螺旋埋弧焊管缺陷半壁厚埋弧自動(dòng)焊補(bǔ)焊工藝研究

王寅杰 王海生 高繼宏 吳成武 李世武

（1.渤海裝備華油鋼管公司，河北 滄州062658；2.華北石油工程建設(shè)有限公司，河北 滄州062658；3.濟(jì)柴再制造公司，河北 滄州062658）

1 試驗(yàn)材料和方法

試 驗(yàn) 原 料 為L(zhǎng)360M 鋼 級(jí)Ф610mm×8mm、X70 鋼 級(jí)Ф 1016mm×17.5mm、X80 鋼級(jí)Ф1422mm×17.8mm 螺旋埋弧焊管，母材化學(xué)成分見表1。

表1 試驗(yàn)用螺旋埋弧焊管母材化學(xué)成分（%）

采用碳弧氣刨清除穿透性缺陷和非穿透性缺陷，缺陷通過(guò)x 光拍片、超聲波手探、抓圖等方式并以圖加傳票的方式，送到補(bǔ)焊崗位，補(bǔ)焊工根據(jù)傳票，準(zhǔn)確定位后在螺旋埋焊縫上進(jìn)行刨削，開口寬度（由壁厚及原始焊縫寬度決定）、刨削深度（每層1mm 由缺陷的種類、性質(zhì)、大小決定）便于查找缺陷，后用砂輪機(jī)清除碳化層、粘渣，清理出合適的焊接坡口。

穿透性缺陷首先采用手工電弧焊進(jìn)行封底焊，然后采用自動(dòng)埋弧焊進(jìn)行填充、蓋面。刨補(bǔ)缺陷直接使用自動(dòng)埋弧焊進(jìn)行填充、蓋面。焊接電源方面，封底焊Lincoln V450-S，填充、蓋面焊LincolnDC-1000，電源極性均為直流反接。焊材匹配方面，封底焊選用Ф3.2mm、根據(jù)材質(zhì)選用CHE507GX 或CHE607GX焊條，填充、蓋面焊選用Ф4.0mm、H08C 焊絲和SJ101G 焊劑，具體焊接參數(shù)見表2。

表2 焊接參數(shù)

2 試驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 無(wú)損檢測(cè)

補(bǔ)焊后，對(duì)補(bǔ)焊焊縫進(jìn)行X 射線拍片和超聲波檢測(cè)，均未發(fā)現(xiàn)缺陷，X射線拍片如圖2所示，焊后埋弧焊自動(dòng)補(bǔ)焊焊縫如圖3所示。

圖2 X射線拍片

圖3 自動(dòng)補(bǔ)焊焊縫

2.2 拉伸及導(dǎo)向彎曲

補(bǔ)焊焊縫拉伸試驗(yàn)采用全壁厚矩形試樣，按照ASTM A370標(biāo)準(zhǔn)，在室溫下采用CMT5305微機(jī)控制電子拉伸試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行檢測(cè)，拉伸試驗(yàn)結(jié)果見表4。可以看出，焊縫抗拉強(qiáng)度距標(biāo)準(zhǔn)下限要求裕度較大，焊縫強(qiáng)度匹配系數(shù)適中，可充分保證管道在高壓輸送下的安全系數(shù)。

表4 拉伸試驗(yàn)結(jié)果

按照ASTM A370 標(biāo)準(zhǔn)，在1000KN 電液伺服彎曲試驗(yàn)機(jī)上對(duì)補(bǔ)焊焊縫進(jìn)行導(dǎo)向彎曲性能檢測(cè)，分為面彎和背彎，彎芯直徑按鋼級(jí)分別取74mm/175mm/178mm（L360MX70/X80），彎曲角度180°，試驗(yàn)后母材、焊縫、熱影響區(qū)均未見裂紋或斷裂，符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

2.3 夏比沖擊

焊縫中心、熱影響區(qū)夏比沖擊試驗(yàn)采用標(biāo)準(zhǔn)V 型缺口試樣，按照ASTM A370 標(biāo)準(zhǔn)，在ZBC2752N-3 微機(jī)控制沖擊試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行檢測(cè)。-10℃夏比沖擊試驗(yàn)結(jié)果見表5。可以看出，-10℃下，焊縫中心、熱影響區(qū)夏比沖擊性能遠(yuǎn)高于標(biāo)準(zhǔn)要求，焊道經(jīng)碳弧氣刨、補(bǔ)焊等多次熱循環(huán)后，焊縫接頭并未出現(xiàn)脆化。同時(shí)選取X80試樣進(jìn)行系列溫度夏比沖擊試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如圖4～5 所示。焊縫中心FATT50CVN約在-20℃左右，熱影響區(qū)FATT50CVN約在-40℃左右，高鋼級(jí)補(bǔ)焊焊縫呈現(xiàn)出了優(yōu)良的低溫韌性。

表5 沖擊試驗(yàn)結(jié)果

圖4 焊縫中心夏比沖擊韌脆轉(zhuǎn)變曲線

圖5 熱影響區(qū)夏比沖擊韌脆轉(zhuǎn)變曲線

2.4 維氏硬度

維氏硬度試驗(yàn)按照ASTM E384 標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。從試驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)看，各位置檢測(cè)點(diǎn)硬度值差異不大，特別是熱影響區(qū)硬度值無(wú)明顯波動(dòng)，說(shuō)明該區(qū)域未出現(xiàn)明顯的軟化和硬化，補(bǔ)焊接頭的硬度指標(biāo)較為均勻，滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

3 結(jié)語(yǔ)

（1）在不同鋼級(jí)、不同規(guī)格螺旋埋弧焊管上，穿透性缺陷和刨補(bǔ)缺陷進(jìn)行自動(dòng)補(bǔ)焊試驗(yàn)，經(jīng)檢測(cè)，補(bǔ)焊焊縫的各項(xiàng)指標(biāo)均優(yōu)于標(biāo)準(zhǔn)要求，半壁厚自動(dòng)補(bǔ)焊工藝完全滿足高標(biāo)準(zhǔn)螺旋埋弧焊管生產(chǎn)需求。

（2）自動(dòng)補(bǔ)焊工藝可減少施焊過(guò)程中的人為干預(yù)、提升設(shè)備自動(dòng)化水平，穩(wěn)定焊接質(zhì)量。不僅適用于本研究API Spec 5L、GB/T9711 標(biāo)準(zhǔn)管線鋼管的生產(chǎn)，還可在GB/T3091、SY/T5037、SY/T5040、SY/T5768等標(biāo)準(zhǔn)，輸水、供熱、樁管、結(jié)構(gòu)管等工程用螺旋埋弧焊管生產(chǎn)中推廣應(yīng)用。