合导致断裂,在断口上留下许多凹坑即韧窝,该韧窝有利于提高塑性。
拉伸试验在Instron Model 1342液压伺服材料试验机上完成,拉伸速度为1mm/min,所得修复沉积层的拉伸断口SEM图见图7~9,其中,图7为实施例1所得修复沉积层的拉伸断口SEM图;图8为图7中C点位置的区域放大图;图9为图7中D点位置的区域放大图。由图7可见,拉伸断口出现了明显的颈缩现象,为韧性断裂;断口均由中心的纤维状区(左图)和四周的剪切唇区(右图)组成;断口的微观形貌由两种韧窝组成,纤维状区为受正应力拉断的等轴韧窝(左图),剪切唇区为受切应力剪断的剪切韧窝(右图);在断裂过程中,增材体受拉应力先在中心位置形成韧窝,韧窝不断聚集形成裂纹,裂纹不断聚集最后形成纤维状区;当裂纹扩展至近表面时,拉伸由三向拉应力状态转变为平面应力状态,这时裂纹沿最大切应力方向扩展,显微孔洞被拉长,形成了半椭圆状韧窝,形成剪切唇区;由图8~9可以发现,大量的等轴韧窝和韧窝底部的球状颗粒,球状颗粒是微孔聚集型断裂的典型特征,因此可判定试样的断裂方式为微孔聚集型断裂;同时,由断口形貌可以证明,脆断的断口主要为沿晶断裂,而本发明中,断口为韧窝,有韧窝即证明是塑性断口而非脆性,说明本发明提供的CMT增材修复方法抑制了高钢级管线钢增材沉积体多道次高温热循环脆化现象。
采用夏比冲击试验机测试,对修复沉积体(CMT焊层)进行测试,测试结果见图10,由测试数据及图10可见,测得20℃时平均夏比冲击功为35J。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种CMT增材修复高钢级管线钢用焊丝,以质量百分比计,包括以下元素组分:
C 0.12~0.18%,Si 0.38~0.42%,Cr 0.43~0.47%,Ni 0.98~1.02%,Mo0.48~0.52%,余量为Fe。
2.根据权利要求1所述的焊丝,其特征在于,所述焊丝的直径为1.18~1.22mm。
3.一种抑制高钢级管线钢增材沉积体多道次高温热循环脆化现象的CMT增材修复方法,包括以下步骤:
提供表面清洁的高钢级管线钢待修复区;
对高钢级管线钢待修复区进行预热,于保护气体氛围中对所述预热后的待修复区进行多层多道CMT焊接;
所述CMT焊接使用的焊丝为权利要求1或2所述的焊丝;
所述CMT焊接包括交替循环进行的CMT增材沉积和空冷,直至焊接完成;
所述CMT增材沉积中焊道间温度≤100℃,线能量为100~300kJ/m。
4.根据权利要求3所述的CMT增材修复方法,其特征在于,所述高钢级管线钢待修复区包括目标焊接区以及自焊接区边界至外延100mm的区域。
5.根据权利要求3所述的CMT增材修复方法,其特征在于,所述预热的温度为140~160℃。
6.根据权利要求3所述的CMT增材修复方法,其特征在于,所述保护气体为氩气;所述保护气体的流量为8~12L/min。
7.根据权利要求3所述的CMT增材修复方法,其特征在于,所述CMT增材沉积中,同一层相邻焊道的搭接率为50~55%。
8.根据权利要求3所述的CMT增材修复方法,其特征在于,所述CMT增材沉积中,相邻层之间焊道宽度轮廓在水平方向的相对偏移量≤单焊道轮廓宽度的15%。
9.根据权利要求3所述的CMT增材修复方法,其特征在于,所述CMT增材沉积中,单层焊道宽度轮廓的波动和高度轮廓的波动独立地≤20%。
10.根据权利要求3所述的CMT增材修复方法,其特征在于,所述CMT增材沉积中,电压为15~15.5V,电流为160~165A,送丝速度为4.75~5.25m/min,焊枪行走速度为230~250mm/min,送丝枪头与水平方向的夹角为40~45°。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2019051527A (ja) * 2017-09-13 2019-04-04 新日鐵住金株式会社 ガスシールドアーク溶接方法および溶接継手の製造方法
CN113579553A (zh) * 2021-08-10 2021-11-02 中国人民解放军陆军装甲兵学院 电弧增材制造现场修复船舶Cr-Ni-Mo系齿轮的丝材及方法
CN113732491A (zh) * 2021-08-29 2021-12-03 钢铁研究总院 一种低合金高强钢丝材及其增材制造工艺

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1709634A (zh) * 2005-06-28 2005-12-21 武汉钢铁(集团)公司 高强度管线钢用埋弧焊焊丝
CN103658956A (zh) * 2012-09-26 2014-03-26 中国石油大学(华东) 伺服焊枪电阻点焊的焊点质量在线判别方法
CN109590668A (zh) * 2019-01-07 2019-04-09 浙江翰德圣智能再制造技术有限公司 一种汽轮机缸体密封面修复工艺
CN110172644A (zh) * 2019-06-03 2019-08-27 中国兵器科学研究院宁波分院 一种电弧增材制造用高强钢丝材及其制备方法
CN110434507A (zh) * 2019-08-22 2019-11-12 华南理工大学 一种用于海洋工程的水下增材修复金属丝材

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1709634A (zh) * 2005-06-28 2005-12-21 武汉钢铁(集团)公司 高强度管线钢用埋弧焊焊丝
CN103658956A (zh) * 2012-09-26 2014-03-26 中国石油大学(华东) 伺服焊枪电阻点焊的焊点质量在线判别方法
CN109590668A (zh) * 2019-01-07 2019-04-09 浙江翰德圣智能再制造技术有限公司 一种汽轮机缸体密封面修复工艺
CN110172644A (zh) * 2019-06-03 2019-08-27 中国兵器科学研究院宁波分院 一种电弧增材制造用高强钢丝材及其制备方法
CN110434507A (zh) * 2019-08-22 2019-11-12 华南理工大学 一种用于海洋工程的水下增材修复金属丝材

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2019051527A (ja) * 2017-09-13 2019-04-04 新日鐵住金株式会社 ガスシールドアーク溶接方法および溶接継手の製造方法
CN113579553A (zh) * 2021-08-10 2021-11-02 中国人民解放军陆军装甲兵学院 电弧增材制造现场修复船舶Cr-Ni-Mo系齿轮的丝材及方法
CN113732491A (zh) * 2021-08-29 2021-12-03 钢铁研究总院 一种低合金高强钢丝材及其增材制造工艺

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