L450M管線鋼穿越段焊縫返修焊接工藝

姜?dú)g歡 王紹智 喬虎

1. 概述

濟(jì)南-青島輸氣管線工程全長402km，橫跨山東省7個(gè)地級市，由干線和聯(lián)絡(luò)線組成。本工程干線穿越大中型河流共27條，長度為20 750.4m。在施工過程由于受地理環(huán)境、焊工操作水平和工藝參數(shù)設(shè)置不合理等因素的影響，焊接過程中易出現(xiàn)氣孔、夾渣、未熔合等缺陷，故需對不合格焊縫進(jìn)行返修。本文針對工程中L450M、 φ813mm×20mm 管線鋼水平定位焊SMAW全壁厚返修進(jìn)行了工藝試驗(yàn)，探索出了合理的返修工藝，可用于指導(dǎo)焊接施工。

2. 母材及焊接材料

（1）母材焊接性及力學(xué)性能 L450M管線鋼為控軋控冷鋼，主要用于輸送石油天然氣的管線，屬于低合金高強(qiáng)度鋼。其化學(xué)成分和力學(xué)性能如表1、表2所示。

采用IIW推薦使用的碳當(dāng)量計(jì)算公式得到CE= 0.366%，冷裂紋敏感系數(shù)P = 0.16%，母材碳當(dāng)量＜0.4%，冷裂紋敏感系數(shù)＜0.2%，說明鋼材具有較好的焊接性和抗裂性能。

（2）焊接材料的確定 根據(jù)L450M管線鋼的化學(xué)成分及力學(xué)性能，返修工藝打底焊采用伯樂公司生產(chǎn)的BOEHLER FOX CEL E6010、 φ3.2mm焊條，填充、蓋面焊采用低氫型焊條E5515—G ，φ3.2mm，熔敷金屬的化學(xué)成分如表3所示。

坡口形式

表1 化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)） （%）

表2 力學(xué)性能

表3 熔敷金屬化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)） （%）

3. 返修工藝

（1）缺陷的清除和坡口制備 根據(jù)射線底片上的缺陷種類、位置、深度及缺陷大小測量出缺陷所在的位置，并根據(jù)缺陷的性質(zhì)和部位，使用角向磨光機(jī)對缺陷進(jìn)行徹底的清除，并把坡口兩邊50mm區(qū)域內(nèi)及坡口面的油銹等雜質(zhì)清理干凈。對清理完的地方，還要通過表面探傷加以確認(rèn)，合格后方可施焊。清除缺陷后，用角向磨光機(jī)將返修部位打磨，打磨后的兩端及表面過渡要平緩，寬度要均勻，便于施焊緩坡凹槽。如需全壁厚返修，應(yīng)開V形坡口，坡口形式如附圖所示。

（2）返修工藝 為了滿足焊接施工的需要，保證返修后能得到良好的焊縫成形和接頭性能，必須采用合適的焊接參數(shù)。具體焊接參數(shù)如表4所示。

（3）返修工藝要點(diǎn) 主要包括以下幾個(gè)方面：第一，為避免出現(xiàn)冷裂紋，焊前必須將返修部位坡口兩側(cè)100mm區(qū)域預(yù)熱，預(yù)熱溫度為120~160℃，坡口兩邊預(yù)熱要均勻，施焊過程中層間溫度控制在120~250℃內(nèi)。

第二，焊前焊條應(yīng)進(jìn)行350~400℃烘干 ，纖維素焊條烘干溫度70~80℃，并在保溫筒內(nèi)存放，隨用隨取。坡口附近的鐵銹、油污應(yīng)仔細(xì)清理干凈，以降低焊縫的含氫量，避免產(chǎn)生冷裂紋。

第三， 返修時(shí)SMAW根焊、填充蓋面都采用向上焊。根焊時(shí)，采用小鋸齒形運(yùn)條方式，短弧向上焊接。焊接過程中控制熔孔大小始終保持一致，以保證焊縫成形良好。

第四，必須嚴(yán)格按照焊接工藝要求進(jìn)行返修，要一次性完成返修焊縫，焊層焊接的時(shí)間間隔要＜10min。如焊道中出現(xiàn)的非裂紋性缺陷，可直接返修。裂紋長度小于焊縫長度8%，采用返修工藝進(jìn)行返修；裂紋長度大于焊縫長度8%時(shí)，所有帶裂紋焊縫必須切除。焊縫在同一部位的返修不得超過一次，否則將全部焊縫切除。

第五，為保證返修一次合格，返修工作要選擇技術(shù)水平較高的、責(zé)任心強(qiáng)的焊工進(jìn)行返修。完成返修工作后，焊縫余高不應(yīng)低于母材，打磨圓滑過渡，去除渣皮、飛濺物等，清理干凈焊縫表面。

第六，返修時(shí)只有在環(huán)境溫度≥-20℃，環(huán)境風(fēng)速≤8m/s，環(huán)境濕度≤90%RH的條件下才能進(jìn)行，如出現(xiàn)其中任一情況不符合要求，應(yīng)采取可靠的防護(hù)措施，否則禁止進(jìn)行返修。

4. 焊接試驗(yàn)

（1）無損檢測 根據(jù)SY/T4109—2005標(biāo)準(zhǔn)，返修焊縫進(jìn)行X射線探傷，未發(fā)現(xiàn)缺陷，達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)中Ⅱ級要求。

（2）力學(xué)性能試驗(yàn) 根據(jù)SY/T4103—2006《鋼制管道焊接及驗(yàn)收》標(biāo)準(zhǔn)，并結(jié)合本工程設(shè)計(jì)文件的要求，對返修焊口試樣進(jìn)行了拉伸、彎曲試驗(yàn)、低溫沖擊、刻槽錘斷試驗(yàn)。

拉伸試驗(yàn)：取4塊試樣進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如表5所示。試樣抗拉強(qiáng)度數(shù)值較高，滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

彎曲試驗(yàn)：彎曲試樣8塊，進(jìn)行側(cè)彎試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果如表6所示。焊接接頭沒有出現(xiàn)裂紋，試驗(yàn)結(jié)果合格。

低溫沖擊試驗(yàn)：低溫沖擊試驗(yàn)結(jié)果如表7所示。結(jié)果表明，焊縫中心是焊接接頭低溫沖擊性能較低的部位，但是滿足設(shè)計(jì)文件要求。

刻槽錘斷試驗(yàn)：刻槽試樣長約230mm，寬25mm，用鋼鋸在試樣兩側(cè)焊縫端面中心（以根焊道為準(zhǔn)）鋸槽，每個(gè)刻槽深度約為3mm?？滩坼N斷試樣斷裂面完全熔合和焊透，無其他缺陷，刻槽試驗(yàn)結(jié)果如表8所示。

表4 焊接參數(shù)

表5 拉伸試驗(yàn)結(jié)果

表6 彎曲試驗(yàn)結(jié)果

表7 沖擊試驗(yàn)結(jié)果

表8 刻槽試驗(yàn)結(jié)果

5. 結(jié)語

在濟(jì)南-青島輸氣管道二線工程管道干線穿越黃河焊縫返修施工中，采取以上返修工藝，返修 后的焊縫經(jīng)外觀檢查和無損檢測均合格，且焊接接頭的各項(xiàng)性能指標(biāo)都達(dá)到了標(biāo)準(zhǔn)要求，返修一次合格率100%，說明本返修工藝可行性良好，可用于指導(dǎo)管線的返修施工。

[1] 周振豐.焊接冶金學(xué)（金屬焊接性）[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1996.

[2] 李冬梅，等. X65高壓集注氣管道的焊接[J].油田地面工程，2005.5（5）：45-46.

[3] 張文鉞. 焊接冶金學(xué)[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1999.