X80管线钢半自动焊焊接工艺研究

目前，长输管道正向大口径、高压力输送方向发展。管道质量对管道长期安全运行和使用寿命至关重要，而焊接技术是长输管道建设中的关键技术。我国长输管道主要使用的管线钢X70正逐渐由强度级别更高的X80所取代。由于钢的强度级别越高，在同样输气量的情况下，管材壁厚可以减小，从而减少用钢量，因此可减少管线建设的投资费用。有资料介绍，一条长250km的输气管线，当输气量不变时，采用X80代替X70，由于壁厚减薄可节省钢材2万t，成本降低7%。在长输管道焊接中，目前国内外所采用的主要焊接方法有纤维素型焊条或低氢型焊条向下焊、以及半自动焊和全自动气保焊和自保护药芯焊丝自动焊。大管径管道全位置下向焊接是目前比较先进的管道焊接工艺，其焊接质量易控制，焊口返修率可降低到2%以下。焊接速度比普通手工电弧焊可提高30%～40%。下面主要介绍X80管线钢采用半自动焊(即STT根焊+药芯焊丝用PAW2000外焊机填充和盖面)工艺特点。

STT根焊是优化的熔化极气体保护焊，性能优于传统的GMAW，它采用独特的波形控制技术，可以根据熔滴不同的过渡过程，自动调节焊接电流和电弧电压波形，在整个焊接周期内精确控制流过焊丝的电流，从而达到电弧所需要的瞬时热量，同时解决了CO2气保焊短路过渡飞溅大的技术难题，确保焊接电流的稳定燃烧和有效控制焊缝成形。STT根焊以柔和的电弧、极小的飞溅、良好的焊缝背面成形、焊后不用清渣，使用纯CO2作保护气体和实心焊丝，是根焊的优良焊接方法。

试验用管线材料为根据API5L标准生产的X80螺旋埋弧焊钢管，规格为Φ1219mm×18.4mm，其化学成分(质量分数，%)为：0.04C，0.2Si，1.79Mn，0.003S，0.007P，0.155Ni，0.043Nb，0.302Cr，0.009Mo，0.032Al，0.005N，0.009Ti。为保证焊缝金属的强度和韧性，焊接时应选用高强度、高韧性、低氢型的焊接材料，以降低焊缝金属中残余的N、O、H的含量。据此，STT根焊时采用锦泰公司生产的Φ1.2mmJM58的药芯焊丝，符合AWSA5.18ER70S-G;填充焊和盖面焊均采用Φ1.2mmE81T1-Ni1药芯焊丝，符合AWSA5.29。两种焊丝化学成分如表1所示。

管子内外坡口边缘两侧25mm内的油污、锈、水分以及氧化物采用机械法清理干净，直至呈现出金属光泽。填充、盖面层采用PAW2000全自动外焊机并配以相应的电源。

管子施焊前，应选用内对口器进行组对。管道下向焊时，对口的好与坏将直接影响到焊缝外观成形及内部质量，应严格按对口要求进行组对，间隙为(2±0.4)mm，相邻管制管焊缝在对口处错开的距离不小于100mm。焊完封底层后，撤掉对口器再继续焊接其余层次。

对于X80管线钢的焊接，有试验研究表明：在较小的热输入下焊接，焊前预热对粗晶区的韧性有利，在现场焊接热输入为10kJ/cm时，推荐焊前预热温度为150℃;在较大的热输入下焊接，焊前预热对粗晶区的韧性没有益处，预热(或层间)温度过高会降低粗晶区的韧性，应予以限制。

焊接时均采用单道焊。根焊采用纯CO2气保护的半自动STT焊，CO2气体的纯度≥99.5%;填充、盖面层均采用自保护药芯焊丝半自动焊，使用的气体为15%～25%CO2+85%～75%Ar，CO2气体的含水量≤0.005%，Ar的纯度为99.96%。填充焊需4层。

根据试验管材的焊接性分析，综合考虑各种影响焊接接头性能的因素，提出以下措施：

①为防止热影响区产生淬硬组织，导致冷裂纹，采取焊前预热。将坡口两侧50mm内预热到100～150℃。

②为防止焊接热影响区软化，焊接过程中使用较小的焊接热输入量，采用薄层多道的方法，控制层间温度在60～150℃。

③由于管径较大，为减小受热不均匀引起应力的分布，每层焊道均由两名焊工对称施焊。

④根焊时焊枪运行方式为直拉，以保证坡口两侧熔合良好。

⑤严禁在坡口以外的管壁上起弧，相邻焊道的起弧或收弧处应相互错开30mm以上。

⑥层间清理：每层施焊完毕后，用动力角向砂轮磨光机打磨焊接接头，然后再进行下一道焊缝的焊接。

⑦焊缝余高处理：焊缝余高超高时应打磨至要求的范围，打磨余高应与母材圆滑过渡，且不伤及母材。余高控制在0～2mm。

⑧根焊全部完成之后才能撤离对口器。

通过上述焊接工艺进行焊接后，试件抗拉强度值均较高，且断裂于母材，说明应用设计的焊接工艺所获得的接头力学性能较好;弯曲试验结果说明焊缝表面的塑性较好;冲击吸收功也能满足要求。

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