X80管線鋼全自動下向焊焊接工藝

姚宗湘，蔣德平，呂偉

(1.重慶科技學(xué)院冶金與材料工程學(xué)院，重慶401331；2.中國石油青海油田分公司，甘肅敦煌736202)

X80管線鋼全自動下向焊焊接工藝

姚宗湘1，蔣德平1，呂偉2

(1.重慶科技學(xué)院冶金與材料工程學(xué)院，重慶401331；2.中國石油青海油田分公司，甘肅敦煌736202)

分析了X80管線鋼化學(xué)成分、力學(xué)性能、焊接性能和全位置自動焊工藝特點。通過合理選擇焊接方法、設(shè)備、焊接材料和焊接接頭，制定了規(guī)格φ 1 219 mm×22 mm的X80管線鋼的焊接工藝參數(shù)，以控制焊接熱輸入，確保接頭的性能。此工藝成功地應(yīng)用于西氣東輸二線工程，焊接質(zhì)量優(yōu)良，效果良好。

管線鋼；X80；焊接工藝

0 前言

從我國油氣生產(chǎn)和消費結(jié)構(gòu)以及西部大開發(fā)的戰(zhàn)略來看，長距離、大口徑、高壓力、耐腐蝕是我國油氣管道發(fā)展的必然趨勢。X80高鋼級管線鋼主要用于鋼材強度要求高的油氣輸送管線上，是目前國際上較高級別的管線鋼。它不僅強韌度高，焊接性能良好，材質(zhì)含雜質(zhì)少，而且相比X70鋼級來說，有質(zhì)的飛躍。“西氣東輸”這條世界級的天燃?xì)飧删€管道的二線建設(shè)采用的就是先進的X80級管線鋼，焊接方法主要是焊條電弧焊、半自動焊和自動焊工藝。在此主要介紹X80鋼全自動下向焊焊接工藝的研究。

1 X80鋼的化學(xué)成分及焊接性能

1.1 化學(xué)成分及力學(xué)性能

試驗采用的管線材料為根據(jù)API 5L標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)的X80螺旋埋弧焊鋼管，規(guī)格φ 1219mm×22mm，化學(xué)成分和力學(xué)性能分別如表1、表2所示。

表1 X80鋼管化學(xué)成分%

表2 X80鋼管力學(xué)性能

由表1可知，此鋼含碳量較低，但Mn、Mo和Nb的含量增加，從而保證了針狀鐵素體的形成和晶粒細(xì)化，使X80管線鋼在含碳量低的情況下具有良好的強度和韌性。w(S)＝0.003%，進一步提高了X80管線鋼的抗H2S腐蝕能力[1]。

1.2 焊接性能

X80管線鋼的含碳量較小，但由于合金元素含量較大，其碳當(dāng)量仍然較高。碳當(dāng)量可以粗略地反映鋼材的淬硬傾向和焊接加工的難易程度，應(yīng)適當(dāng)控制碳當(dāng)量。該鋼的冷裂紋敏感指數(shù)較低，因此具有良好的焊接性，熱裂紋不是該鋼種焊接的主要問題。

由表2可知，與X70鋼相比，X80鋼的強度提高，硬度增加，理論上焊接冷裂紋的傾向會增大。

2 焊前準(zhǔn)備

2.1 焊接方法及設(shè)備

在西氣東輸工程中，全自動氣體保護焊工藝的使用已日趨成熟。CO2氣體保護短路過渡焊以其小電流、低電壓、細(xì)直徑實心焊絲、短路過渡為主要特點，向下焊時熔池體積小，可實現(xiàn)全位置焊接。此方法具有工作效率高、質(zhì)量好、勞動強度低、技術(shù)易于掌握等優(yōu)點。

根焊采用美國CRC EVANS設(shè)計的內(nèi)焊機IWM配相適應(yīng)的直流焊接電源進行焊接。該焊機可在野外作業(yè)過程中獲得更快的焊接速度和更高的精度。它使兩根管子的端部排成一條直線，把它們固定到位并將自動機械安放在焊道根部。熱焊采用CRC EVANS設(shè)計的全自動外焊機P260，并配以相適應(yīng)的直流焊接電源進行焊接。填充和蓋面焊采用CRC EVANS設(shè)計的全自動外焊機P600，并配以相適應(yīng)的直流焊接電源進行焊接。P600是雙焊炬全自動焊機，是為提高生產(chǎn)率和降低成本而應(yīng)用的當(dāng)今最先進的外焊機設(shè)備之一。

2.2 焊接材料的選擇

為保證焊縫金屬的強度和韌性，焊接時應(yīng)選用高強度、高韌性、低氫型的焊接材料，以降低焊縫金屬中殘余的N、O、H含量。為此，根焊和熱焊時選用的焊材牌號均為TS－6，直徑φ 0.9 mm，符合AWS A5.18 ER70S－G；填充焊和蓋面焊均采用φ 1.0 mm ER80S－G實心焊絲，符合AWS A5.29。

2.3 坡口和接頭形式

管材直徑φ 1 219 mm，壁厚22 mm。焊接位置為水平固定5G位管道向下立焊。采用雙V型坡口，內(nèi)焊機根焊鈍邊高度1.27±0.38mm，對口間隙0～0.5 mm，如圖1所示。焊道設(shè)計如圖2所示。

圖1 接頭形式

圖2 焊道順序示意

2.4 主要焊接參數(shù)

X80鋼焊接主要工藝參數(shù)如表3所示。

表3 焊接工藝參數(shù)

3 焊接過程

(1)管子清理。先將管子內(nèi)外坡口邊緣兩側(cè)25 mm內(nèi)的油污、銹、水分和氧化物采用機械法清理干凈，直至呈現(xiàn)出金屬光澤。

(2)對口。采用內(nèi)對口器進行對口，相鄰管焊縫在對口處錯開，距離大于等于100 mm。

(3)預(yù)熱與層間溫度。為防止熱影響區(qū)產(chǎn)生淬硬組織，導(dǎo)致冷裂紋，采取焊前預(yù)熱。將坡口兩側(cè)50 mm內(nèi)預(yù)熱到100℃～200℃。同時為防止焊接熱影響區(qū)軟化，焊接過程中使用較小的焊接熱輸入量，采用薄層多道的方法，控制層間溫度在60℃～150℃。

(4)焊接溫度低于5℃時，焊接作業(yè)宜在防風(fēng)棚內(nèi)進行，應(yīng)采用保溫措施保證層間溫度；如果在組裝和焊接過程中焊口溫度冷卻至焊接工藝規(guī)程要求的最低溫度以下時，應(yīng)重新加熱到要求溫度；焊后采用緩冷措施。

(5)焊接。根焊和熱焊時焊槍運行方式為直拉，以保證坡口兩側(cè)熔合良好。熱焊道完成后即可撤離內(nèi)焊機進行填充和蓋面，填充和蓋面時焊槍運行方式為橫擺。由于管徑較大，為減小受熱不均勻引起應(yīng)力的分布，每層焊道均由兩名焊工對稱施焊。

4 焊后清理及外觀檢驗

4.1 焊后清理

層間清理采用動力角向砂輪磨光機和鋼絲刷打磨焊接接頭。焊接完成后，清除焊縫表面的熔渣、飛濺和污物。余高控制在0～2 mm，如果焊縫余高超高時應(yīng)打磨至要求的范圍，打磨余高應(yīng)與母材圓滑過渡，且不傷及母材。

4.2 焊接檢驗

(1)根焊完成后，應(yīng)檢驗根焊道，不得有接頭熔合不良、裂紋等缺陷。

(2)打磨缺陷處，重新確定預(yù)熱溫度后才能進行補焊。根焊修補參數(shù)與CRC EVANS／IWM自動內(nèi)焊機正常焊接時相同。

(3)錯邊不大于管壁厚的1／8，且小于3 mm。

(4)焊縫余高控制在0～2 mm。

(5)咬邊深度小于等于0.5 mm。當(dāng)咬邊深度小于0.3 mm時為合格；咬邊深度0.3～0.5 mm時，其單個長度不得超過30 mm，累計長度不得大于焊縫全長的15%[2]。

(6)背面凹坑深度小于等于1.4 mm，總長度小于等于68 mm。

(7)X射線探傷需達到Ⅱ級標(biāo)準(zhǔn)。

5 結(jié)論

按此工藝焊接的管道，根據(jù)Q／CNPC110－2005《X80管線鋼管線路焊接施工及驗收規(guī)范》對試驗管口進行了工藝評定，結(jié)果均為合格。該工藝已用于西氣東輸二線的焊接，經(jīng)自動超聲波檢測一次合格率為97%，再次證實此焊接工藝完全滿足施工要求。

[1]高惠臨.管線鋼—組織、性能、焊接行為[M].西安：陜西科技出版社，1995.

[2]袁吉偉.西氣東輸二線工程X80管線鋼焊接工藝研究[J].金屬加工，2008(22)：34－38.

Automatic veritical down welding technology for X80 pipeline steel

YAO Zong-xiang1，JIANG De-ping1，LV Wei2(1.College of Metallurgical and Materials Engineer，Chongqing University of Science and Technology，Chongqing 401331，China；2.Qinghai Oilfield Branch Company of China Petroleum，Dunhuang 736202，China)

The weldability research and positional welding technology feature are analysed in this paper though the introduction on chemical composition and mechanical properties of X80 pipeline steel.Experiments were conducted on X80 pipeline steel with different welding materials.Welded joints were also designed.Welding procedure of φ 1 219 mm×22 mm X80 has drawn up to control heat input.It has been successfully used in factory and has got good welding quality.

pipeline steel；X80；welding procedure

book=76,ebook=221

TG457.11

B

1001－2303(2010)10－0076－03

2009－07－01

姚宗湘(1978—)，女，河南南陽人，講師，碩士，主要從事焊接工藝方面的教學(xué)和研究工作。。