压力管道 X70钢焊接毕业论文.pdf

重庆科技学院 毕业设计（论文）毕业设计（论文） 题 目 西气东输管道焊接工艺研究 院 （系） 冶金与材料工程学院 专业班级 焊接专 2007 学生姓名 刘飞 学号 2007630811 指导教师 王纯祥 职称 讲师 评阅教师_ _ _ _ 职称_ _ _ 2 0 1 0 年 5 月 8 日 Generated by Foxit PDF Creator Foxit Software For evaluation only. 重庆科技学院专科生毕业设计（论文） 西气东输管道焊接工艺研究 院（系） 冶金与材料工程学院 专业班级 焊接专 2 0 0 7 学生姓名 刘 飞 指导教师 王纯祥王纯祥 2010 年 5 月 8 Generated by Foxit PDF Creator Foxit Software For evaluation only. 重庆科技学院专科生毕业论文 摘要 3 摘 要 摘 要 本文通过对西气东输管道干线建设用X 7 0 钢的介绍， 重点研究分析了X 7 0 螺旋焊 管的组织性能、焊接性以及现场施工中的焊接工艺，并结合国内外相关焊接工艺， 对目前已经采用的方法进行优化设计，提出改进的方法。同时本文针对管道建设 过程中的新技术，新方法，新装备进行了全方面的论述，重点针对这些新技术、 新方法的特点和应用现状做了具体分析，提出了一些合理性的参考建议。 西气东输工程是国家实施西部大开发的重点工程， 也是国家实施和加大对外开 放的标志性工程，其质量至关重要。因此本文针对焊接过程中产生的各种缺陷做 了综合性的论述，并针对焊接缺陷的产生原因提出了相应的防治措施，从而有效 的避免了焊接缺陷产生的可，保证了管道焊接质量。 最后本文针对焊接检验的新技术管道爬行器和全自动超声波探伤系统进 行了论述，运用现代先进的管道检验设备使得快速高效检验成为可能，从而缩短 了管道建设周期，带来很好的经济效益。文章最后针对我国长输管道的焊接技术 进行了展望，提出了一些合理性的研究方案。 关键词：西气东输管道 焊接工艺 管道焊接工装 焊缝质量控制 Generated by Foxit PDF Creator Foxit Software For evaluation only. 重庆科技学院专科生毕业论文 工程概况 4 1 工程概况 西气东输管道工程的干线输气压力为1 0 M P a , 管径1 0 1 6 m m , 材质X 7 0 , 按不同的 地区类别分别采用螺旋埋弧焊钢管和直缝焊钢管，I 类地区使用螺旋埋弧焊钢管， 壁厚为1 4 . 6 m m , 、 、 地区使用直缝焊焊管， 壁厚分别为1 7 . 5 m m 、 2 1 . 0 、 2 6 . 2 m m 、 热揻弯头全部采用直缝埋弧焊钢管，壁厚分别选用1 6 . 0 m m 、1 9 . 3 m m 、2 3 . 1 m m 、 2 9 . 9 m m 。 X 7 0 是管线钢，主要用于石油、天然气的长距离输送。如国家的西气东输项 目，7 0 代表的每平方英寸承受的力。在西气东输工程中干线就使用的是 X 7 0 钢， 其中以涩宁兰段作为施工的试验段。结合西气东输管道工程的特点，西气东输管 道公司决定在干线上主要采用自动焊和药芯焊丝半自动焊工艺，并结合手工返修 工艺进行焊接施工 3 。 1 . 1 X 7 0 管线钢焊接情况 西气东输干线的焊接分别在自动焊、半自动焊、焊条电弧焊、领域针对不同 的焊接材料、不同的焊接工艺组合做了大量的试验，并在此基础之上，制订了可 行的最佳工艺组合，为了该工程的安全、顺利施工提供可靠的保障。西气东输工 程，主干线采用半自动焊和自动焊。 自动焊是一种借助与机械和电气等方法使焊接过程实现自动化、程序化的焊 接施工方法。这种自动化焊接技术对于操作人员的焊接技术要求较低，焊接过程 中受人为因素影响小，并具有焊缝成型美观，焊接过程稳定，焊接效率高等优势。 因此在大口径、厚壁管的西气东输工程建设中具有很大的优势。 药芯焊丝半自动焊工艺操作简单，效率较高，在我国 2 0 世纪 9 0 年代的工程 施工中得到了很大规模的采用，是一道很熟的工艺。与自动焊相比，具有成本低、 受影响因数少，机动灵活的特点，在西气东输中，7 0 % 的焊口由药芯焊丝半自动焊 工艺来完成。焊接工艺形式为：纤维素焊条手工电弧焊+ 自保护药芯焊丝半自动填 充、盖面。跟焊采用陡降外特性直流电源，填充、盖面焊采用平外特性直流电源。 纤维素焊条手工焊根焊+自保护药芯焊丝半自动填充、盖面焊工艺的焊接接头采用 V 形坡口，一般为管厂坡口，无需现场进行破口加工，其坡口形式及组队尺寸如图 11 所示 4 。 图 1 - 1 复合坡口示意图 Generated by Foxit PDF Creator Foxit Software For evaluation only. 重庆科技学院专科生毕业论文 工程概况 5 1 . 2 X 7 0 钢焊接性分析 采用宝钢生产的1 0 1 6 m m 1 4 . 6 m m 规格 A P I 5 L X 7 0 级钢管。X 7 0 管材化学成 分见表 1 1 所示 5 。 表 1 - 1 X 7 0 钢化学成分（质量分数） （% ） C M n S i N i C r M o c u P 0 . 0 5 1 . 5 8 0 . 2 3 0 . 2 1 9 0 . 0 1 3 0 . 1 7 3 0 . 0 2 8 0 . 0 1 5 X 7 0 管线钢与我国热轧正火钢化学成分相近，其化学成分见表 1 。成分特点是 含碳量低，通过 S i 、M n 合金元素使铁素体固溶强化、细化铁素体晶粒和增加珠光 体的数量，从而提高了钢的强度。同时还加入少量的 V 、 T i 、 N b 、 M o 碳化物、 氮化物合金元素，经正火处理后，生成化合物以细小质点从固溶体中沉淀析出， 弥散分布在晶界和晶内，在有效提高强度的同时，细化了晶粒，提高了钢材的塑 性和韧性。沉淀强化的钢材焊接时，淬硬倾向、冷裂纹均不大，而主要预防过热 区的粗晶区脆化问题。 根据碳当量公式C e q = C + M n / 6 + S i / 2 4 + N i / 1 5 + C r / 5 + M o / 4 + ( C u / 1 3 + P / 2 ) ( % ) 计算出C e q = 0 . 3 4 。 冷裂纹敏感系数P c m 为0 . 1 5 都不大，表明X 7 0 钢的淬硬性倾向不明显，焊接性能 优良，焊前不需预热。为使焊缝满足技术条件规定的表面成型指标以及力学性能 抗拉强度值b m i n 5 7 0 M P a ; 低温韧性值在- 2 0 夏比冲击韧性冲击功单个试样最小 值小于6 0 J ，三个试样平均值大于9 0 J ; 冲击剪切面积单个试样最小面积大于3 0 % ， 单个试样最小面积大于4 0 % 的要求，选择合适的线能量即（电流、电压、焊接速度 匹配）和合适的焊丝、焊剂以确保焊缝的力学性能，是制定X 7 0 钢焊接工艺的关键 6 。 Generated by Foxit PDF Creator Foxit Software For evaluation only. 重庆科技学院专科生毕业论文 X 7 0 管线钢的焊接方法 6 2 . X 7 0 管线钢的焊接方法 2 . 1 半自动焊方法 用的半自动焊接方法分为两种。一种是采用自保护药芯焊丝进行下向焊的方 法，该项技术是2 0 世纪9 0 年代初冲美国引进的，在库鄯线管道工程中首次应用于 我国的管道焊接施工，在苏丹工程、兰成渝、涩宁兰等管道工程中得到推广。这 种焊接方法操作灵活，环境适应能力强，焊接熔敷效率高，焊接质量好，焊工易 于掌握，是目前国内管道工程中重要的焊接施工方法。另一种是采用实心焊丝进 行C O 2 气体保护电弧焊下向焊的方法，随着焊接电源特性的改进，通过控制熔滴和 电弧形态，C O 2 气体保护焊的飞溅问题已基本解决，并开始在管道焊接中扮演重要 角色，如S T T 型C O 2 逆变焊机的应用等。这种焊接方法焊接效率高，操作灵活，焊 接质量好，焊工易于掌握，但焊接过程受环境风速的影响较大。其熔滴过度特点 如下图2 1 所示 7 。 图2 - 1 S T T 熔滴过度I t 图 自保护药芯焊丝半自动焊时，一般采用焊接工艺性能良好的的纤维素焊条单 面焊双面成型完成根部焊缝，保证根部焊道的内成型，再用自保护药性焊丝完成 热焊、填充焊和盖面焊，保证焊接接头的机械性能。C O 2 气体保护半自动焊一般用 来完成根部焊缝的焊接。 在西气东输管道工程中，采用半自动焊方法完成了中、东部地段约3 2 0 0 多千 米的焊接施工任务。尽管中、东部地段管壁厚，但由于环境、地理、人文等条件 的限制，用半自动焊方法施工更为适宜。因为已经有相当多的施工经验，所以工 程使用中没有更多的困难。 Generated by Foxit PDF Creator Foxit Software For evaluation only. 重庆科技学院专科生毕业论文 X 7 0 管线钢的焊接方法 7 2 . 2 自动焊方法 自动焊方法是气体保护实心焊丝下向焊方法。2 0 世纪6 0 年代，国际上就开始 在管道工程中应用管道全位置自动焊技术，它适用于大口径、厚壁管、大机组流 水作业，焊接质量稳定，操作简便，焊缝成型美观。 按照根焊方法的不同，目前使用的自动焊方法分为三类：自动内焊机根焊+ 自 动外焊机热焊、填充、盖面，自动外焊机单面焊双面成型根焊 + 自动外焊机热焊、 填充、盖面，以及熔化极气体保护半自动焊+ 自动外焊机热焊、填充、盖面。其中 自动外焊机单面焊双面成型跟焊主要采用意大利P W T 公司的自动外焊机跟焊和美 国L I N C O L N 公司的S T T 电源匹配自动外焊机根焊，熔化极气体保护半自动焊主要采 用S T T 电源和脉冲电源。 西气东输管道工程中使用的内焊机是针对1 0 1 6 m m 管径的管道根焊焊接专机， 适用于管径范围窄，设备一次投入大，但焊接效率高，1 0 1 6 m m 的钢管根焊时约 7 0 s 左右。由于在钢管内焊接，焊接过程中受环境风速的影响较小。自动外焊机单 面焊双面成型的根焊设备解决了不用背面衬垫的单面焊双面成型跟焊问题，跟焊 厚度达到4.5mm，远高于内焊机的焊接厚度（11.2mm） ，焊接效率较快，1 0 1 6 m m 的钢管跟焊需时约8 m i n 左右。由于采用气体保护焊，焊接过程中对环境风速敏感， 施工过程中应有防风措施。 上述两种根焊工艺对管口组队要求严格，若管口组队达不到要求，将造成烧 穿、未焊透等焊接缺陷。S T T 半自动根焊操作灵活，对不同的坡口适应性强，焊接 速度较快、焊道光滑，但要求管口组队过程中保持对口间隙均匀一致，否则将会 在后序的填充、盖面焊道中产生坡口边缘未熔合、夹渣等缺陷。现场施工时应有 防风措施。 2 . 3 手工焊接方法 西气东输管道工程中，大量采用了纤维素型焊条下向根焊方法，部分连头焊 和返修焊的填充、盖面焊缝采用低氢型焊条下向焊方法。大多数返修焊、连头焊、 站场和一些特殊地段、特殊焊缝的焊接采用纤维素型焊条根焊和低氢型焊条填充、 盖面上向焊组合的方法。为了保证焊接质量，下向焊时运用焊条的角度十分重要。 打底焊、填充焊和盖面焊的焊条、焊枪角度基本相同，只是电弧长度和运条方式 不同。管件的焊接分为二个半圆完成，起弧、收弧均选右管的半圆越前1 0 m m 处， 焊条角度参见图2 - 2 8 。 Generated by Foxit PDF Creator Foxit Software For evaluation only. 重庆科技学院专科生毕业论文 X 7 0 管线钢的焊接方法 8 图2 - 2 焊枪焊条角度 焊条电弧焊具有灵活简便、适应性强等特点，同时由于焊条工艺性能的不断 改进，其熔敷效率、力学性能仍能满足当今管道建设的需要。焊条电弧焊使用的 纤维素型焊条和低氢型焊条，其下向焊和上向焊两种方法的有机结合及纤维素焊 条良好的根焊适应性在很多场合下仍是其他焊接方法所不能代替的。 2 . 4 移动式管道焊接工作站 水网和山区地段，在靠近施工现场处建立了专用的焊接工作站如图2 3 ，使 用埋弧焊方法或半自动焊方法完成双联管或三联管的焊接，把现场施工的焊缝数 量减少了4 0 % 5 0 % ，大大缩短了辅助作业的周期 9 。 图2 3 管道焊接工作站 Generated by Foxit PDF Creator Foxit Software For evaluation only. 重庆科技学院专科生毕业论文 X 7 0 管线钢的焊接方法 9 ( 1 ) 移动式管道自动焊接工作站 每个自动焊接工作站配置两台气体保护焊机，组成双工位的自动焊接系统， 两台设备组装在集装箱内，集装箱端面开口，便于管道的进出，集装箱顶配置两 台2 t 、2 m 的电动葫芦，便于管道的装卸作业。 设备适用的管道范围：0 6 6 3 0 m m ，壁厚：4 5 0 m m ，长度：5 0 0 1 2 O 0 0 m m ， 材质：低碳钢、合金钢和不锈钢；保护气为二氧化碳、氩气或两者的混合气，焊 丝采用1 . 2 m m 的标准1 5 k g 实芯焊丝盘。使用气体保护自动焊的特点是：电弧热量 集中，熔池小，焊接速度快，热影响区较窄，焊件变形小，抗裂能力强，焊接时 对打底厚度无要求，焊缝质量及表面成形好。 ( 2 ) 移动式管道焊接工作站工序流程 整个预制过程采用流水作业方式，其过程是将下料、打磨、组对、打底以及 自动焊盖面分为一个个相对独立的工段，每个工段由专人进行施工，最终形成成 品管段。其工序流程为：管子除锈刷好油漆一材料工段一下料、坡口加工工段一 打磨工段一组对工段一焊接打底一焊接盖面( 分简单、复杂焊口) 工段一成品分区 堆放。需要下料及下好料的管子，以及经打磨、打底及盖面焊接好的管子放在工 位架上，工位架用槽钢制成，与工作站的进出辊道顶部平齐，便于加工好或焊接 好的管段直接滚动到工位架上，形成多组有序排列。打底工作在焊接变位机上进 行，通过变位机将管子压紧，并按照一定的速度呈轴向转动，方便焊工施焊，节 省体力。 Generated by Foxit PDF Creator Foxit Software For evaluation only. 重庆科技学院专科生毕业论文 西气东输管道焊接工装 10 3 . 西气东输管道焊接工装 管道内对口器是长输管道建设过程中管口组队必不可少的施工设备。气动内 对口器显著特点是以压缩空气作为动力，执行元件如气缸、气控换向阀等工作可 靠，对环境无污染，涨紧速度快，操作简单，因此深受施工单位的欢迎。 在西气东输工程开工之前，我国长输管道施工中所使用的内对口器基本上从 国外进口，不仅花费了巨额外汇，而且配件缺乏。 国际上生产内对口器的公司比较著名的有美国的 CRC、英国的 Noreast、加拿 大的 PROLINE、 美国的 DMI 等。 这些公司生产的气动内对口器从原理到结构均相 差无几，大体分为涨紧机构、行走机构和储气罐等几个部分。国内也有研制生产 气动内对口器的厂家、科研机构。 内对口器作为管道施工必不可少的施工设备，其功能必须满足工程实际需要。 由于西气东输工程管径大、管壁厚，要求气动内对口器涨紧力大、具有一定的爬 坡能力、刹车机构性能可靠。本文主要介绍对口器的结构以及提高对口器性能的 技术路线。 3 . 1 内对口器的工作原理 管道气动内对口器采用卧式长构架形式，主要由涨紧机构、行走机构、扩张 导向及操纵装置、气动系统等组成，原理如图 31 所示。结构如图 32 1 0 涨紧装置设有两套涨管器，每套涨管器沿圆周方向上均匀布置 2 2 个压块，通 过两套气缸及两套机械连杆机构使压块均匀地顶靠在需组对的两根钢管的内壁 上，保证两根钢管管口在对口器涨紧时处于同心圆上。涨紧装置的气缸采用两套 双作用单伸出气缸结构，气体从气缸后端入口进气时，推动活塞杆伸出，通过连 杆改变运动方向，使活塞杆的水平运动变为垂直运动，从而完成涨紧、定心动作。 气体从气缸前端进气口进气时，推动活塞杆带动连杆及压块缩回，完成管口组对。 图 3-1 对口器原理图 Generated by Foxit PDF Creator Foxit Software For evaluation only. 重庆科技学院专科生毕业论文 西气东输管道焊接工艺研究 11 3 . 2 提高内对口器的技术路线 ( 1 ) 增加自动调节对口器间隙功能 根据焊接工艺的需要，对口器对口是需要留取一定的间隙。要保证对口间隙 均匀一致。管口组对是需要花费一定的时间，而且对口间隙不理想，需要重新组 对，这样大大降低了对口效率。增加自动调节对口间隙后，对口无需留出间隙， 等涨紧后，还需按下对口间隙调节按钮，就会自动留出所需的间隙。 ( 2 ) 增加遥控功能 将所有的气动换向阀改为电磁换向阀， 在对口器内部加装 24V 的电源提供 动力。这样无需人工操作长杆操作盘，只需按下遥控器上的按钮，就可能实现管 口的涨紧、放松，对口器的行走和停止等动作，使操作更加方便快捷。 ( 3 ) 近一步提高对口涨力 对口器的涨力的大小，直接关系到对口精度。对口器张力大，可以有效地消 除管口的椭圆度误差，对口时的错边量越小。理论上分析，对口器的涨力可以是 无穷大，但由于受到结构的限制，对口器的涨力实际是有限的。因此为了增大涨 紧气缸的推力，一种方案是增加气缸的数量，实现气缸的二级增压；另一方面是 顶杆和气缸活塞杆之间增加一级力的放大机构，实现力的二级放大。 图 3-2 带铜衬垫管管道气动内对口器系统结构图 Generated by Foxit PDF Creator Foxit Software For evaluation only. 重庆科技学院专科生毕业论文 西气东输管道焊接工艺研究 12 4 西气东输管道焊接工艺研究 4 . 1 焊接工艺评定主要研究内容 （1 ）厚壁X 7 0 钢（1 4 . 7 m m 和2 1 m m ）可焊接性试验。 通过理论分析与焊接性试验，研究X 7 0 钢的可焊性，确定X 7 0 钢的预热温度以 及焊后热处理措施。 （2 ）焊接接头型式设计。 通过理论计算和焊接工艺试验，确定厚壁X 7 0 钢环焊缝对接接头的坡口形式。 （3 ）主线路焊接方法研究。 针对不同根焊方法，如纤维素手工电弧焊、S T T 半自动焊、混合气体熔化极脉 冲半自动焊等单面焊双面成型根焊技术，以及内焊根焊技术进行焊接工艺试验， 针对不同的填充，盖面焊接方法，如低氢焊条手工电弧焊、自保护药芯焊丝半自 动焊、熔化极气体保护自动焊等焊接技术进行焊接工艺试验，在实验基础上考察 其适用于施工现场的能力。 （4 ）主线路焊接工艺研究。 根据西气东输管道工程的特点（钢管强度等级高、管径大、壁厚厚）和服役 条件（工作压力1 0 M P a ），从焊接方法、焊接材料、工艺匹配等焊接技术方面进行 中和考虑，研究出满足西气东输管道工程施工标准及设计要求的主线路环焊缝最 佳焊接工艺，在保证焊接质量的前提下提高施工效率，减少焊接材料的消耗，提 高经济效率和社会效益，为我国长距离输气管线的敷设提供可靠的技术保障。 4 . 2 西气东输管道坡口制备 为了减少施工现场复合坡口加工切屑量，方便施工，进行了 V 形坡口的设计， 坡口形式如图 41、图 42 所示。以 14.6mm 壁厚钢管为例进行工艺试验 1 2 。 另外图 41 坡口表面开口宽度为 12mm 左右，可以采用焊丝根焊，自动焊、 Generated by Foxit PDF Creator Foxit Software For evaluation only. 重庆科技学院专科生毕业论文 西气东输管道焊接工艺研究 13 半自动焊或手工焊填充盖面的方法进行焊接， 例如 STT 半自动焊+自动外焊焊机填 充、盖面，或脉冲半自动焊根焊+自动焊外焊机填充、盖面等，焊接效果均非常好。 由于底部窄小，4.0mm焊条难以达到根部， 所以这种坡口形式不适合采用4.0mm 焊条电弧焊。 图 42 坡口形式适合于4.0mm 焊条电弧焊， 半自动焊焊或手工焊方法填充， 盖面，焊接效果较好。但填充金属较大。 所以厚壁钢管对接焊，焊接接头采用复合坡口形式，在保证焊接质量的前提 下可以提高施工效率，降低焊接材料的消耗量，具有明显的经济效益和社会效益。 4 . 3 西气东输管道焊接工艺参数 主线路焊接工艺采用手工下向焊+管道全自动焊，见表 4 1 。 焊接时间间隔小 于 1 0 m i n ，层间温度大于 8 0 ，焊后采用保温被保温，冷却 1 5 。 表 4 1 管道焊接工艺参数 参数名称 根焊 热焊 填充焊 盖面焊 焊接方法 手工下向焊 自动焊 自动焊 自动焊 焊条牌号 E 6 0 1 0 J M - 6 0 J M - 6 0 J M - 6 0 焊材规格m m D 4 . 0 D 0 . 9 D 0 . 9 D 0 . 9 保护气体 1 0 0 % C O2 1 0 0 % C O2 8 4 % A r + 1 6 % C O2 气体流量( L m i n ) 2 5 2 7 2 5 2 7 2 0 2 5 焊接电流A 8 0 1 2 0 1 8 0 1 9 0 1 8 0 1 9 0 1 7 0 1 8 0 焊接电压V 2 5 3 5 2 5 2 6 2 5 2 6 2 0 2 1 焊接速度（c m m m ） 1 2 2 0 2 2 2 5 2 2 2 5 1 7 1 9 送丝速度( m m m i n ) 8 . 0 9 . 0 8 . 0 9 . 0 7 . 0 8 . 0 摆动频率( 次m i n ) 1 2 0 1 3 0 1 2 0 1 3 0 9 0 1 0 0 干伸长度m m 5 1 0 5 1 0 5 8 传统的确定温度的理论计算方法有碳当量法、冷裂指数计算法、插销实验法 Generated by Foxit PDF Creator Foxit Software For evaluation only. 重庆科技学院专科生毕业论文 西气东输管道焊接工艺研究 14 确定预热温度、根据临界 t5 8 决定预热温度等。该研究采用 Terasaki 提出的计算方 法， 预测了 X 7 0 管线钢管道环焊缝对接时的 t5 8 ，得到特定的焊接线能量条件下板 厚，预热温度、t5 8 d 的关系如图 4 3 所示16。 图 图 4 3 管道预热温度曲线 层间温度对 H A Z韧性的影响类似于焊接线能量。随着层间温度的升高，焊缝 金属和热影响区低温韧性降低。在壁厚焊接接头的多层多道焊接时，焊接热输入 量虽然高，可以利用焊接热将焊件保持在接近预热温度的层间温度，直到焊接全 部结束。 焊前预热环境温度低于0 时，焊前进行1 0 0 1 5 0 预热，并保证管口加热均 匀，预热完毕应立即施焊。预热后管口若污染，应清除污染后重新预热。焊后如 果发现残余应力过大，或接头质量要求较高时还应改考虑焊后的热处理问题，以 改善组织性能和消除残余应力，防止冷裂纹等焊接缺陷。 4 . 4 焊接施工措施 自动焊的焊接对于坡口形式、管口组对要求相对比较严格，如果坡口型式不 能满足要求，或管口组对精度不够，将造成烧穿、未焊透等焊接缺陷。因此要求 管口椭圆度，且必须在焊接施工现场配备管端坡口整形机，以保证坡口型式和管 口组对精度。 每道焊缝用两台焊机同时焊接，每台焊机焊接 2 1 圆周焊道（从12点位置到6 点位置） ，即一台按顺时针方向从3点钟位置焊接到6点钟位置，再从12点位置焊道 3点位置，另一台从12点位置按顺时针方向焊接到6点位置（见图44） 1 5 Generated by Foxit PDF Creator Foxit Software For evaluation only. 重庆科技学院专科生毕业论文 西气东输管道焊接工艺研究 15 图 4 4 自动焊施焊顺序 焊接过程中还必须考虑到高强度、大厚壁钢管所能承受的外部应力作用带来 的影响。因此施工过程中应注意钢管支撑的可靠和对口器撤离时足够的焊道，禁 止组装对口，避免焊接裂纹的产生。同时还必须注意考虑环境温度、环境湿度和 环境风速对不同焊接方法的影响，并采取必要措施保证焊接质量。例如当环境温 度较低时采取必要的预热措施和保温措施，环境风速较大时采取防风措施，环境 湿度较大时采用预热和防风措施等。 Generated by Foxit PDF Creator Foxit Software For evaluation only. 重庆科技学院专科生毕业论文 缺陷产生原因分析及预防措施 16 5 缺陷产生原因分析及预防措施 5 1 未熔合 未熔合可分为根部未熔合、层间未熔合、坡口未熔合三种，其中以根部未熔 合出现的几率最大。未熔合属于面状缺陷，易造成应力集中，危害性仅次于焊接 裂纹。因此，未熔合缺陷在焊缝中是不允许存在的。 1 产生原因分析 ( 1 ) 未熔合产生的主要原因是焊接电流过小、焊速过快，热量不够或者焊条偏 离坡口一侧，使母材或先焊的焊道未得到充分熔化金属覆盖而造成。 ( 2 ) 母材坡口或先焊的焊道表面有锈，氧化铁、熔渣及污物等未清除干净，在 焊接时由于温度不够，未能将其熔化而盖上了熔化金属亦可造成未熔合缺陷。 ( 3 ) 在斜坡地段焊接时，铁水在重力作用下向下侧流动，易造成单边未熔合缺 陷。 ( 4 ) 焊前预热不到位，起焊温度低，先焊的焊道开始端未完全熔化形成未熔合 缺陷。 ( 5 ) 焊条摆动幅度太窄等也是造成未熔合缺陷的一个原因。 2 预防措施 ( 1 ) 起弧时适当拉长电弧，放慢焊速，对母材进行局部预热，待热量增加到足以 熔化母材或前一条焊道后再进行运条施焊。 ( 2 ) 保证焊前预热效果，在环境温度较低时可适当延长预热时间。 ( 3 ) 焊接前应将坡口两侧各5 0 m i l 表面上的铁锈、油污、泥水等清理干净，层间 清渣要彻底。 ( 4 ) 在焊接过程中焊工应保证看清熔池，必须分清熔渣与铁水。焊条有偏心时， 应调整角度使电弧处于正确方向或更换焊条后再进行焊接。 ( 5 ) 焊条倾角及运条速度要适当，特别是在山地斜坡地段组焊时，注意母材两侧 的熔化情况。 5 2 夹渣 夹渣是指焊接熔渣残留于焊缝金属中的现象，其是较为常见的缺陷之一，产 生位置具有不确定性。 1 产生原因分析 ( 1 ) 夹渣的产生原因主要是操作技术不良，使熔池中熔渣在熔池冷却凝固前未能 及时浮出而存在于焊缝中。 Generated by Foxit PDF Creator Foxit Software For evaluation only. 重庆科技学院专科生毕业论文 缺陷产生原因分析及预防措施 17 ( 2 ) 层间清渣不彻底，焊接电流过小是产生夹渣的主要原因。 2 预防措施 ( 1 ) 焊接过程中，要始终保持清晰的熔池，必须分清熔渣与铁水。焊接时不要将 电弧压得过底，当熔渣大量地盖在熔化铁水上面，使焊工分不清铁水与熔渣时， 要适当地拉长电弧，利用增加的电弧热量和吹力将熔渣顺利地吹到旁边或淌到下 方。 ( 2 ) 当发现母材上有污物或前条焊道上有熔渣未清除之处，则焊到该处时要将电 弧拉长些，并稍加停留，使污物或熔渣再次被熔化吹走，等母材或前条焊道得到 较好熔化时，再进行焊接。 ( 3 ) 焊接过程中，当前条焊道在熔化时有黑块或黑点出现时，表明前条焊道有夹 渣，此时应拉长电弧将该处扩大和加深熔化范围，直至熔渣全部浮出。 ( 4 ) 在焊接参数范围内，适当增大焊接电流，可有效减少夹渣缺陷出现的几率。 5 3 气孔 在药芯焊丝半自动焊工艺中，气孔缺陷主要是以密集气孔的形式出现，产生位置 主要在管道底部6 点钟仰焊位置或接头部位。 1 产生原因分析 ( 1 ) 焊接电流过小，焊层过厚等都可能造成熔池高温时溶解的气体在冷却时不能 及时逸出，残留在焊缝中形成气孔缺陷。 ( 2 ) 药芯焊丝中的药粉不足，甚至有时空心，焊接时保护不到位形成气孔。 ( 3 ) 送丝机运行不正常，时而发生窜丝现象，也容易引起气孔缺陷。 2 预防措施 ( 1 ) 在焊接工艺规范允许的情况下，适当加大焊接电流，降低焊接速度。 ( 2 ) 尽量减少熔池中产生气体的因素。如焊件坡口应彻底清除油、锈、垢。 ( 3 ) 药芯焊丝在使用前进行认真检查， 使用过程中仔细观察， 发现异常立即停用。 ( 4 ) 加强送丝机的日常维护保养，送丝管定期吹扫，送丝轮定期检查更换，保证 送丝过程稳定。 5 4 未焊透 未焊透缺陷主要发生在管道时钟l 2 点钟和底部6 点钟位置的根部，通常长度较长。 1 产生原因分析 ( 1 ) 未焊透产生的原因主要是组对时局部对口间隙过小、焊接电流过小，造成输 入热量不足，电弧未能完全穿透，易形成未焊透缺陷。 ( 2 ) 管口个别位置错边量较大，焊工操作不当易产生错边未焊透缺陷。 2 预防措施 ( 1 ) 组对时对口间隙要合适，一般预留2 2 5 m m 的间隙，底部可略大些。 Generated by Foxit PDF Creator Foxit Software For evaluation only. 重庆科技学院专科生毕业论文 缺陷产生原因分析及预防措施 18 ( 2 ) 加大焊接电流，特别是间隙较小处，保证电弧的穿透力。 ( 3 ) 尽量减小错边量，尤其是螺旋焊缝附近，一般错边量应在2 2 m m 以下。 5 5 裂纹 裂纹是焊接接头中最危险的缺陷，也是长输管道焊接中经常遇到的难题。裂 纹不仅返修困难，而且直接给管线的正常运行带来严重隐患，必须引起足够的重 视。对于X 4 6 、X 5 2 等一些强度级别较低的管线钢来说，焊接裂纹不常出现，但对 于X 6 5 、X 7 0 、X 8 0 等一些强度级别较高的管线钢，焊接裂纹缺陷出现的几率大大增 加。特别是在山地段施工以及连头等拘束应力较大的场合，焊接裂纹时有发生， 减少和避免焊接裂纹的产生对于保证焊接质量意义重大。 1 产生原因分析 ( 1 ) 管线焊接或下沟过程中吊管机起吊过早或多次重复起吊，使焊缝底部频繁受 到拉力作用，造成焊缝开裂。 ( 2 ) 在软基地段施工时，因泥土松软造成钢管支墩不稳固，在焊接过程中钢管逐 渐下沉，使焊缝受外力作用开裂。 ( 3 ) 管口底部间隙过大，造成根焊层底部局部过薄，在随后的打磨、起吊过程中 造成焊缝开裂。 ( 4 ) 根焊层底部个别位置可能存在气孔或夹渣、凹坑等小缺陷，造成局部应力集 中，沿缺陷部位发生开裂形成裂纹。 ( 5 ) 山地段施工以及连头等拘束应力较大的场合施工时，由于组对应力过大，焊 接时在熔池冷却过程中焊缝由于拘束应力的作用发生开裂。 2 预防措施 ( 1 ) 施工时在焊完热焊层后再进行起吊。吊管机起吊尽量一次到位，减少重复起 吊。 ( 2 ) 加固钢管支墩，多垫些砂袋。能采用吊管机组对的地方尽量使用吊管机。 ( 3 ) 尽量保证对口间隙，手工切割的管口不合格的地方用磨光机进行处理。 ( 4 ) 尽量消除根部缺陷，特别是底部仰焊位置缺陷；保证根焊层底部焊缝金属厚 度达2 m m 左右。 ( 5 ) 山地段施工时，必须选用合适的弯头及弯管，避免强力组对。 Generated by Foxit PDF Creator Foxit Software For evaluation only. 重庆科技学院专科生毕业文 焊接检验 19 6 焊接检验 6 . 1 射线探伤与超声波探伤 在西气东输管道检测中，由于工作量大技术要求又相对较高，在普通生产中 采用的手工或固定的检测方法就不能得到很好的普及，因此在长输管道的检测上 主要采用的主要检测方法为：射线探伤和超声波探伤。 以往射线探伤主要采用双壁影法，其检测速度慢、成本高、成像质量一般。 目前已经改进为采用工业管道爬行器进行内透中心法检测（如图6 1 ）所示，其 主要优点为：透照灵敏度高，工作效率高，一次曝光就可以完成一个对接焊缝的 检测工作，减轻了操作者的劳动强度。其检测原理是：管道爬行器在管道内运动 时，接到指令源的信息后，通过C P U 处理，确定前进、后退、停止、曝光，通过指 令源的控制完成各种操作 1 7 。 以往超声波探伤方法主要采用传统的模拟型A 型脉冲反射式超声波探伤仪进 行手工探伤。进入上世纪8 O 年代又出现了数字型A 冲反射型超声波探伤仪，从技 术上前进了一步，实现了数字化脉冲显示，可以对反射波形进行存储、打印。目 前已经逐步改进为采用全自动超声波进行探伤，大大提高了探伤结果的可信度， 提高了探伤结果的准确率。全自动超声波探伤系统的特点是：探伤速度快，最高 速度为1 O 0 m m / s 。由于采用了相控阵技术，可实时检测存储探伤数据，打印完整的 彩色扫查图，可刻写数据光盘对探伤数据进行备份。自动超声波探伤系统采用A 扫 描、B 扫描平和T O F D ，3 种扫描方式，实现了缺陷图像彩色显示。全自动超声波探 伤原理是：将焊缝分成几个分区，每个分区高1 3 m m ，焊缝的某一区域可以由一 个分区来检测，如根部区、钝边区；或者由几个分区来探伤，如热焊区、填充区。 每个分区部由各自的聚焦声束探伤，探头角度根据坡口角度和熔合线上的未熔合 尺寸来确定，其区域划分如图6 - 2 所示 Generated by Foxit PDF Creator Foxit Software For evaluation only. 重庆科技学院专科生毕业文 焊接检验 20 6 . 2 焊接过程中的质量控制 1 ) 明确责任，监督施工单位健全质量保证体系并有效运行。 2 ) 坡口尺寸检查及焊前准备，检查管口形状是否符合圆度要求；焊件坡口尺寸及 形式应符合图纸及工艺要求；坡口两侧各5 0 m m 范围内清理干净，并呈金属光泽； 焊条烘干，以降低扩散氢含量；焊丝严格清洗并烘干，焊剂按规范烘干。 3 ) 管道组对，为保证管道对口质量，一般采用内对口器。管道组装时，应避免强 力对口，不得损坏钢管的外防腐层。特殊地段的管道组装：钢管应采取锚固和牵 引等措施，必要时采取沟下组装的方法。一般管线的对接采用内对口器，在根焊 道焊接完成后，才能撤出内对口器；碰死口，采用外对口器组装，根焊道必须焊 完5 0 % 以上且分布均匀，才能撤出外对口器。 4 ) 焊接过程中的技术要求及措施 ( 1 ) 焊前预热环境温度低于0 时，焊前进行1 0 0 1 5 0 预热，并保证管口加热 均匀，预热完毕应立即施焊。预热后管口若污染，应清除污染后重新预热。 ( 2 ) 引弧焊机地线应尽量靠近焊接区，且用适当夹具固定牢靠，严禁在坡口以外 管表面引弧。 ( 3 ) 焊接焊道起弧和收弧处应相互错开2 0 m m 以上；每一个接头焊前必须打磨；必 须在上一层焊完后方可开始下一层的焊接；每根焊条引弧后应一次焊完，每层焊 道应连续焊完，并保证道间温度要求。 ( 4 ) 焊后保温 当环境温度低于5 时，采取焊后保温措施以防止焊道急剧降温。 图6 2 全自动超声波检测分区原理及缺陷示意图 Generated by Foxit PDF Creator Foxit Software For evaluation only. 重庆科技学院专生毕业论文 结论 21 结 论 本文通过对西气东输管道用X 7 0 钢的研究所得结论如下： （1 ）X 7 0 钢与我国的热轧正火钢类似其淬硬性不高，焊接性较好但仍需要注意过 热区脆化问题。 （2 ）采用管道对口器可有效地解决管道组对问题，从而有效的解决了管道焊接变 形问题。但使用对口器过程中应选用耐高温的衬垫来保护对口器。 （3 ） 管道建设过程中通过采用合理的防护措施比如采用防风棚、 禁止在雨天施工， 严