大口径长输管道CRC全自动焊接工艺研究

大 口径长输管道 C R C全 自动焊接工艺研究 王少锋 。 胡建春 ( 1 华南蓝天航空油料有限公 司， 广东 广州5 1 0 4 7 0 ； 2 中国石油天然气管道第 二工程公司， 江苏 徐州2 2 1 0 0 8 ) 摘要： C R C是美 国 C R CE v a n s国际管道公 司生产的一种管道全 自动焊接设备， 该技术代表着管 道 自动焊接 的国际水平。为满足 中亚天然气管道 c线工程对 管道焊接质量的要求， 对现场使用的 C R C全 自动焊接工艺进行 了研 究。在最终选定 的焊接工艺参数条件下对钢管进行 了焊接 ， 并对焊 接接头的 力 学 性 能 和 宏 观 金 相 进 行 了评 定。试 验 结 果 表 明， 接 头 的各 项 性 能指 标 均 符 合 A P I 1 1 0 4 -2 0 0 5标准 ， 选定 的焊接工艺能够满足 现场 自动焊施工 的技术要求。最后对 C R C现场焊 接的技术要点和经济效益进行了分析。目前， 此工艺正应用于中亚天然气管道 c线工程， 取得了 较好的焊接效果。 关键词： C R C全 自动焊 ； 焊接工艺； 力学性 能； 宏观金相 中图分类号： T H 1 3 1 2； T E 8 3 2 文献标识码： B 文章编号： 1 0 0 1 4 8 3 7 2 0 1 3 ) 0 8- 0 0 7 5- 0 5 d o i ： 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 1 4 8 3 7 2 0 1 3 0 8 0 1 3 Re s e a r c h o n CRC Aut o m a t i c W e l di ng Pr o c e du r e o f La r g e - d i a me t e r Lo ng di s t a nc e Pi pe l i ne W ANG S h a of e n g ， HU J i a nc h u n ( 1 S o u t h C h i n a B l u e s k y A v i a t i o n O i l C o ， L t d ， G u a n g z h o u 5 1 047 0 ， C h i n a ； 2 N o 2 S u b s i d i a r y C o n s t r u e t i o n C o mp a n y o f C h i n a P e t r o l e u m P i p e l i n e B u r e a u ， X u z h o u 2 2 1 0 0 8 ， C h i n a ) Abs t r a c t ： CRC i s t h e wo r l d S mo s t a d v a n c e d p i p e l i ne a ut o ma t i c we l di n g t e c h n o l o g y， wh i c h r e p r e s e n t s t h e i n t e r na t i o n a l l e v e l o f t he pi p e l i n e a u t o ma t i c we l d i n g Ta ki n g CRC a u t o ma t i c we l d i n g t e c h n o l o gy u s e d i n C e n t r al A s i a N a t u r a l G a s p i p e l i n e C l i n e e n g i n e e r i n g a s t h e r e s e a r c h o b j e c t ， t h e p i p e l i n e s t e e l w a s w e l d e d un d e r t h e s e l e c t e d we l d i ng t e c h ni c a l p a r a me t e r s， a n d me c ha n i c a l p r o pe r t i e s a n d ma c r omi c r o s t ruc t u r e o f t h e j o i n t s w e r e t e s t e d T h e t e s t i n g r e s u h s s h o w t h a t t h e w e l d i n g p r o c e d u r e i s a p p r o p r i a t e ， a n d t h e j o i n t S p e r f o r ma n c e c a n me e t t h e r e q u i r e m e n t s o f s t a n d a r d A P I 1 1 0 4 -2 0 0 5 F i n a l l y ， t h e t e c h n i c al p o i n t s o f t h e CRC f i e l d w e l d i n g a n d t h e e c o n o mi c b e n e fi t s w e r e a n a l y z e d T h i s t e c h n o l o gy i s c u r r e n t l y b e i n g a p p l i e d t o t h e Ce n t r a l As i a Na t u r a l G a s p i p e l i n e C l i n e e n g i n e e r i n g a n d h a s g o t g o o d we l d i n g q u a l i t y Ke y wo r ds： CRC a ut o ma t i c we l d i n g； we l d i n g p r o c e d u r e； me c ha n i c al p r o p e r t i e s； ma c r omi c r o s t r uc t u r e 。 引 言 磊 萋 亲 随着西气东输三线、 中缅管道、 中亚 C线等 高、 管径大、 时间紧、 任务重等特点， 要想在节约资 7 5 大口径长输管道 C R C全自动焊接工艺研究 V o 1 3 0 N o 8 2 0 1 3 源的前提下提高工程施工质量和效率 ， 其最有效 的方 法 就 是 全 面 提 高 管 道 焊 接 的 自动 化 程 度 一 引。 国外油气管道建设中， 手工电弧焊和半 自动 焊所 占比例很少 ， 管道野外施工 已广泛采用全 自 动化焊接技 术 j 。而我 国 目前 的管道 焊接 主要 以半自动焊为主。提高管道焊接的自动化程度， 能够提高管道施工质量和效率， 减少单位作业面 的设备组成数量和焊接过程对人员技术水平的依 赖性 ， 降低施工单位的设备投资。 C R C管道全 自动焊 技术是管道 自动焊 国际 先进水平的代表， 其以优质、 高效、 可靠的优点受 到业界的广泛关 注 一 。与其他 焊接技术相 比， C R C管道全 自动焊技术最大 的特 点在于生产 效 率高 、 焊 接 质 量 稳 定 、 焊 道 成 型 好 、 劳 动 强 度 低 。 以中亚天然气管道 C线工程采用 C R C内焊 机打底 +C R C P 2 6 0外焊机热焊 +C R C P 6 0 0双焊 枪焊接系统填充盖面的工艺方法 ， 对 X 8 0钢进行 了焊接试验 ， 在此基础上对 C R C全 自动焊的焊接 工艺进行了研究 ， 为现场施工提供技术保证。 1 焊接工艺准备 1 1 C RC焊接 系统 C R C管道全 自动焊接系统包括内焊机 ( 具有 8把焊枪 ) 、 P 2 6 0热焊系统和 P 6 o 0双焊枪 焊接系 统 。根焊采用 C R C内焊机 ， 该内焊机的 8把焊枪 均匀安装在内对 口器上 ， 有 4台 L i n c o l n D C一4 0 0 焊接电源供电， 焊接时应进行一侧焊接( 4把焊枪 同时 ) ， 然后再焊接另一侧 ， 其焊接效率大约为手 工电弧焊 的 1 5倍。热焊采用 P 2 6 0热焊 系统 ， 配 Li n c o l n D C一 4 0 0焊接电源。该系统操作简单， 所 有重要焊接参数的控制均由固定在小车上的控制 箱完成 ( 除 电弧 电压外 ) 。填充 、 盖 面采用 P 6 0 0 双焊枪焊接系统( 焊接参数可编程) ， 配备带有熔 滴过渡控制单元 的 F r o n i u s T r a n s p l i s S y n e r g i c 3 2 0 0 P i p e电源。 1 2 坡 口设 计 工艺试验采用 C R C E V A N S公司推荐的复 合坡口形式 ， 如图 1 所示。该坡 口为典型的窄坡 口设计， 其关键参数为坡口表面开口宽度、 下坡口 角度和宽度、 墩边高度， 以及内坡 口角度和高度 7 6 等 ， 该形式可有效地节省焊材和保护气体 ， 具有焊 接效率 ， 热影响 区、 接头应力及焊接 变形小等特 点。具体坡口形式及焊道顺序如图 1 ， 2 所示。 图 1 坡 口型式 图 2 焊道顺序示意 1 3 管件清理 管 口待焊区不干净会使得焊后产生气孔 、 裂 纹等缺陷， 直接影响管道焊接质量。因此， 焊接前 应将管子内 、 外坡 口边缘两侧 2 5 m m范围内的铁 锈 、 水分 、 油污等杂物清 除干净 ， 直至露出金属光 泽 ， 并将管端 1 0 m m范 围内螺旋焊缝 ( 或直缝余 高) 打磨平滑。 2 焊接工艺试验 管材选用 中亚天然气管道 c线 工程使用 的 具有较高强度和抗断裂能力 的 X 8 0钢， 管径为 0 1 2 1 9 m m， 壁厚 1 7 6 m m。 根焊采 用 9 m m E R 7 0 SG焊 丝 ( 符 合 A WS A 5 1 8 ) ， 2 5 C O 2 +7 5 A r 的混合气体保 护， 使用短路过渡焊接， 全部根焊在管子内部完 成， 自动化程度高、 焊接速度快、 焊缝成形好； 热焊 采用 0 0 9 m m E R 7 0 SG焊 丝 ( 符 合 A WS A 5 1 8 ) ， 1 0 0 C O ： 气体保护， 短路过渡焊接， 焊接 第 3 O卷第 8期 压 力 容 器 总第 2 4 9期 速度快， 电弧穿透力强， 操作简单； 填充、 盖面焊采 用 1 0 m l n E R 8 0一N i l焊丝 ( 符合 A WS A 5 1 8 ) ， 1 5 C O 2 + 8 5 A r 混合气体保护。 所使用 的 C O 气 体 纯度 9 9 5 ， 含 水 量 O 0 0 5 ； A r 气体纯度I 9 9 9 6 。为保证配比 均匀， 统一采用厂家调和好的混合气体。经过多 次焊接工艺试验 ， 最终确定 的焊接工艺参数如表 1 所 示 。 表 1 C R C管道全自动焊系统焊接工艺参数 送丝速度 焊接速度 气体流量 焊道 焊材 焊接位置 极性 焊接电流 A 电弧电压 V m mi n一 c m mi n一 L mi n一 根焊 E R 7 0 S G 5 G( X) D C E P 2 0 o 2 2 0 2 0 2 2 91 O 7 1 7 6 3 5 4 0 热焊 E R 7 O S G 5 G( X) D C E P 2 4 0 2 6 0 2 0 2 2 1 31 4 1 2 21 3 8 3 0 4 0 填充 E R 8 0一N i 1 5 G( X) D C E P l 6 0 2 1 0 1 9 2 4 8l l 3 8 5 6 2 5 3 O 盖面 E R 8 0一N i l 5 G( X) D C E P 1 4 0 1 7 0 2 1 2 5 5 7 4 1 6 4 2 5 3 O 注 ： 5 G( X) 表示管道水平 固定 ( 向下焊 ) ； 气体 流量为焊接时单把焊枪的流量 。 为防止焊 口产生淬硬组织导致延迟裂纹等缺 陷， 焊前使用火焰加热器将坡 口两侧 5 0 m m内预 热 ， 预热温度 1 0 02 0 0， 加热要均匀 ， 并在距管 口2 5 mm处的圆周上测量 ； 若在焊接过程 中发现 焊 口温度降至焊 接工艺所要 求 的最低 温度 以下 时， 应再次对焊 口进行加热 J 。焊接错变量要求 1 6 m l n ， 根焊间隙0 5 m l n ， 层间温度控制在 6 0 1 5 0 o C。同时 ， 为了防止焊接热影响区软化 ， 焊接 过程使用的焊接线能量应控制在 1 0 k J c m以下。 3试验结果分析 焊接完成后 ， 首先对焊缝外观进行检查 ： 采用 刻槽锤断 拉伸 侧弯 侧弯 刻槽锤 侧 竺 ， 侧 弯 拉伸 侧弯 一刻槽锤断 拉伸 、 I 、拉 伸 侧鸯 I 侧弯 侧弯 槽锤断 C R C管道全 自动焊系统焊接的焊缝外观整齐 、 均 匀， 无任何分解裂纹、 未焊透、 烧穿等缺陷， 焊缝有 咬边现象， 但均未超标， 符合 A P I 外观检验标准要 求。 对接头焊缝进行 1 0 0 无损探伤检验， 经评 定为 级合格 。焊接工艺试验取样位置然后按照 A P I 1 1 0 4 -2 0 0 5进行力学性能试验 ， 按照 图 3所 示位置在焊接接头上截取 4个拉伸试样、 4个刻 槽锤断试样、 8个侧弯试样、 1 2个冲击试样、 3个 宏观金相试样 、 1 个硬度试榉 ， 试验结果如表 2所 示 。 宏 观金相2 图 3 焊接工艺试验取样位置 ( b ) 冲击3 冲击4 7 7 一 、 。 J 、 尘 厂 一 第 3 0卷第 8期 压 力 容 器 总第 2 4 9期 雪天气时应停止焊接作业。 ( 2 ) 管口组对时要对错变量和对口间隙进行 严格检查 ， 不要超标 。如果错 变量或对 口间隙较 大 ， 将会产生未焊透和烧穿等焊接缺陷。同时， 根 焊的焊接厚度较 薄， 因此在对 口时应避免强力组 对 ， 防止 由于应力集 中而产生裂纹。 ( 3 ) 焊接作业 前 应检 查焊 接工 艺参 数 的设 置 ， 在焊接过程 中对各参数进行过程跟踪。内焊 机进行根焊时 ， 应保证坡 口两侧熔合 良好 ， 避免出 现未熔合缺陷 ； 热焊 、 填充层焊接 时， 摆 宽要控制 好 ， 最好在坡 口两侧各 0 5 m m左右的宽度。 ( 4 ) 盖面焊 时 ， 在 焊接作业前对坡 口的上开 口宽度进行测量 ， 根据测得 的数值调节好两把焊 枪左右错开的距离及其摆动宽度。 ( 5 ) 热焊完成之前严禁将内焊机撤离， 如果 地形有起伏 ， 为防止焊道因受力而发生裂纹 ， 需在 焊接两层填充层后再撤离 内焊机。 ( 6 ) 该焊接工艺属于下向焊， 焊接时应当使 焊枪与焊缝之间垂直或略微前倾 ， 保证 电在熔池 的前沿弧烧 ， 从而避免未融合缺陷。 ( 7 ) 为保证仰焊位置处焊缝余高符合标准要 求 、 控制好仰焊焊缝成形 ， 在对仰焊位置进行焊接 时， 要严格控制焊枪的摆动速度， 使其不能过快， 同时要适 当加大摆动幅度和送丝速度 。 5 经济效益分析 管道全 自动焊技术具有焊接速 度快、 生产效 率高、 接头力学性能好、 劳动强度低和环保等优 点， 在市场竞争日益激烈的今天， 管道施工推广应 用高效的焊接技术， 是现代化焊接施工的必然要 求。现场实践证明： C R C管道全 自动焊的焊接效 率是手工电弧焊的 1 5倍左右， 日均焊接 8 0道焊 口， A U T检测一次合格率达9 7 以上， 焊接质量 好， 返修率低， 充分体现了全 自动焊技术在大口 径 、 厚壁管道施工质量和速度上 的优势。 6 结语 根据 A P I 1 1 0 4 -2 0 0 5 对 C R C管道全自动焊 接工艺进行了研究， 通过多次工艺方案试验， 焊接 接头的强度 、 硬度 以及 一1 0低温冲击韧性等力 学性能良好， 其相关指标均符合标准要求， 并且该 焊接方法焊接速度快、 劳动强度低 、 焊接一次合格 率高， 可以实现焊接施工的高质、 高效和经济性， 在大管径、 大壁厚管道焊接中能够充分体现其优 越性。目前， 该工艺正用于中亚天然气管道 c线 工程 的焊 接 ， 应用效果较好 ， 焊 口一次合格率达 9 7 以上 ， 证 明此焊接工艺切实可行 ， 满足施工要 求。 参考文献： 1 胡建春， 陈龙， 廖井洲， 等 西气东输二线工程 X 8 0 钢 自动焊焊接工艺 J 压力容器， 2 0 1 2 ， 2 9 ( 4 ) ： 7 6 8 0 2 曾君 ， 张升 C R C P 6 0 0自动焊接技术在大 口 径管道 施工中的应用 J 焊接技术， 2 0 1 1 ， 4 0 ( 8 ) ： 5 25 4 3 胡建春， 陈龙， 廖井洲 大直径 X 8 0油气输送管道焊 接技术 J 焊管， 2 0