X80管線鋼半自動焊焊接工藝研究（詳情參考 ）

目前，長輸管道正向大口徑、高壓力輸送方向發(fā)展。管道質(zhì)量對管道長期**運(yùn)行和使用壽命至關(guān)重要，而焊接技術(shù)是長輸管道建設(shè)中的關(guān)鍵技術(shù)。我國長輸管道主要使用的管線鋼X70正逐漸由強(qiáng)度級別更高的X80所取代。由于鋼的強(qiáng)度級別越高，在同樣輸氣量的情況下，管材壁厚可以減小，從而減少用鋼量，因此可減少管線建設(shè)的投資費(fèi)用。有資料介紹，一條長250km的輸氣管線，當(dāng)輸氣量不變時，采用X80代替X70，由于壁厚減薄可節(jié)省鋼材2萬t，成本降低7%。在長輸管道焊接中，目前國內(nèi)外所采用的主要焊接方法有纖維素型焊條或低氫型焊條向下焊、以及半自動焊和全自動氣保焊和自保護(hù)藥芯焊絲自動焊。大管徑管道全位置下向焊接是目前比較先進(jìn)的管道焊接工藝，其焊接質(zhì)量易控制，焊口返修率可降低到2%以下。焊接速度比普通手工電弧焊可提高30%～40%。下面主要介紹X80管線鋼采用半自動焊(即STT根焊+藥芯焊絲用PAW2000外焊機(jī)填充和蓋面)工藝特點(diǎn)。

STT根焊是優(yōu)化的熔化極氣體保護(hù)焊，性能優(yōu)于傳統(tǒng)的GMAW，它采用獨(dú)特的波形控制技術(shù)，可以根據(jù)熔滴不同的過渡過程，自動調(diào)節(jié)焊接電流和電弧電壓波形，在整個焊接周期內(nèi)**控制流過焊絲的電流，從而達(dá)到電弧所需要的瞬時熱量，同時解決了CO2氣保焊短路過渡飛濺大的技術(shù)難題，確保焊接電流的穩(wěn)定燃燒和有效控制焊縫成形。STT根焊以柔和的電弧、極小的飛濺、良好的焊縫背面成形、焊后不用清渣，使用純CO2作保護(hù)氣體和實(shí)心焊絲，是根焊的優(yōu)良焊接方法。

試驗(yàn)用管線材料為根據(jù)API5L標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)的X80螺旋埋弧焊鋼管，規(guī)格為Φ1219mm×18.4mm，其化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)為：0.04C，0.2Si，1.79Mn，0.003S，0.007P，0.155Ni，0.043Nb，0.302Cr，0.009Mo，0.032Al，0.005N，0.009Ti。為保證焊縫金屬的強(qiáng)度和韌性，焊接時應(yīng)選用高強(qiáng)度、高韌性、低氫型的焊接材料，以降低焊縫金屬中殘余的N、O、H的含量。據(jù)此，STT根焊時采用錦泰公司生產(chǎn)的Φ1.2mmJM58的藥芯焊絲，符合AWSA5.18ER70S-G;填充焊和蓋面焊均采用Φ1.2mmE81T1-Ni1藥芯焊絲，符合AWSA5.29。

管子內(nèi)外坡口邊緣兩側(cè)25mm內(nèi)的油污、銹、水分以及氧化物采用機(jī)械法清理干凈，直至呈現(xiàn)出金屬光澤。根焊采用美國Lincoln公司生產(chǎn)的InverterSTTⅡ型焊接電源;填充、蓋面層采用PAW2000全自動外焊機(jī)并配以相應(yīng)的電源。

管子施焊前，應(yīng)選用內(nèi)對口器進(jìn)行組對。管道下向焊時，對口的好與壞將直接影響到焊縫外觀成形及內(nèi)部質(zhì)量，應(yīng)嚴(yán)格按對口要求進(jìn)行組對，間隙為(2±0.4)mm，相鄰管制管焊縫在對口處錯開的距離不小于100mm。焊完封底層后，撤掉對口器再繼續(xù)焊接其余層次。

對于X80管線鋼的焊接，有試驗(yàn)研究表明：在較小的熱輸入下焊接，焊前預(yù)熱對粗晶區(qū)的韌性有利，在現(xiàn)場焊接熱輸入為10kJ/cm時，推薦焊前預(yù)熱溫度為150℃;在較大的熱輸入下焊接，焊前預(yù)熱對粗晶區(qū)的韌性沒有益處，預(yù)熱(或?qū)娱g)溫度過高會降低粗晶區(qū)的韌性，應(yīng)予以限制。

焊接時均采用單道焊。根焊采用純CO2氣保護(hù)的半自動STT焊，CO2氣體的純度≥99.5%;填充、蓋面層均采用自保護(hù)藥芯焊絲半自動焊，使用的氣體為15%～25%CO2+85%～75%Ar，CO2氣體的含水量≤0.005%，Ar的純度為99.96%。填充焊需4層。

根據(jù)試驗(yàn)管材的焊接性分析，綜合考慮各種影響焊接接頭性能的因素，提出以下措施：

①為防止熱影響區(qū)產(chǎn)生淬硬組織，導(dǎo)致冷裂紋，采取焊前預(yù)熱。將坡口兩側(cè)50mm內(nèi)預(yù)熱到100～150℃。

②為防止焊接熱影響區(qū)軟化，焊接過程中使用較小的焊接熱輸入量，采用薄層多道的方法，控制層間溫度在60～150℃。

③由于管徑較大，為減小受熱不均勻引起應(yīng)力的分布，每層焊道均由兩名焊工對稱施焊。

④根焊時焊槍運(yùn)行方式為直拉，以保證坡口兩側(cè)熔合良好。

⑤嚴(yán)禁在坡口以外的管壁上起弧，相鄰焊道的起弧或收弧處應(yīng)相互錯開30mm以上。

⑥層間清理：每層施焊完畢后，用動力角向砂輪磨光機(jī)打磨焊接接頭，然后再進(jìn)行下一道焊縫的焊接。

⑦焊縫余高處理：焊縫余高超高時應(yīng)打磨至要求的范圍，打磨余高應(yīng)與母材圓滑過渡，且不傷及母材。余高控制在0～2mm。

⑧根焊全部完成之后才能撤離對口器。

通過上述焊接工藝進(jìn)行焊接后，試件抗拉強(qiáng)度值均較高，且斷裂于母材，說明應(yīng)用設(shè)計(jì)的焊接工藝所獲得的接頭力學(xué)性能較好;彎曲試驗(yàn)結(jié)果說明焊縫表面的塑性較好;沖擊吸收功也能滿足要求。