通过沉淀硬化的高强度镍合金焊缝制造技术

本发明专利技术提供了沉淀硬化的高强度镍基合金焊缝，其在连接高强度金属时产生改进的性质和性能。有利的焊件包括两个或更多个含铁或非铁部件的部分，和将所述部件的相邻部分结合在一起的熔融焊缝、搅拌摩擦焊缝、电子束焊缝、激光束焊缝或它们的组合，其中所述焊缝包括一种沉淀硬化的镍基合金焊接金属组合物，其包括基于所述镍基合金焊接金属组合物总重量计的大于或等于１．４ｗｔ％的铝和钛的组合。本发明专利技术还提供了一种由所述镍基合金焊接组合物形成所述焊缝的方法，其中所述沉淀硬化发生在焊态条件中。为了产生有利的强度性能，所述镍基焊缝不要求在焊接后进行单独的热处理步骤。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本公开主要涉及钢结构和部件的焊接领域。具体而言，本公开涉及采用经沉淀硬 化的镍基焊接金属焊接钢结构和部件以获得高性能接头。
技术介绍

技术介绍
为方便起见，将说明书中采用的各种焊接术语在下面的术语表中进行了定义。术语表CRA 抗腐蚀合金，一种用于可能出现腐蚀问题的完成部件的特殊配制的材料。抗 腐蚀合金可以配制用于宽范围的侵蚀性条件。HAZ:热影响区。热影响区毗邻焊接线并受焊接热量影响的基材金属。韧性抗裂纹产生性能。疲劳度循环载荷作用下的抗断裂性能。微动疲劳微动磨损涉及经受小的循环相对切向运动的表面之间的接触。抗微动 疲劳性能是缺口金属件或有孔金属件中的抗断裂性能。屈服强度承受负荷而不变形的能力。FS:搅拌摩擦。FSW:搅拌摩擦焊接。搅拌摩擦焊接为了在两个工件之间产生焊接接头的固态连接工艺，其中用于连 接金属工件的热量是通过插入工件间的工具旋转销产生。FSP:搅拌摩擦处理。搅拌摩擦处理通过将针部分地插入在结构中把FSW工具压于表面来处理和调节 结构表面的方法。焊接接头焊接接头包括熔融的或热机械性改变的金属和在熔融金属“附近”但除 熔融金属外的基材金属。被认为在熔融金属“附近”的基材金属的部分取决于焊接领域已 知的那些因素而不同。焊件通过焊接连接的一组部件。焊接能力焊接特定金属或合金的可行性。许多因素影响焊接性能，包括化学、表 面精加工、热处理倾向等等。碳当量用于定义钢的焊接性能的参数，其表示为式CE = C+Mn/6+ (Cr+Mo+V) /5+ (Ni+Cu) /15，其中所有单位为重量百分数。氢裂焊接后在焊缝中发生的破裂。TMAZ 热机械影响区。热机械影响区同时经历温度周期变化和塑性变形的连接区域。TMAZ-HZ 焊件中最硬的区域。6为甲烷，在大气压和低温下液化。CNG 压缩天然气。在高度压缩(但未到液化点)的高压表面容器中的天然气。PLNG 加压液化天然气。气体，主要为甲烷，在中等压力和低温(温度高于LNG)下 液化。SCR 钢悬链线立管。用单悬链线从平台悬挂并水平连接到海底的深海钢立管。TTR 顶部张紧立管。海上石油钻塔上的立管，其被置于张力状态下，以在海洋立管 的管中保持平稳压力。不胀钢专门设计以具有低热膨胀系数的铁和镍的合金。双相钢由两相(特别是奥氏体和铁素体)组成的钢。树管系用于控制来自井的油和气的流的阀门、管道和配件的组合装置。BOP 防喷器。安装在井口，以控制钻井、完井和操作工作过程中套管和钻杆或油管 之间环形空间中的压力的装置。OCTG 石油专用管材。应用于套管、油管、平端套管衬管、短节、接箍、连接器和平端 钻杆的术语。半潜式带有没入水中的浮子或浮箱以在操作时赋予稳定性的移动钻井平台，用 于深至360米或更深的深海中。用锚定位或动力定位保持在适当的位置。自升式钻井平台带有可伸缩腿的移动钻井平台，用于不到100米深的浅水区。TLP:张力腿平台。通过许多张力保持电缆锚至海底以保持适当位置的浮式海上结 构。电缆减缓波动作用以保持平台静止。DDCV 深吃水沉箱船。深吃水表面穿入圆筒形浮子，特别适合于深海，其容纳钻井、 顶部张紧立管和干式完井。随动塔式平台窄且柔韧的塔楼和桩基支撑常规甲板，用于钻井和生产操作。其 设计使得可承受相当大的横向挠曲和力的作用，并通常用在1500到3000英尺(450至900 米)深的水中。FPSO 浮式生产储卸油装置。改装或定制的船形浮子，用于在转船运输前处理油和 气并用于油的临时储存。FS0:浮式储卸油装置。浮式存储设备，通常用于油，一般用于其中不可能或无法有 效地铺设管线到岸上的情况。生产平台将把油输送到PS0，在该处其将被储存至油轮抵达， 并连接到FSO以便将其卸下。筋束永久地系泊连接在各个结构的角上的浮式平台的管状系链。脐带缆水力制动用软管的组合装置，其还可包括电缆或光纤，用于控制来自平台 或装置的海底结构或R0V。补给船用于将乘客和补给运送至靠近岸的场所和从靠近岸的场所运出乘客和补 给的补给运输/供应船。沉淀硬化用于强化可锻材料的技术，依靠随温度而变化的固溶性而产生第二相 的细粒，其阻止晶格中位错或缺陷的移动。由于位错经常是塑性的主要携带者，因此这用于 硬化材料。也称为时效硬化。沉淀硬化通常涉及热处理或低温下的时效硬化，以促进沉淀 的形成。但是，正如本专利技术中所用，沉淀硬化不包括热处理或时效步骤，而是在冷却时在焊 缝中发生；即在焊态条件下。7X-65 屈服强度为 65Ksi (65，OOOpsi)的线管钢。电子束焊(EBW)—种焊接方法，其中将高速电子束应用于要进行连接的材料。一 旦发生碰撞，由于电子的动能被转化成热，工件熔化，并且如果使用填充金属，则填充金属 也熔化形成焊缝的一部分。不施加压力，也不用保护气体，虽然经常在真空条件下进行焊接 以防止电子束的扩散。激光焊(LBW)—种通过使用激光，用于连接多个金属件的焊接方法。激光束提供 集中的热源，使得可以得到窄且深的焊缝和高的焊接速度。长期的需要大多数钢结构是采用钢(也称为含铁基或铁基)焊接金属焊接的。这些钢焊缝一 般是含有约0. Iwt%的碳和最高达2-3衬％的其它合金元素(比如Mn、Ni、Cu和它们的组 合)的铁。在这些含铁焊缝/焊件中产生的韧性和残余压力是钢基的性能、焊接金属的类 型和与焊接处理相关的热周期之间复杂的相互作用的结果。大部分焊接结构的性能(例如 承载能力、疲劳、环境开裂)是由焊件(由焊缝和热影响区HAZ组成)的性能控制的。虽然 可以通过焊接金属化学组成的设计来控制焊缝的性能，但是接头性能是由基材/焊接金属 化学组成之间复杂的相互作用和焊接工艺控制的。从以往来看，大多数钢结构都是采用铁 基焊接金属通过熔焊连接的。采用铁基焊缝的主要原因在于它们的低成本、通过合金配制 能与基材金属强度相匹配的能力以及工业中的广泛使用。虽然对于许多陆基结构应用而言的焊件完整性缺陷可以通过增加冗余量来调节， 但是这类方法对于海上和深海结构来说是不切实际或不经济的，因为对于海上和深海结构 而言部件的重量是关键性的。在这些结构中，有必要加强焊件完整性以使得它们不会对结 构的完整性产生限制。金属部件比如管道和管材的连接，以形成用于油、气和地热井等的 管线，大部分是采用这些传统的铁基焊接金属通过钢结构或部件的传统电弧焊或熔焊实现 的。电弧或熔焊通常涉及钢焊接金属的熔化以便形成连接两个含铁部件或构件的接头。这种含铁基的金属接头通常具有可接受的性能，然而，焊件在强度、韧性和完整性 上的改善将会进一步提高焊件的性能，并相应地提高结构/部件性能。例如，在焊接海上管 线用钢管与含铁基焊件中，存在着产生自悬挂于铺管船船尾的完成的管(completed pipe) 的弯曲应力的问题。此外，传统的含铁基熔融焊接接头受到其它属性的影响，它们也会降低 接头的机械完整性。这些属性的例子有拉伸残余应力、氢裂、未融合缺陷和低的韧性。采用由Inconel 625组成的镍合金焊缝焊接一些高强度钢(例如X_65钢管)以 获得焊件较好的疲劳强度。在这些接头中，Inconel 625合金的屈服强度(约70Ksi)比待 被焊接的X-65钢的屈服强度(65Ksi)更大，这提供了过匹配(overmatched)条件。接头的 这种疲劳强度的改善主本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种焊件，包括：两个或更多个含铁或非铁部件的部分，和将所述部件的相邻部分结合在一起的熔融焊缝、搅拌摩擦焊缝、电子束焊缝、激光束焊缝或其组合，其中所述焊缝包括沉淀硬化的镍基合金焊接金属组合物，其基于所述镍基合金焊接金属组合物的总重量计包括大于或等于１．４ｗｔ％的铝和钛的组合。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：拉加万阿耶尔，尼尔拉吉S蒂鲁马里亚，陈炫佑，丹尼尔B利利格，道格拉斯P弗尔柴尔德，史蒂文J福特，
申请(专利权)人：埃克森美孚研究工程公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]