西气东输二线X80高强钢长输管线焊接工艺.docx

文 章 编 号 ：1002025X(2011)02-0058-03西 气 东 输 二 线 X80 高强钢长输管线焊接工艺 王绍智 1， 马云军 1， 汤海东 1， 唐元生 2（1.中国石化集团公司胜利油田管理局 ， 山 东博 255438）东 营257064； 2.中国石化集团公司第十建设公 司 技术质量部 ， 山 东 淄关 键 词 ： X80 高 强 钢 管 ； 焊 接 工 艺 ； 焊 接 缺 陷中 图 分 类 号 ： TG444.1文 献 标 志 码 ： B概述2009 年 ，焊接方法的选择该标段采用的 焊 接 方 式 为 ： STT 半 自 动 根 焊 FCAW 自保护焊丝半自动填充、 盖面的方式。STT 根焊是美国林肯公司开发的一种新的下向半 自动根焊焊接工艺。 它采用 CO2 气体保护， 并采用表 面张力过渡的逆变电源， 它与传统的平特性输出的气 体保护焊电源不同 。 其焊接工艺特点 ： 电 弧 燃 烧 稳 定； 引弧容易； 飞溅熔渣极少； 焊缝成形美观； 焊接 成本较低； 焊接效率较高。 焊丝采用国产锦泰公司生 产的 JM58， 其化学成分见表 2。02本公司中标位 于广东省翁源县和英德 市的西气东输二线管道工程东段第 31 标段线路工程。本标段线路全长 812 km， 设 计 压 力 100 MPa，采 用X80 高强钢管， 规格为 准1 219 mm184 mm 直缝管和螺 旋 缝 管 、 准1 219 mm22 mm 直 缝 管 、 准1 219 mm275 mm 直 缝 管 ， 管 线 多 次 穿 越 河 流 、施工难度大。公 路 、沟 渠 ，1X80 管线钢焊接性分析X80 是高强度管线钢的美国分类型号 ，其最小屈表 2 熔敷金属化学成分 （质 量 分 数 ） （）服值为 551 MPa，为多元微合金化控轧 控 冷 钢 。 与 使用 X70 级 管 线 钢 相 比 ， 耐 压 强 度 增 加 了 14， 节 约钢材 14以上， 降低投资成本 10左右。X80 管线钢具有高强度 和良好的抗延性断裂能 力， 其化学 成 分 见 表 1。 X80 钢采用了微合金化 （加 入微量 Nb， V， Ti） 和控制轧制等新技术 ， 从冶炼工 艺 上 采 取 了 降 C， 降 S， 改变夹杂物形态及提 高 钢 的 纯净度等措施使钢材具有均匀的细晶粒等轴铁素体基 体， 达到了细化晶粒和沉淀强化相结合的效果 ， 具有 高强度、 高韧性和良好的焊接性， 以及淬硬倾向小和 裂纹敏感性低等特点。 焊接中的主要问题是焊缝区合 金元素的保护和热影响区的脆化问题 。FCAW 自 保 护 焊 丝 半自动下向焊填充 、 盖 面 焊接工艺， 采用 HOBART E81T8Ni2 自保护药芯焊丝 。 该焊丝是一种不需外加气体或焊剂保护 ， 仅 依 靠 焊 丝自身的合金元素及在高温时的反应 ， 以 防 止 空 气 中 氧 、 氮等气体侵入和补充合金成分的进 口 新 型 优 质 焊 丝 。 熔敷金属中含少量 Ni， 具 有优良的低温韧 性 ， 抗 裂 性 能 好 。 其 熔 敷 效 率 高 ， 电 弧 穿 透 力 大 ， 呈 喷 射 状 ， 操 作 容 易 ， 焊 缝 成 形 美 观 ， 脱 渣 容 易 。 采 用 直 流 正 接 ， 适 宜 全 位 置 焊 接 。 由于熔渣凝固快 ， 特别适合立向下焊 。 该焊丝焊接工艺性能好 ， 焊 缝 内 在 质 量 高 ， 对管材的适应性强 ， 野 外 施 焊 的 灵 活 性和抗风能力优于其他气体保护焊 ， 通 常 可 在 4 级 风力下施焊 。表 1 X80 管线钢的化学成分 （质 量 分 数 ） （）收 稿 日 期 ： 2010-11-05钢 号CSiMnNbVTiSPNO2070025024156003900190000 600020006 20004 3550200310281260049003500140000 60000 90002 00000 9焊 接 工 艺焊 丝 牌 号CMnSiSPNiAl根 焊锦 泰 JM5801126057003003填 充 、 盖 面HOBART E81T8Ni201215008000300314027518 Welding Technology Vol40 No2 Feb. 2011 焊 工 之 友 59 应重新加热至要求温度。 焊后宜采用缓冷措施。3焊接工艺34焊接焊接坡口形式的选择焊接坡口形式如图 1 所示。焊接地线应靠近焊接区， 宜用卡具将地线与31（1）被焊管牢固接触， 施焊时禁止在坡口以外的管壁上引弧 ； 焊前在防腐层两端缠 绕 宽 为 800 mm 的 保 护 层 ，以防焊接飞溅灼伤， 现场防护措施如图 2 所示。810302.5铁 板 圈 （=2 mm）准（1012） mm 钢 筋2.03.5图 1 复合坡口形式示意图 32焊前准备和管口组对（1） 管端坡口宜采用机械法 （坡口机）橡 胶 层 （宽 800 mm， =5 mm） 固 定 橡 胶 带 （=3 mm）对焊接坡图 2焊接施工防腐层保护图 口进行加工。 连头和碰死口时可采用等离子或冷切割方法进行坡口加工， 但应将坡口修磨均匀、 光滑。 被 焊接表面应均匀 、 光 滑 ， 不 应 有 铁 锈 、 渣 垢 、 油 脂 、 油漆和影响焊接质量的其他有害物质 。 管内外表面坡 口 两 侧 各 25 mm 范 围 内 应 采 用机械方法清理至露出 金属光泽。（2） 管口组对应优先采用内对口器组对。 在无法 采用内对口器时， 可用外对口器。 两相邻管的制管焊 缝 （直焊缝、 螺旋焊缝） 在对口处应相互错开， 距离 不 应 小 于 100 mm。 焊 接 作 业 时 ， 制 管 焊 缝 宜 在 钢 管 周长的上半部。（2） STT 根焊焊接工艺引弧时， 焊丝伸 出 长 控 制 在 1015 mm 左 右 ， 焊 接时焊枪与焊接方向的夹角约为 5070， 施 焊 时 ，从管顶 12 点位 向 前 10 mm 处 引 弧 ，形成溶孔后迅速 压 低 电 弧采用短弧焊接 ， 12 点 至 1 点半时宜在坡口 两处停留， 避免铁液重力作用下坠， 形成焊瘤， 如图3 所示。焊接过程中注意听电弧击穿坡口 发 出 “噗 噗噗” 的声音， 根据熔池形状和熔孔大小快速调整电弧长度、 焊接速度及运枪方式， 以达到单面焊双面成形 的 目 的 。 焊 接 结 束 前 ， 使 焊 枪在熔池处停留几秒钟 ， 保证气体延时对熔池继续保护。 根焊完成后， 用角向（3） 管 端 两 侧 各 150 mm 范 围 内 ，内 、 外 制 管 焊缝 （如螺旋焊缝、 直焊缝） 应采用机械方法修磨至与母 材 平 齐 ， 但不应伤及母材 ； 修磨后的余高应为 005 mm， 且应与母材圆滑过渡以满足管口组对和自动 超声波检测的要求。33焊前预热（1） 焊 口 预 热 前 ， 在管段两侧加防风套密封管 口， 防止产生穿堂风， 影响预热质量。（2） 预热采用火焰加热器加热的方法进行 。磨光机修磨清理根焊外表面熔渣、缝凸高。飞溅物、 缺陷及焊12 点 位50起 焊 点焊 接 方 向359 点 位3 点 位（3） 预热时， 为保障在预热范围内温度均匀，采用表面温度计在距管口 50 mm 处 ， 测量均匀圆周上 35的 8 点。 预热热源撤走 12 min 后，尽快开始焊接。40（4） 焊前预热温度应控制在 100200 ， 焊接时道间温度控制在 50150 。 如在组装和焊 接 过 程 中 焊口温度冷却至焊接工艺规 程要求的最低温度以下 ，356 点 位下向焊焊枪角度示意图 图 370.21.01.5 60 焊 工 之 友 焊 接 技 术第 40 卷 第 2 期 2011 年 2 月（3） FCAW 填充、 盖面根焊与填充时间间 隔 不 得 30 min。 焊 道 的 引 弧积搅拌不均匀， 气孔来不及逸出， 产生气孔。42产生未焊透、 未熔合原因或 熄 弧 处 ，相 互 错 开 30 mm 以 上 。焊 接 时 ， 焊 丝 不管口坡口角度小， 组对间隙小； 同时， 焊接（1）宜摆动过大， 对较宽焊道宜采用多层多道焊方法。 焊接工艺参数见表 3。 为保证盖面焊的良 好 成 形 ， 填 充 焊 道 宜 填 充 （或 修 磨 ） 至距离管外表面 12 mm 处 。 可根据填充情况在立焊部位增加立填焊 。 盖面焊为多 道焊时， 后续焊道至少宜覆盖前一焊道 1/3 宽。电流设置太小， 造成焊接时背面未焊透。（2） 电弧电压设置过低， 焊丝熔化速度过慢， 使 铁液堆积， 造成背面未焊透。（3） 送 丝 轮 和 焊丝直径不匹配 ， 加 压 滚 轮 不 紧 固， 导丝管阻力大， 送丝滚轮的沟槽已经磨损， 造成 焊接时焊枪送丝不均匀， 形成的熔池不稳定， 导致焊 缝背面未焊透。43产生咬边原因（1） 焊接过程中， 焊接电流太大， 电弧太长， 弧 压过高， 焊接速度过快， 造成焊缝咬边。表 3焊 接 工 艺 参 数径/mm焊 工 焊 接 时 ， 焊 丝 伸 出 过 长 ， 电 弧 不 稳 定 ，（2）4焊接缺陷产生原因41气孔产生原因（1） STT 根 焊 时 ，形成咬边。（3） 焊件坡口的铁锈、 油漆和油污没有清理干净，焊接时， 铁液不能和坡口两侧良好接触， 形成咬边。CO2 气体纯度达不到 995 ，或 CO2 气表的预热器没有正常供电或 者 损 坏 ，成 CO2 雾化时结冰堵塞气表 ， 造 成 供 气 不 足 ，时产生气孔。会 造焊 接5结论本 公 司 自 2009 年 5 月开工西气东输二线管道工 程东段第 31 标段线路工程以来， 历经 4 个月的奋战， 至 9 月 25 日 共 完 成 X80 钢 长 输 管 线 8203 km， 焊 口 6 724 道 ， 探伤合格率达到 986， 圆 满 地 完 成 了 长输管线的焊接施工任务， 受到业主和监理的好评。（2）瓶 装 压 力 不 足 ， 造成焊枪喷嘴供气不足 ，保护气体挺度不够 ； 喷嘴被飞溅物堵塞 ； 喷 嘴 与 工件 的 距 离 过 大 ， 电 弧 过 长 ， 焊接时熔池卷入空气 ，产生气孔。现场防风措施不到位 。 除落实防风措施外 ，（3）可 以 适 当 增大保护气体流量 （ 3050 L/min） ， 效 果较 好 。（4） 焊口组对时， 坡口及焊接区表面油、 锈、 水 分未清除干净， 焊接时产生气孔， 应加强坡口组对时 的监控。（5） 电弧电压设置过高， 熔化速度过快， 铁液堆参 考 文 献 ：1 张 文 钺 焊 接 治 金 学 （金 属 焊 接 性 ）M 北 京 ： 机 械 工 业 出 版 社 ，20042 倪 志 明 ， 刘 伟 东 ， 张 文 钺 向下焊在管道工程 中 的 应 用 J 焊 接 ， 2001， 45（2）： 42433 龙 金明 大口径管道下向焊接 J 管道技术与设备 ， 2004， 12（1）：3334（上接第 31 页）（4） 接 头 硬 度 分布符合一般规律 ， 即 马 鞍 形 分至少可达 6 次。 但考虑多次返修可能引起接头性能的下降， 因此返修时， 坡口的制备和返修焊的实施应特 别注意按照相关标准和工艺方案执行 ， 实施返修的焊 工应选择生产单位中技术水平较高者 。布 ， 硬度的最大值出现在热影响区 ，其 为 HV225，不超过标准要求的 HV320， 各 组 试 件 之 间 硬 度 的 比较无明显升降趋势。（5） 综合以上试验数据可以看出 ， 在 本 试 验 条作 者 简 介 ： 宫 平 （1978 ）， 硕 士 ， 工 程 师 ， 主要从事轨道客车转向 架焊接