### 海洋平台30CrMo调质钢管的焊接技术详解
#### 摘要
本文针对中碳调质钢30CrMo的焊接性制定了合理的焊接工艺，并通过对焊接参数及操作方法的控制，使焊件获得良好的性能。研究重点在于解决海洋采油操作中的复杂环境对高压输油管线接头质量的严格要求。
#### 关键词
- 中碳调质钢
- 30CrMo
- 焊接
#### 1. 概述
30CrMo钢是一种中碳调质钢，含有Cr和Mo作为强化元素的低合金高强度钢。该材料具有较高的强度和塑韧性，广泛应用于制造截面较大、在高应力条件下工作的调质零件，例如轴、主轴、受高负荷的操纵轮、螺栓、双头螺栓、齿轮等。在石油天然气工业中，主要用于钻井设备和输油气管线等。
#### 2. 焊接工艺评定
##### 2.1 坡口形式
所有接头均为管-管水平固定对接接头（5G），接头坡口角度为60°，钝边厚度b为1.5-2.0mm，间隙c为2.0-4.0mm。
##### 2.2 焊材的选择
考虑到30CrMo调质钢的抗拉强度、冲击韧性和油田防腐（主要为防硫）的要求，焊缝中不可含Ni，焊材Ni含量应当低于1.0%。因此，选择直径为2.4mm的H18CrMoA焊丝打底，直径为3.2mm的低氢焊条J857Cr（AWSE12015-G）填充盖面。
##### 2.3 预热、层间温度的确定
根据国际焊接学会（IIW）和美国焊接学会（AWS）推荐的碳当量公式计算得出30CrMo钢的碳当量Ceq范围为0.52%-0.73%，CE范围为0.55%-0.77%。由此可见，30CrMo钢焊接性较差，需要预热。按照ASME IX卷的推荐值，最低预热温度为129℃，最高层间温度为310℃。实际预热温度设定为200℃，层间温度控制在180-240℃之间。
##### 2.4 焊接工艺参数
焊接工艺参数如下：
- **打底**：GTAW（钨极氩弧焊），电流90-100A，直流正接，电压11-14V，焊接速度40-80mm/min；
- **填充与盖面**：SMAG（药皮焊条电弧焊），电流100-130A，直流反接，电压21-25V，焊接速度100-150mm/min。
##### 2.5 焊后热处理
为了防止冷裂纹的产生，提高接头的冲击韧性，降低接头硬度，尤其是热影响区（HAZ）最高硬度，焊后应立即进行焊后热处理。具体步骤为加热至600℃，保温2小时，升温和降温速度不超过150℃/h。若无法及时进行焊后热处理，则需对焊接接头进行400℃×1小时的回火处理。
#### 3. 试验结果
##### 3.1 拉伸试验
拉伸试验结果表明，所有试样的断裂位置均位于焊缝中心，且拉伸强度均高于设计要求。具体数值见下表：
| 试样编号 | 宽/mm | 厚/mm | 极限载荷/N | 拉伸强度/Mpa | 断裂位置 |
|---------|-------|------|----------|-------------|--------|
| T1 | 13.19 | 20.21| 264.25 | 760 | 焊缝 |
| T2 | 13.10 | 20.15| 263.97 | 750 | 焊缝 |
##### 3.2 弯曲试验
弯曲试验结果显示，所有试样均通过了侧弯测试，未发现任何气孔、夹杂、咬边、裂纹等缺陷。
##### 3.3 冲击韧性试验
低温冲击韧性试验结果表明，所有试样的冲击韧性值均符合要求，且均通过了落锤试验。具体数值如下：
| 试样编号 | 缺口位置 | 尺寸/mm | 温度/℃ | 冲击韧性值/J | 落锤试验（是/否） |
|--------|--------|-------|------|------------|---------------|
| C11 | 焊缝中心 | 10×10×55 | -30 | 65 | 是 |
| C12 | 焊缝中心 | 10×10×55 | -30 | 70 | 是 |
| C13 | 焊缝中心 | 10×10×55 | -30 | 67 | 是 |
##### 3.4 硬度测试
硬度测试结果显示，最高硬度为235HV，低于国际焊接学会规定的防腐（防硫）硬度值250HV。
通过对30CrMo调质钢管的焊接工艺进行了系统的研究与评估，制定出了一套有效的焊接工艺方案，确保了焊缝的质量和性能符合海洋平台高压输油管线的高标准要求。
