X90钢管气保护药芯焊丝半自动焊工艺的研发

1、X90钢管气保护药芯焊丝半自动焊工艺的研发小组名称：管道科学研究院焊接技术中心 QC小组发 布 人：XXXX单位名称：XXXX石油天然气管道科学研究院时 间：XXXX年 03月 24号目录一、课题背景 .3二、小组简介.3三、选择课题.5四、设定目标.7五、提出多种方案并确定最佳方案.8六、制定对策.24七、按对策实施.25八、效果检查.29九、标准化.31十、总结和下一步打算.33附录.35 2 / 62X90 钢管气保护药芯焊丝半自动焊工艺的研发一、课题背景随着我国经济建设的快速发展，对能源的需求也日益增大，我国管道建设将朝着大口径、高压力方向发展，X90 正是顺应时代的发展而研制开发出来

2、的新一代高强度管线钢。由于 X90 管线钢是通过细晶强化、位错强化等获得的低合金高强钢，其焊接冷裂纹敏感性较大，焊接时容易出现接头热影响区软化、焊缝低温冲击韧性较差、焊口合格率较低等问题，现场焊接施工过程中，具有焊接工艺窗口窄、焊接环境要求苛刻等特点。因此，X90 管线钢的现场焊接问题是制约 X90 管道工程建设的重大问题。众所周知，国内高钢级管道焊接施工主要采取自保护药芯焊丝半自动焊，焊接过程中存在较多质量问题。为了克服自保护药芯焊丝半自动焊存在的问题同时适应 X90 管道试验段建设的要求，管道科学研究院焊接技术中心 QC 小组针对 X90 管线钢管开展了气保护药芯焊丝半自动焊工艺的研发。二

3、、小组简介管道科学研究院焊接技术中心 QC 小组概况和成员情况见表 1和表 2。3X90 钢管气保护药芯焊丝半自动焊工艺的研发表 1 小组概况表小组名称 管道科学研究院焊接 QC 小组 注册编号 YJY-HJS-2015课题名称X90 钢管气保护药芯焊丝半自动焊工艺的研发成立时间 XXXX年 10 月课题类型 创新型 活动时间 XXXX年 10 月2015 年 12 月小组人数 10 人 活动次数 30 次获奖情况XXXX 年度管道局第 32 届优秀 QC 小组成果活动一等奖（排名第一）XXXX 年度石油工程建设协会优秀 QC 小组成果活动一等奖制表人：XXXX 时间：XXXX.10.22表

4、2 小组成员情况序 号 姓 名 年 龄 文化程度 职 称 / 职 务 组 内 分 工 备 注1 XXXX 34 博士 工程师/QC 组长整体策划、报告编制、成果发布发布人2 XXXX 41 硕士 高工 项目管理、控制3 XXXXXXXX 45 博士 教高 项目指导、策划4 XXXX 30 硕士 工程师 课题实施、资料整理5 XXXX 32 本科 工程师 现场实施6 XXXX 33 硕士 工程师 现场调研7 XXXX 50 本科高工/注册 QC中级诊断师QC 培训/指导8 XXXX 31 本科 工程师 项目管理9 XXXX 30 博士 博士后 资料编制、整合10 XXXX 35 硕士 工程师 资

5、料整理、收集制表人：XXXX 时间：XXXX.10.22X90 钢管气保护药芯焊丝半自动焊工艺的研发三、选择课题1、问题的提出X90 钢管气保护药芯焊丝半自动焊技术是针对新一代 X90 管线钢管选用气保护药芯焊丝进行管道全位置半自动焊的一项技术，对该项技术的掌握能提高 X90 管线钢管环焊接头的质量，提高施工效率，减少现场焊口的返修率。针对该工艺，小组成员检索了国内外大量的期刊和文献，并未发现相关的报道。2、确定课题目前国内高钢级管道焊接施工主要采取自保护药芯焊丝半自动焊的方式进行，焊接施工过程中存在较多的问题，主要包括：（1）焊接不同合金成分高钢级管线钢时，焊接接头冲击性能不稳定，离散性大，

6、部分冲击吸收功低于验收指标（见图 1 所示）。200180160140Hobart X90JC 90AFR-90THY68300250Hobart X90JC 90AFR-90THY68 200120100 15080601004020500 0QG BG HG TG LG WG JT QG BG HG TG LG WG JT图 1 焊接接头冲击韧性结果制图人：XXXX 时间：XXXX.10.25图 2 刻槽锤断试样断口形貌制图人：XXXX 时间：XXXX.10.255X90 钢管气保护药芯焊丝半自动焊工艺的研发（2）焊材与母材匹配性差，焊缝扩散氢含量、夹杂物等较严重（见图 2 所示），焊接接

7、头对温度敏感性较高。为了解决自保护药芯焊丝半自动焊焊接接头冲击性能不稳定，离散性大，焊材与母材匹配性差的问题，小组经反复讨论并且结合现有课题的大量研究工作，发现这个问题是自保护药芯焊丝本身固有的一个特点。针对该问题 QC 小组依托股份公司重大专项课题X90/X100 钢管现场焊接工艺及环焊缝综合评价技术研究，选用气保护药芯焊丝进行了一系列的研究工作。因此，课题选定为：X90 钢管气保护药芯焊丝半自动焊工艺的研发6X90 钢管气保护药芯焊丝半自动焊工艺的研发四、设定目标1、目标的提出目标值：（1）试验温度-10°时焊缝冲击韧性大于 85J；（2）焊口一次合格率达到 95%以上。2、目标

8、的可行性分析针对焊缝低温冲击韧性及焊口一次合格率的目标，小组对自身具备的条件进行了分析，具体如下：（1）研究院依托股份公司重大专项课题X90/X100 钢管现场焊接工艺及环焊缝综合评价技术研究进行了 X90 钢管的焊接性分析，为气保护药芯焊丝半自动焊工艺的研发提供了技术基础；（2）研究院焊接技术中心具有管道焊接工艺评定资质、焊工考试资质及焊工培训资质，并且拥有较多国内外先进的管道焊接设备，为气保护药芯焊丝半自动焊工艺的研发提供了条件保障。（3）管道科学研究院焊接技术中心 QC 小组成员具有管道焊接技术研究和现场焊接的丰富经验，其中多人参与过西一线、二线及三线等重大管道工程现场焊接施工项目，有能

9、力研发出 X90 高强度管线钢管气保护药芯焊丝半自动焊工艺，有可能将焊缝-10冲击韧性提高到 85J 以上并且焊口一次合格率达到 95%。经小组反复分析讨论，认为焊缝低温冲击韧性及焊口一次合格率的目标值是可以实现的。7X90 钢管气保护药芯焊丝半自动焊工艺的研发五、提出多种方案并确定最佳方案1、提出方案小组运用头脑风暴法，集思广益，从多角度提出可供选择的观点，并用亲和图加以归类、汇总得出三种方案：调整预热温度及道间温度工艺、调整电流电压焊接速度工艺和调整保护气体工艺。如图 3 所示。X90钢管气保护药芯焊丝半自动焊工艺调整预热及道间温度工艺调整电流电压焊接速度工艺X90钢管分析 焊接材料确定

10、X90钢管分析 焊接材料确定化学成分及碳当量 熔敷金属测试 化学成分及碳当量 熔敷金属测试焊接性分析 全位置操作性 焊接性分析 全位置操作性预热及道间温度 其他 其他焊接工艺参数预热温度 焊接方式及坡口形式电流 预热及道间温度道间温度电流电压及焊接速度 电压 焊接方式及坡口形式保护气体焊接速度 保护气体调整保护气体工艺X90钢管分析 焊接材料确定化学成分及碳当量 熔敷金属测试焊接性分析 全位置操作性保护气体 其他保护气比例 预热及道间温度保护气流量电流电压及焊接速度焊接方式及坡口形式图 3 气保护药芯焊丝半自动焊工艺亲和图制图人：XXXX 时间：XXXX.11.108X90 钢管气保护药芯焊丝

11、半自动焊工艺的研发2、逐一试验论证小组成员对提出的三个方案进行了试验，逐一试验论证，结果见表 3 所示。表 3 各个方案的试验分析统计表方案 实施过程 特点 分析X90 钢管分析焊材确定预热温1、预热温度和道间温度及道间温度焊接方式坡口形式度提高，焊接效率略保护气体电流电压焊接速度微调高； 1、该工艺的调调整预热及道间温度工艺（方案一）Ø 分别调整预热及道间温度连续在试验管段进行 4 道口的焊接；Ø -10下焊缝低温冲击功：86J、92J、90J 和 95J；Ø 焊口一次合格率：92%、91%、95%和 94%；2、焊缝冲击功离散度小；3、焊接过程流畅、全位置操作

12、性好，焊缝不容易出现夹渣、气孔等缺陷；4、预热温度和道间温整 对 低 温 冲 击韧 性 和 焊 口 一次 合 格 率 的 变化影响不大；2、焊口一次合格 率 差 别 较小。Ø 焊接总时间：115min、125min、度的调整对焊缝低温130min 和 128min。冲击的影响不明显。调整电流电压焊接速度工艺（方案二）X90 钢管分析焊材确定预热温度及道间温度焊接方式坡口形式保护气体电流电压焊接速度Ø 分别调整电流电压及焊接速度分别进行 4 道口的焊接；Ø -10下焊缝低温冲击功：83J、92J、95J 和 103J；Ø 焊口一次合格率：88%、94%、9

13、8%和 96%；Ø 焊接总时间：100min、110min、140min 和 150min。1、焊接电流、电压及焊接速度的变化对焊缝低温冲击功焊接和焊口一次合格率影响较大；2、焊接速度较快时容易埋渣，焊接总时间变化明显；3、焊接过程流畅、焊缝不容易出现气孔，且焊缝扩散氢含量较低。1、技术可行，预 期 效 果 有 望达成；2、一次合格率最 高 可 达98%；3、该工艺的调整 对 低 温 冲 击韧 性 和 焊 口 一次 合 格 率 的 变化影响最大。9X90 钢管气保护药芯焊丝半自动焊工艺的研发调整保护气体工艺（方案三）X90 钢管分析焊材确定预热温度及道间温度焊接方式坡口形式保护气体电

14、流电压焊接速度Ø 分别选择调整保护气体流量和保护气体混合比例连续在试验管段进行 4 道口的焊接；Ø -10下低温冲击功：90J、98J、96J、93J；Ø 焊口一次合格率：87%、90%、96%和 94%；Ø 焊接总时间：120min、130min、123min 和 125min。1、对焊接材料的要求较高；2、保护气流量的变化对焊缝中夹渣及气孔影响明显；3、焊接流畅，全位置操作性好；4、焊缝冲击功离散度小，保护气体的变化对冲击韧性的影响较小。1、技术可行，预 期 效 果 有 望达成；2、焊口的一次合 格 率 变 化 较大；3、该工艺的调整 对 低 温 冲

15、 击影 响 较 小 ， 对焊 口 一 次 合 格率 的 变 化 影 响较大。试验时间：XXXX年 11 月 地点：河北省廊坊市油气输送安全国家工程实验室 试验人：XXXX制表人：XXXX 时间：XXXX.11.28图 4、图 5 和图 6 分别为试验验证中低温冲击韧性、焊口一次合格率和单道焊口的焊接时间折线图。表 4 为三个试验方案验证分析表。图 4 试验验证中低温冲击韧性折线图制图人：XXXX 时间：XXXX年 11 月 29 日10X90 钢管气保护药芯焊丝半自动焊工艺的研发图 5 试验验证中焊口一次合格率折线图制图人：XXXX XXXX年 11 月 29 日图 6 试验验证中单道焊口的焊

16、接时间折线图制图人：XXXX XXXX年 11 月 29 日对三个方案验证分析：（1）焊缝低温冲击韧性是体现焊口质量的重要指标，结合表 4和图 4 可以看出，方案二焊缝低温冲击韧性优于方案一和方案三；11X90 钢管气保护药芯焊丝半自动焊工艺的研发（2）焊口一次合格率也是体现焊口质量的重要指标，焊缝缺陷率是反映焊口一次合格率的重要参数，结合表 4 和图 5 可以看出，方案二焊口一次合格率优于方案一和方案三；（3）单道焊口焊接时间反映焊口的焊接效率，可以做为 X90钢管气保护药芯焊丝半自动焊工艺研发的参考指标，结合表 4 和图6 可以发现，方案二焊口一次合格率优于方案一和方案三。表 4 三个方案

17、验证分析表其他 低温冲击功 射线探伤 单道焊口一次合格率 结论试验方案 （试验温度：-10） （缺陷率） 焊接时间方案一 差别较小 差别不大 较低 差别较小 不采用方案二 差别最高 差别最大 较低 差别较大 采用方案三 差别不大 差别较大 较低 差别较大 不采用注：文中缺陷率是指焊缝在射线探伤时，气孔、夹渣、未熔合等缺欠在每道焊口中连续 300mm长度内累计长度不超过 25mm 的数量。制表人：XXXX 时间：XXXX.11.29经试验分析可确认：综合比较三个工艺方案，方案二调整电流电压焊接速度工艺确定进入最佳方案细化程序。3、最佳方案细化结合上述三个方案验证分析结果，同时将 X90 钢管分析

18、、焊接材料确定及焊接工艺参数优化，采用树图工具进行细化，如图 7 所示。12X90 钢管气保护药芯焊丝半自动焊工艺的研发1#钢管化学成分及碳当量分析2#钢管X90钢管分析1#钢管焊接性分析2#钢管 调整电 1#焊接材料流熔敷金属性能电2#焊接材料焊接材料确定压焊速全位置操作性能工预热温度及层间温度 艺保护气流量焊接工艺参数焊接速度大电流电压电流电压小电流电压图 7 最佳方案细化树图制图人：XXXX 时间：XXXX.12.2表 5 焊接工艺要求工序 工艺要求X90 钢管分析 钢管碳当量 Ceq 小于 0.52，钢管具有良好的焊接性能。焊接材料确定AWS 5.36 E91T1E111T1 型号，熔

19、敷金属抗拉强度大于690Mpa，-40冲击功大于 70J，全位置操作性能优良。焊接方式及坡口形式采用多层多道焊方式，摆焊；2230 V 型坡口。焊接效率高，缺陷少。预热温度： ，层间温度： ， 100 120 80 100焊接工艺参数电流：180240A，电压：2028V，焊接速度：1020cm/min， 焊缝-10冲击功大于 85J。制表人：XXXXXXXX 时间：XXXX.12.1013X90 钢管气保护药芯焊丝半自动焊工艺的研发X90 钢管分析、焊接材料确定、焊接工艺参数三部分细化方案试验必须满足GB T 31032-XXXX钢制管道焊接验收规范的要求，主要判据及采取的试验焊接工艺参数见

20、表 5。在采纳表 5 焊接工艺参数的同时为了进行工艺参数的优化，减小试验量，QC 小组通过设计正交试验的方式开展了试验。本次试验的目的是提高焊缝低温冲击韧性并且保证焊口的一次合格率达到95%以上，故确定焊缝冲击韧性 Kcv 为指标，选取电流、电压、焊接速度作为要考察的因素，每个因素选取三个不同的状态进行比较，列成的因素水平表见表 6，选用 L9（34）表，共 9 次试验。列出的试验方案表见表 7。表 6 三因素三水平表因素 电流 电压 焊接速度试验号A V mm/min1 190 22 1502 210 24 2003 230 26 300制表人：XXXX 时间：2015.3.18表 7 L9

21、（34）正交试验结果因素 电流 电压 焊接速度 指标 KcvA V mm/min试验号 J（-10）1 1（190） 1（22） 1（150） 892 2（190） 2（24） 2（200） 953 3（190） 3（26） 3（300） 984 1（210） 1（22） 2（200） 9614X90 钢管气保护药芯焊丝半自动焊工艺的研发5 2（210） 2（24） 3（300） 1036 3（210） 3（26） 1（150） 977 1（230） 1（22） 3（300） 948 2（230） 2（24） 1（150） 1089 3（230） 3（26） 2（200） 103 282 27

22、9 294 296 306 294 305 298 295T=883极差 R 23 27 1制表人：XXXX 时间：2015.3.18先“看一看”，通过表 7 可以看出，所有焊口焊缝低温冲击韧性均满足标准的要求，试验编号 5、8 和 9 的结果较好；电流电压参数较大的情况下焊缝低温冲击结果较高。再“算一算”利用极差分析法，确定各因素的主次关系：电压电流焊接速度。为了保证焊口一次合格率及焊缝低温冲击韧性指标，在后续焊接实施过程中要重点考虑这种主次关系。15X90 钢管气保护药芯焊丝半自动焊工艺的研发（1）X90 钢管分析 化学成分及碳当量分析小组成员对两种不同合金成分 X90 钢管（规格 121

23、9×16.3mm）化学成分及碳当量进行了分析，见表 8 所示。采用的碳当量计算公式为国际焊接学会推荐的碳当量公式 CE(IIW):CE(IIW) = C + Mn/6+(Cr + Mo+V)/5+(Ni +Cu) /15(式中采用%)计算得 1#钢管 CE=0.46，2#钢管 CE=0.53。表 8 X90 钢管化学成分及碳当量钢管 C Si Mn P S Cr Mo Ni Al Cu Nb Ti V B1# 0.05 0.16 1.91 0.008 0.004 0.17 0.16 0.19 0.015 0.14 0.05 0.01 0.004 0.0012# 0.055 0.23

24、1.92 0.006 0.003 0.31 0.27 0.38 0.032 0.02 0.08 0.014 0.004 0.001制表人：XXXX 时间：2015.1.5 焊接性试验小组成员针对上述两种不同合金成分 X90 钢管进行了焊接性试验，见表 9 所示。表 9 X90 钢管焊接性试验实施分析表焊接性试验 试验结果针对 X90 钢管进行了 30 件插销试验。插销试验试验结果：1#和 2#钢管临界断裂应力分别为 850Mpa 和 740Mpa，1#钢临界断裂应力高于 2#，结合化学成分可知，由于 2#化学成分较高，碳当量较高，焊接时容易产生淬硬组织，提高热影响区冷裂纹倾向，造成临界断裂应力

25、较低。16X90 钢管气保护药芯焊丝半自动焊工艺的研发针对 X90 钢管进行了 36 组斜 Y 坡口试验。斜 Y 坡口试验试验结果：1#和 2#钢管斜 Y 坡口试样断面未观察到明显的裂纹，可以认为该试验对这两种钢管冷裂纹倾向不敏感。初步确定预热温度大于 120。针对 X90 钢管进行了 54 件物理热模拟冲击试验。物理热模拟 试验1400120010008006003025201612645040035030025020015020KJ/cm25KJ/cm400100200506KJ/cm00试验结果：分别针对 1#和 2#钢管模拟了不同热输入量下，钢管热影响区冲击功的变化情况，结果表明：2#

26、钢管热影响区的冲击韧性离散性较大，说明钢管本身焊接性较 1#差。制表人：XXXX 时间：2015.2.517X90 钢管气保护药芯焊丝半自动焊工艺的研发试验确认：如表 10 所示，1#钢管化学成分和碳当量较低，且通过插销试验、斜 Y 坡口试验及物理热模拟试验表明，1#钢管冷裂纹敏感性小于 2#钢管，具有较好的焊接性，最终选择 1#钢管为试验钢管。表 10 X90 钢管分析表钢管 化学成分及碳当量 焊接性试验 结论1#钢管 较低 较好 采用2#钢管 较高 较差 不采用制表人：XXXX 时间：2015.2.5（2）焊接材料确定小组成员对 X90 钢管相匹配的焊接材料熔敷金属及全位置操作性能进行分析

27、，并进行了焊接性试验，见表 11 所示。表 11 焊接材料确定实施分析表焊接材料 试验结果1#焊材 试验结果：焊材熔敷金属性能：抗拉强度：635Mpa，-40低温冲击：86J，76J，71J，伸长率：22%，其他性能要求满足标准要求。焊接工艺性能：焊材的电弧稳定性、脱渣性、再引弧性能、飞溅率、熔化系数、熔敷效率及焊接发尘量等较好，全位置操作性能良好。18X90 钢管气保护药芯焊丝半自动焊工艺的研发2#焊材 试验结果：焊材熔敷金属性能：抗拉强度：726Mpa，-40低温冲击：93J，95J，89J，伸长率：22%，其他性能要求满足标准要求。焊接工艺性能：焊材的电弧稳定性、脱渣性、再引弧性能、飞溅

28、率、熔化系数、熔敷效率及焊接发尘量等优良。全位置操作性能优良。制表人：XXXX 时间：2015.3.5试验确认：如表 12 所示，1#和 2#焊接材料熔敷金属力学性能均满足标准要求，但是对于焊接工艺性能，2#焊材电弧稳定性、脱渣性、再引弧性能、飞溅率、熔化系数、熔敷效率及焊接发尘量等优良，全位置操作性能优良。最终选择 2#焊接材料做为试验焊材。表 12 焊接材料确定表熔敷金属力学性能 焊接工艺性能 结论1#焊接材料 良好 良好 不采用2#焊接材料 优良 优良 采用制表人：XXXX 时间：2015.3.6（3）焊接工艺参数焊接工艺参数实施过程中，小组成员采用预热温度（层间温度）+保护气流量+调整

29、电流电压焊速 2 种方式开展了气保护药芯焊丝半自动焊工艺试验。见表 13 和表 14。19X90 钢管气保护药芯焊丝半自动焊工艺的研发表 13 小电流电压实施分析表方案一 方案思路采用预热温度（层间温度）+保护气流量 +小电流电压。预热温度（层间温度）+保护气流量+小电流160Ti 75 140电压120100806040焊接工艺参数：预热温度 120，层间温度 100，保护气流量 20-25L/min，干伸长15-20mm，电流：180-200A，电压：22V。试验结果：达到标准要求，-10时低温冲击功平均为 83J、焊缝缺欠主要以夹渣和气孔为主，缺欠率较低，约 4%左右，全位置操作性较好，

30、焊工可灵活操作，焊接效率高。制表人：XXXX 时间：2015.4.820X90 钢管气保护药芯焊丝半自动焊工艺的研发表 14 大电流电压实施分析表方案二 方案思路采用预热温度（层间温度）+保护气流量+大电流电压。采用预热温度（层间温度）+保护气流量 +160140Ti 75大电流120电压。100806040焊接工艺参数：预热温度 120，层间温度 100，保护气流量 20-25L/min，干伸长 15-20mm，电流：200-240A，电压：24-26V。试验结果：达到标准要求，-10时低温冲击功平均为 100J、冲击韧性集中度较好，焊缝缺欠主要以气孔为主，缺欠率非常低，约 0.5%左右，全

31、位置操作性优良，焊工可灵活操作，焊接效率高。制表人：XXXX 时间：2015.4.821X90 钢管气保护药芯焊丝半自动焊工艺的研发试验确认：方案二焊缝低温冲击功较高且冲击韧性集中度较好，缺陷率较低，并且以气孔缺陷为主，达到预期目标。同时焊接重现性好，冲击韧性集中度较好，极大地降低了焊缝冲击韧性离散造成焊口质量的不稳定性。最终选择方案二预热温度（层间温度）+保护气流量+大电流电压作为最佳方案。经过充分的实验验证后，小组成员绘制了表 15，用以比对细化分解方案的实施结果和各个分解方案的评判标准。表 15 最佳方案细化分解方案的选定细化方案工序 分解方案 评判标准 试验结果 是否采用1、X90 钢

32、管分析1#钢管（碳当量低）钢 管 碳 当 量 低 于0.52 ， 焊 接 性 优钢管碳当量低、裂纹敏感性低，焊接性优良。采用2#钢管（碳当量高）良。钢管碳当量高、焊接性一般。不采用2、焊接材料确定1#焊材（强度级别较低）2#焊材（强度级别较高）熔 敷 金 属 抗 拉 强度大于 690 Mpa，-40冲击功大于70J，焊接工艺性能 优 良 ， 全 位 置性能优良。熔敷金属性能达标，焊接工艺性能良好，全位置操作性能良好。熔敷金属性能达标，焊接工艺性能优良，全位置操作性能优良。不采用采用3、焊接工艺参数小电流电压一 次 合 格 率 大 于95%， 焊缝 -10 焊缝冲击功不达标，缺欠率较高。不采用优

33、化大电流电压冲击功大于 85J，缺欠率较低。焊缝冲击功达标，缺欠率较低。采用制表人：XXXX 时间：2015.4.2822X90 钢管气保护药芯焊丝半自动焊工艺的研发4、确定最佳方案的细化方案通过以上的各个部分试验分析和对比后，小组确定了气保护药芯焊丝半自动焊最佳方案的细化方案。如图 8 所示。1#钢管化学成分及碳当量分析2#钢管X90钢管分析1#钢管焊接性分析2#钢管 调整电 1#焊接材料流熔敷金属性能电2#焊接材料焊接材料确定压焊速全位置操作性能工预热温度及层间温度 艺保护气流量焊接工艺参数焊接速度大电流电压电流电压小电流电压图 8 确定最佳方案的细化方案图制图人：XXXX 时间：2015

34、.5.1823X90 钢管气保护药芯焊丝半自动焊工艺的研发六、制定对策最佳方案确定了之后，小组成员按照 5W1H 的原则制订了以下对策及实施计划表。见表 16。表 16 对策及实施计划表序号 方案 对策 目标 措施 地点 时间 负责人1化学成分及碳当量分析、焊接性分析采用碳当量分析及焊接性试验分析 X90 钢管 的 可 焊 接性。碳当量 Ceq 低于0.52，并且焊接性较好的钢管。1.化学成分分析测试；2. 碳当量分析；3. 焊接性试验分析。送安全国家 5 月 20 XXXX工程实验室 日油气管道输 2015 年2熔敷金属及全位置性能分析采用熔敷金属检验及焊接工艺性能试验确定焊材。熔 敷 金

35、属 抗 拉 强度大于 690Mpa，-40冲击大于 70J及 焊 接 工 艺 性 能和 全 位 置 操 作 性好的焊材。1.熔敷金属检验；2. 焊接工艺性能试验；3. 全 位 置 操 作性。油气管道输送安全国家工程实验室2015 年6 月 2日XXXX1.优化焊接工艺参3调整焊接电流电压采用大电流电压参数进行焊接。焊 缝 冲 击 功 大 于85J，缺欠率低于4%。数；2. 提高焊缝冲击功 ， 降 低 射 线 检验 气 孔 及 夹 渣 缺陷率。油气管道输送安全国家工程实验室2015 年6 月 10日XXXX4气保护药芯焊丝半自动焊工艺应用将气保护药芯焊丝半自动焊工 艺 应 用 到X90 管道爆破

36、试验现场。确保 X90 钢管爆破 试 验 过 程 中 环焊缝的安全性。1、气保护药芯焊丝 半 自 动 焊 工 艺适 应 野 外 焊 接 操作；2、优化工艺。钢管爆破试 6 月 28 XXXX验场 日江 苏 X90 2015 年制表人：XXXX 时间：2015.5.2524X90 钢管气保护药芯焊丝半自动焊工艺的研发七、按对策实施1、X90 钢管分析的实施小组于 2015 年 5 月 10 日-2015 年 5 月 20 日对 X90 钢管分析步骤进行实施。实施过程见图 9 所示。结论：选定的 X90 钢管碳当量 Ceq=0.46，插销试验临界断裂应力为 850-910Mpa，斜 Y 坡口试验未

37、观察到明显的裂纹，物理热模拟试验发现钢管热影响区淬硬组织较少(马氏体含量较低)，说明钢管具有良好的焊接性能，达到预期目标。图 9 X90 钢管分析实施图制图人：XXXX 时间：2015.5.1525X90 钢管气保护药芯焊丝半自动焊工艺的研发2、焊接材料确定的实施小组于 2015 年 5 月 30 日-2015 年 6 月 5 日对焊接材料确定步骤进行实施，具体包括熔敷金属检验，焊接工艺性能和全位置操作性测试，试验实施过程如图 10 所示。图 10 焊接材料确定的实施图制图人：XXXX 时间：2015.6.7结论：选定的焊接材料型号为 AWS 5.36 E101T1，熔敷金属性能：屈服强度：6

38、85Mpa，抗拉强度：720Mpa，伸长率：21%，-40冲击功：93J、95J、89J；焊材电弧稳定性、脱渣性、飞溅率、熔化系数及焊接发尘量等优良，全位置操作性能优良。达到预期目标。3、焊接工艺参数优化的实施小组于 2015 年 6 月 10 日-2015 年 6 月 20 日对预热温度（层间温度）+保护气流量+大电流电压工艺步骤进行实施。针对 1219×26X90 钢管气保护药芯焊丝半自动焊工艺的研发16.3mm X90 钢管，单道口焊接时间为 125 分钟。实施过程见图11。160Ti 75 140120100806040图 11 焊接工艺参数实施图制图人：XXXX 时间：20

39、15.6.20结论：针对 1219×16.3mm X90 钢管，单道口焊接时间为 125 分钟，焊接预热温度 120，层间温度 100，保护气流量 25L/min，干 伸 长 20mm ， 电 流 ： 220-230A ， 电 压 ： 24V ， 焊 接 速 度 ：15cm/min。焊缝冲击功平均值 103J，冲击功离散性小，射线探伤气孔及夹渣缺陷率为 0.3%，达到预期目标。27X90 钢管气保护药芯焊丝半自动焊工艺的研发4、气保护药芯焊丝半自动焊工艺应用小组于 2015 年 6 月 26 日XXXX 年 7 月 1 日将气保护药芯焊丝半自动焊工艺应用到 X90 钢管全尺寸气压爆破

40、试验现场的焊接。由于全尺寸气压爆破试验主要考察 X90 钢管管体的止裂性能，因此对环焊缝的要求较高，在爆破试验过程中不能沿着环焊缝开裂。小组顶着巨大的压力实施了此次焊接任务，并且在最终爆破试验过程中没有沿着环焊缝开裂，圆满完成了此次任务。见图 12 所示。图 12 X90 钢管全尺寸气压爆破施工现场制图人：XXXX 时间：2015.7.528X90 钢管气保护药芯焊丝半自动焊工艺的研发八、效果检查气保护药芯焊丝半自动焊工艺研发成功以后，在 2015 年 7 月初成功地应用于石油管工程技术研究院在江苏东台进行的 X90 钢管全尺寸气压爆破试验的现场焊接。焊接施工、无损检测及爆破后现场分析证明：气

41、保护药芯焊丝半自动焊焊口一次合格率达到 98%，焊接接头质量安全可靠，见图 13 所示。实践是检验真理的唯一标准，工程实践证明，在气保护药芯焊丝半自动焊工艺研发的 QC 活动中，圆满完成活动目标值，即将焊口一次合格率提高到 95%以上，焊缝低温冲击韧性在 90J 以上，焊口质量稳定可靠。图 13 X90 钢管全尺寸气压爆破前后现场制图人：XXXXXXXX 时间：2015.7.1029X90 钢管气保护药芯焊丝半自动焊工艺的研发经济和社会效益分析：通过对 X90 钢管全尺寸气压爆破试验的现场焊接施工和无损检测的经济效益和社会效益分析：直接经济效益：X90 钢管气保护药芯焊丝半自动焊工艺在焊接施工

42、过程中，提高了焊接效率，减少了返修率，直接降低了焊接施工中的人工成本和施工成本；社会效益：气保护药芯焊丝半自动焊工艺的研发，不仅提高了国内高强度管线钢管焊接施工的水平，而且也提高了我国管道建设在国际上的影响力。先后有较多国内外企业院所观摩了 X90 钢管全尺寸气压爆破试验及焊口的裂纹扩展特征。此外国内外较多从事气保护药芯焊丝研发的焊材公司（如 Hobart 焊材集团、伯乐焊材集团、金桥焊材集团和京群焊材集团等）对该工艺表示出了极大的兴趣，取得了良好的社会效益。30X90 钢管气保护药芯焊丝半自动焊工艺的研发九、标准化为巩固该活动的效果，QC 小组将实施中的有效措施形成了如下工艺评定报告、工艺规程、企业标准、发明专利：1、 形成企业标准 1 项X90 钢级天然气管道工程线路焊接技术规范；2、 焊接工艺规程 2 项爆破试验用 X90 钢管焊接工艺规程及管道断裂韧性试验场工程焊接工艺规