CN101648311A - 海底管线焊接方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种海底管线焊接方法，其特征在于，操作步骤包括：(一)焊前准备：包括制备焊接接头坡口并清理、将两根管体对接处的接口进行装配、对施焊部位进行焊前预热以及选定焊接材料；(二)采用STT表面张力过渡焊方法进行打底焊接；(三)采用自保护药芯焊方法进行填充和盖面焊接后完成海底管线焊接；其是通过将STT表面张力焊和自保护药芯焊两种焊接技术组合用于海底油气管道铺设的全位置焊接，解决现有手工焊的焊接速度慢的缺点，这种方法可以大大提高海管焊接速度，从而使海管铺设效率提高近3倍。
Description
技术领域
本发明涉及海底管线焊接方法。
背景技术
随着近海油气田的不断开发，相应海底管线的铺设工作量也越来越多。现有海底管线的铺设施工中，由于海底管道铺设工程中的焊接方法多采用焊条手工焊方式，这种海管焊接方法的优点是简单方便，缺点是效率较低，在当前海管铺设需求持续大量增长的形势下，仍然沿袭现有的焊接方法，已经不能适应目前海底管线铺设工作增长的需求。因此，改进海底管线的焊接方法，有效提高其工作效率，确有必要。
发明内容
本发明的主要目的在于克服现有产品存在的上述缺点，而提供一种海底管线焊接方法，其是通过将STT表面张力焊和自保护药芯焊两种焊接技术组合用于海底油气管道铺设的全位置焊接，解决现有手工焊的焊接速度慢的缺点，这种方法可以大大提高海管焊接速度，从而使海管铺设效率提高近3倍。
本发明的目的是由以下技术方案实现的。
本发明海底管线焊接方法，其特征在于，操作步骤包括：
(一)焊前准备：包括制备焊接接头坡口并清理、将两根管体对接处的接口进行装配、对施焊部位进行焊前预热以及选定焊接材料；
(二)采用STT表面张力过渡焊方法进行打底焊接；
(三)采用自保护药芯焊方法进行填充和盖面焊接后完成海底管线焊接。
前述的海底管线焊接方法，其中焊前准备步骤中，制备的焊接接头坡口形式为单面V型或单面U型，该坡口采用火焰切割或机械加工方法制备，制备的坡口及其内外壁两侧进行清理，直至露出金属光泽。
前述的海底管线焊接方法，其中焊前准备步骤中，所述两根管体对接处的接口装配使用内对口器或外对口器完成，对口装配后确认施焊部位及其边缘20±5mm的范围内无缺陷。
前述的海底管线焊接方法，其中焊前准备步骤中，对施焊部位进行焊前预热的温度是50℃至80℃，预热区域为施焊部位及其周围75±5mm的范围，预热方法采用烤把或电阻加热装置。
前述的海底管线焊接方法，其中焊前准备步骤中，焊接材料选用ER80S-GTM-60焊丝和E71T8-K6NR-207+药芯焊丝。
前述的海底管线焊接方法，其中STT表面张力过渡焊进行打底焊接的参数是：ER80S-G TM-60焊丝的直径(φ)是1.2mm；保护气体为二氧化碳(CO2)，气体流量为15至25mL/min，纯度为99.95％以上；焊接电弧电压为16至20V，焊接电流为80至150A，焊接速度为120至160mm/min；焊接位置为全位置，立向下。
前述的海底管线焊接方法，其中自保护药芯焊填充和盖面焊接的参数是：E71T8-K6NR-207+药芯焊丝的直径(φ)是2.0mm；焊接电弧电压为18至24V，焊接电流为220至280A，焊接速度为200至300mm/min；根焊道和热焊道之间的最小间隔时间为10min；最大层间温度200℃；采用多道多层焊以及摆动的焊接方式，最大摆动宽度为10mm；焊接位置为全位置，立向下。
前述的海底管线焊接方法，其中海底管线为API 5L X52钢管、API 5L X56钢管、API 5L X60钢管或API 5L X65钢管。
本发明海底管线焊接方法的有益效果，STT(Surface TensionTransition Welding)表面张力过渡焊是熔化极气体保护焊的一种，其特点是焊接电弧稳定、飞溅小、背部成型好、焊接质量好、焊接速度快，其工作效率约是焊条电弧焊的3倍。FCAW-S(Flux Core Arc Welding-Self shield)自保护药芯焊是结构建造中常用的一种焊接方法，该方法的最大特点是焊接速度快，其工作效率约是焊条手工焊的1.5至2.5倍。该方法是遵循API1104(美国石油协会管道及附件焊接标准)和DNV OS F101(挪威船级社海底管道焊接规范)规范，开发设计出适合海底管线采用强度级别为API 5L X52、API 5L X56、API 5L X60、API 5L X65等钢材的管线的焊接工艺，即采用STT表面张力焊方法进行管道对接焊缝的根部焊接，采用自保护药芯焊方法技术进行管道对接焊缝的填充和盖面焊接，使焊接接头各项性能均能满足标准API1104和DNV OS F101的要求，实现高质量、高速度的有间隙打底焊接以及单面焊接双面成型时，不需要背面焊接衬垫的功效，适合在不允许采用焊接衬垫的海底管道铺设工程中应用。
具体实施方式
本发明海底管线焊接方法，其操作步骤包括：
(一)焊前准备：包括制备焊接接头坡口并清理、将两根管体对接处的接口进行装配、对施焊部位进行焊前预热以及选定焊接材料；
(二)采用STT表面张力过渡焊方法进行打底焊接；
(三)采用自保护药芯焊方法进行填充和盖面焊接后完成海底管线焊接。
本发明海底管线焊接方法，其中，焊前准备步骤中，制备的焊接接头坡口形式为单面V型或单面U型，该坡口采用火焰切割或机械加工方法制备，制备的坡口及其内外壁两侧进行清理，直至露出金属光泽；焊前准备步骤中，所述两根管体对接处的接口装配使用内对口器或外对口器完成，对口装配后确认施焊部位及其边缘20±5mm的范围内无缺陷；焊前准备步骤中，对施焊部位进行焊前预热的温度是50℃至80℃，预热区域为施焊部位及其周围75±5mm的范围，预热方法采用烤把或电阻加热装置；焊前准备步骤中，焊接材料选用ER80S-G TM-60焊丝和E71T8-K6NR-207+药芯焊丝；STT表面张力过渡焊进行打底焊接的参数是：ER80S-G TM-60焊丝的直径(φ)是1.2mm；保护气体为二氧化碳(CO2)，气体流量为15至25mL/min，纯度为99.95％以上；焊接电弧电压为16至20V，焊接电流为80至150A，焊接速度为120至160mm/min；焊接位置为全位置，立向下；自保护药芯焊填充和盖面焊接的参数是：E71T8-K6 NR-207+药芯焊丝的直径(φ)是2.0mm；焊接电弧电压为18至24V，焊接电流为220至280A，焊接速度为200至300mm/min；根焊道和热焊道之间的最小间隔时间为10min；最大层间温度200℃；采用多道多层焊以及摆动的焊接方式，最大摆动宽度为10mm；焊接位置为全位置，立向下；海底管线为API 5L X52钢管、API 5L X56钢管、API 5L X60钢管或API 5L X65钢管。
实施例一：
对海底管线进行焊接铺设。海底管线为API 5L X65钢管，规格为φ524×22mm，使用本发明焊接方法进行焊接铺设：
一、焊前准备：
①制备坡口，用火焰切割方法制备坡口，坡口形式为单面V型，坡口夹角为60度，坡口钝边为2mm，坡口根部间隙为2mm，并对坡口及其内外壁两侧20mm的范围进行清理，直至露出金属光泽；
②将两根需要焊接的钢管使用内对口器进行对口装配，并检查和确认被焊部位及其边缘20mm的范围内无缺陷；
③焊前预热，对施焊部位及其周围75mm的范围内进行预热，预热温度为50℃，预热方法采用电阻加热装置；
④焊接材料：采用ER80S-G TM-60焊丝和自保护药芯焊丝E71T8-K6NR-207+。
二、采用STT表面张力过渡焊进行打底焊接：焊接参数设定为：ER80S-GTM-60焊丝直径(φ)1.2mm；保护气体二氧化碳(CO2)的流量为20mL/min，纯度为99.95％；焊接电弧电压为18V，焊接电流为150A，焊接速度为145mm/min；焊接位置为5G，立向下。(5G为钢管平放固定，从上向下焊。)
三、采用自保护药芯焊进行填充和盖面焊接：焊接参数设定为：E71T8-K6NR-207+自保护药芯焊丝直径(φ)2.0mm；焊接电弧电压为22V，焊接电流为260A，焊接速度为280mm/min；根焊道和热焊道之间的间隔时间为10min；最大层间温度200℃；采用16道6层焊以及摆动的焊接方法，最大摆动宽度为10mm；焊接位置为5G，立向下。
焊后对焊缝试样进行性能检测，冷弯180°条件下裂纹长度＜3mm；抗拉强度＞535MPa，屈服强度＞450MPa，熔敷金属断后伸长率＞18％，-20℃夏比冲击功＞45J，硬度＜270HV10，焊缝0℃下CTOD值＞0.45mm。
焊接接头各项指标符合API 1104和DNV OS F101规范要求。
实施例二：
对海底管线进行焊接铺设。海底管线为API 5L X60钢钢管，规格为φ323.9×12.7mm，使用焊接方法进行焊接铺设：
(一)焊前准备：
①制备坡口，用机械加工方法制备坡口，坡口形式为单面U型，坡口夹角为60度，坡口钝边为2mm，坡口根部间隙为1mm，并对坡口及其内外壁两侧22mm的范围进行清理，直至露出金属光泽；
②将两根需要焊接的钢管使用内对口器进行对口装配，并检查和确认被焊部位及其边缘20mm的范围内无缺陷；
③焊前预热，对施焊部位及其周围75mm的范围内进行预热，预热温度为50℃，预热方法采用电阻加热装置；
④焊接材料：采用ER80S-G TM-60焊丝和自保护药芯焊丝E71T8-K6NR-207+。
二、采用STT表面张力过渡焊进行打底焊接：焊接参数设定为：ER80S-GTM-60焊丝直径(φ)1.2mm；保护气体二氧化碳(CO2)的流量为20mL/min，纯度为99.95％；焊接电弧电压为16V，焊接电流为130A，焊接速度为140mm/min；焊接位置为6G，立向下。(6G为钢管直径与水平面成45°角放置并固定，从上向下焊。)
三、采用自保护药芯焊进行填充和盖面焊接：焊接参数设定为：E71T8-K6NR-207+自保护药芯焊丝直径(φ)2.0mm；焊接电弧电压为23V，焊接电流为250A，焊接速度为260mm/min；根焊道和热焊道之间的间隔时间为10min；最大层间温度200℃；采用16道6层焊以及摆动的焊接方法，最大摆动宽度为10mm；焊接位置为5G，立向下。
焊后对焊缝试样进行性能检测，冷弯180°条件下裂纹长度＜3mm；抗拉强度＞520MPa，屈服强度＞415MPa，熔敷金属断后伸长率＞18％，-20℃夏比冲击功＞42J，硬度＜270HV10，焊缝0℃下CTOD值＞0.45mm。
焊接接头各项指标符合API 1104和DNV OS F101规范要求。
本发明海底管线焊接方法的实施例中，未进行说明的内容为现有技术，故，不进行详细赘述。
本发明海底管线焊接方法的功效及优点是：1、使用STT+FCAW-S(表面张力过渡焊+自保护药芯焊)(Surface Tension Transition Welding)表面张力过渡焊，(Flux Core Arc Welding-Self shield)自保护药芯焊的方法进行海底管线的铺设焊接，焊接效率是焊条电弧焊的3倍左右，使用这种方法代替焊条电弧焊可大大缩短海上铺设施工周期。2、与气保护类焊接方法相比，由于自保护药芯焊不使用外部保护气体，它靠自身药芯中产生的大量气体来进行焊接保护，因此这种方法的抗风能力更强，适应海上作业能力强。3、STT方法进行打底焊，可以使单面焊工件另一侧(背面)成型好，在海底管线焊接中有着十分明显的优势。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (8)
1、一种海底管线焊接方法，其特征在于，操作步骤包括：
(一)焊前准备：包括制备焊接接头坡口并清理、将两根管体对接处的接口进行装配、对施焊部位进行焊前预热以及选定焊接材料；
(二)采用STT表面张力过渡焊方法进行打底焊接；
(三)采用自保护药芯焊方法进行填充和盖面焊接后完成海底管线焊接。
2、根据权利要求1所述的海底管线焊接方法，其特征在于，所述焊前准备步骤中，制备的焊接接头坡口形式为单面V型或单面U型，该坡口采用火焰切割或机械加工方法制备，制备的坡口及其内外壁两侧进行清理，直至露出金属光泽。
3、根据权利要求1所述的海底管线焊接方法，其特征在于，所述焊前准备步骤中，所述两根管体对接处的接口装配使用内对口器或外对口器完成，对口装配后确认施焊部位及其边缘20±5mm的范围内无缺陷。
4、根据权利要求1所述的海底管线焊接方法，其特征在于，所述焊前准备步骤中，对施焊部位进行焊前预热的温度是50℃至80℃，预热区域为施焊部位及其周围75±5mm的范围，预热方法采用烤把或电阻加热装置。
5、根据权利要求1所述的海底管线焊接方法，其特征在于，所述焊前准备步骤中，焊接材料选用ER80S-G TM-60焊丝和E71T8-K6 NR-207+药芯焊丝。
6、根据权利要求1或2所述的海底管线焊接方法，其特征在于，所述STT表面张力过渡焊进行打底焊接的参数是：ER80S-G TM-60焊丝的直径是1.2mm；保护气体为二氧化碳，气体流量为15至25mL/min，纯度为99.95％以上；焊接电弧电压为16至20V，焊接电流为80至150A，焊接速度为120至160mm/min；焊接位置为全位置，立向下。
7、根据权利要求1或2所述的海底管线焊接方法，其特征在于，所述自保护药芯焊填充和盖面焊接的参数是：E71T8-K6 NR-207+药芯焊丝的直径是2.0mm；焊接电弧电压为18至24V，焊接电流为220至280A，焊接速度为200至300mm/min；根焊道和热焊道之间的最小间隔时间为10min；最大层间温度200℃；采用多道多层焊以及摆动的焊接方式，最大摆动宽度为10mm；焊接位置为全位置，立向下。
8、根据权利要求1或2所述的海底管线焊接方法，其特征在于，所述海底管线为API 5L X52钢管、API 5L X56钢管、API 5L X60钢管或API 5L X65钢管。
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