CN101886222B - 一种高强度x90钢级螺旋缝埋弧焊管制造方法 - Google Patents

一种高强度x90钢级螺旋缝埋弧焊管制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高强度X90钢级螺旋缝埋弧焊管制造方法，该方法的加工工序包括：开卷、矫平、铣边、预弯、成型、内焊、外焊、管端扩径、母材分层超声波检查、焊缝X射线检查、水压试验、焊缝超声波检查和管端倒棱。本制造方法工艺步骤中增加了双铣边工序、预弯边工序、管端扩径工序，成功的解决了高强度的X90钢级螺旋缝埋弧焊管生产制造中成型稳定性差和焊接接头性能难以满足技术要求等技术难题。

Description

一种高强度X90钢级螺旋缝埋弧焊管制造方法
技术领域
本发明涉及一种螺旋缝埋弧焊管制造技术，尤其是一种高强度X90钢级螺旋缝埋弧焊管制造方法。
背景技术
螺旋缝埋弧焊管是将钢卷板按一定的曲率半径进行螺旋弯曲后沿钢板对接的缝隙焊接在一起制成的。由于螺旋缝埋弧焊管具有投资低、生产品种多等优点，因此成为目前国内使用量最多的一种钢管制造方法。但由于其成型的方式、以及长期来钢管强度都比较低等限制，对高强度钢管的生产很少。目前，螺旋缝埋弧焊管所生产的钢管所用钢材均未超过X80钢级。
随着管线建设向长距离、高压力、大口径的发展，使钢管的强度要求显著增加。例如用X90高强度管线钢卷板制作螺旋缝埋弧焊管目前还没有公开的技术研究。目前的生产方式在生产高强度螺旋缝埋弧焊管时仍存在很多问题，主要表现在：随着钢的强度增加，钢带在成型器中，尤其是递送边一侧带钢边缘变形不充分，同时目前普遍采用的剪边工艺还会造成板边的下翻边现象，在随后的工序中如不进行矫正，生产中在成型咬合时容易出现噘嘴、成型缝内紧外松、错边等缺陷，甚至会造成焊缝微裂纹等致命缺陷；卷板自身存在的月牙弯等问题，突出地影响了钢管的成型稳定性，使钢管的周长和椭圆度变化较大，不能有效保证钢管外形尺寸的稳定性，给钢管现场对接施工造成一定的影响；另外，随钢的强度增加，使焊接过程变得更加困难，如何控制焊接接头的组织和性能也是需要解决的一个关键问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种高强度X90钢级螺旋缝埋弧焊管制造方法，该方法尤其适用于Φ1016×15.3mm高强度X90钢级螺旋缝埋弧焊管的制造。
为解决上述技术问题，该螺旋缝埋弧焊管主要化学成分的重量含量为：C0.04～0.06％，Si 0.20～0.30％，Mn 1.8～2.0％，P≤0.015％，S≤0.005％，Cr≤0.35％，Ni≤0.45％，Cu≤0.25％，Mo≤0.35％，Ti 0.01～0.02％，Nb≤0.09％，V≤0.05％，Al≤0.05％，N≤0.006％，B≤0.0005％，余量为Fe；其中CEpcm≤0.22％，CEIIW 0.50～0.54％，该方法的加工工序为：①板卷经开卷、矫平；②成型；③内焊和外焊；④对母材进行分层超声波检查和X射线检查；⑤水压试验；⑥对焊缝进行超声波检查和超声波手探；⑦管端倒棱；
在步骤②前面增加铣边和预弯工序，所述铣边工序的工艺为双铣边工艺：先粗铣I型坡口，然后精铣X型坡口，钝边6～8mm，坡口角度70°～90°；所述预弯工序的工艺为：采用预弯机对卷板的递送边和自由边进行预弯边，预弯边的尺寸为半径1470mm、长度100～130mm；
在步骤④前面增加管端扩径工序，所述管端扩径工序的工艺为：在钢管管端300mm范围内进行冷扩径，最大扩径量为直径的0.6％，管端周长偏差±1.5mm，椭圆度偏差≤2mm。
本发明的技术关键在于对板卷的铣边设计、预弯边工艺、焊接工艺、管端扩径工艺、无损检测技术的优化和改进。
在大直径、高钢级的螺旋缝埋弧焊管的成型过程中，合口对缝两侧的带钢的边部通常以圆弧曲线过渡或微内张口较为适宜；钢带在成型器中，尤其是递送边一侧，机臂需给内焊装置预留空间，端头成型辊距板边至少50mm。若不使用弯边辊，将造成带钢边缘变形不充分；有时剪边工序还会造成板边的下翻边现象，生产中容易造成成型咬合时出现噘嘴、成型缝内紧外松、错边等缺陷，严重影响钢管外观质量和以后的焊接工序，甚至会造成焊缝微裂纹等致命缺陷，无法在以后的工序予以消除，严重影响钢管的质量，造成钢管合格率下降。因此针对Φ1016×15.3mm的高强度X90钢级管线钢的屈服强度，通过放样、弹性力学分析等手段，对带钢边缘进行充分预弯，能有效消除噘嘴、错边等成型缺陷，使钢管成型焊接质量得到明显提高。
钢管管端的尺寸稳定性直接影响到现场管线施工的效率，本发明在优化钢管成型工艺的同时，增加钢管管端扩径工艺，对钢管管端进行整圆，较好地控制了钢管管端尺寸精度，达到了管端周长偏差±1.5mm，椭圆度偏差小于等于2mm的水平，大大提高了钢管现场的对接效率，方便了现场施工作业。
优选的内焊工序的工艺为：采用双丝串列埋弧自动焊，第一丝为直流，其电流I＝1100～1300A、电压V＝31～33V；第二丝为交流，其电流I＝430～470A、电压V＝35～37V；焊丝间距d＝10～14mm，焊接速度V＝1.5～1.7m/min。优选的外焊工序的工艺为：采用双丝串列埋弧自动焊，第一丝为直流，其电流I＝1200～1400A、电压V＝33～35V；第二丝为交流，其电流I＝400～450A、电压V＝35～37V；焊丝间距d＝12～16mm，焊接速度V＝1.5～1.7m/min。所述内焊、外焊工艺均采用高韧性埋弧焊焊剂和焊丝，并采用跟踪精度达到0.25mm的激光焊缝自动跟踪装置。
由于钢管所用的母材是低碳微合金化的高强度钢，其碳当量CEIIW达到了0.5％以上，焊接时具有一定的难度。在焊接过程中，为控制焊接接头的性能和焊接质量，通过实验研究，确定了内焊和外焊均采用双丝串列埋弧自动焊接工艺。选择上述焊接工艺参数的主要作用是：第一丝的作用主要是保证熔透深度。需要采用大焊接电流、较低电弧电压；第二丝的作用主要是盖面，即获得良好的外观质量，焊缝与母材平滑过渡，减少和消除咬边，需要采用小焊接电流和较高电弧电压；第一丝与第二丝配合，充分排气、排渣，获得良好的焊缝形状，优良的质量。采用上述工艺，综合母材、焊丝和焊剂化学成分焊接接头性能要求科学合理匹配，控制焊缝的成分在如下的范围(重量)：C 0.04～0.06％，Si0.20～0.40％，Mn 1.8～2.0％，P≤0.020％，S≤0.005％，Mo≤0.35％，Ti0.01～0.025％，N≤0.010％，余量为铁，其中CEIIW0.50～0.53％。焊接后焊缝获得的金相组织以针状铁素体+贝氏体为主，从而保证焊缝熔敷金属具有高的强韧性配合以及内在质量和理化性能。
本发明方法与现有的加工螺旋缝埋弧焊管的工艺路线相比，主要增加了双铣边工序、预弯边工序、管端扩径工序。针对高钢级、大口径螺焊钢管，焊缝中气孔、夹渣、裂纹等缺陷出现的几率增加，本发明采用先进的无损检测技术实现了对焊缝内在质量的有效检测。通过采用焊缝缺陷判断计算机专家系统，对焊缝X射线探伤的图像进行实时扫描分析，完成缺陷的自动识别、标记、报警、记录的功能，实现X射线探伤的自动化；在超声波系统上采用激光自动跟踪技术、同时改进其机械装置，在保证探头架刚性的前提下，探头与钢管柔性接触，从而提高自动超声波探伤的准确性和可靠性。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明制造高强度X90钢级螺旋缝埋弧焊管的技术中，与制造普通螺旋缝埋弧焊管相比，工艺步骤中增加了双铣边工序、预弯边工序、管端扩径工序，成功的解决了高强度的X90钢级螺旋缝埋弧焊管生产制造中成型稳定性差和焊接接头性能难以满足技术要求等技术难题；尤其适用于Φ1016×15.3mm高强度X90钢级螺旋缝埋弧焊管的制造；焊接工艺和铣边工序及其中坡口尺寸的确定也是基于特制的X90钢的化学成分板材、经过认真计算并实验研究确定的，在实际生产具有很强的实用性。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细的说明。
实施例1：
本实施例高强度X90钢级螺旋缝埋弧焊管所用板卷的主要化学成分如表1所示，力学性能如表2所示，钢板的厚度为15.3mm，钢管的外径为Φ1016mm。本高强度X90钢级螺旋缝埋弧焊管的制造工艺步骤如下：
1、板卷经开卷、矫平；
2、铣边：先粗铣，将板边宽度铣削掉10～20mm，以保证去除卷板因钢坯及轧制过程中的板边缺陷、月牙弯；然后精铣X型坡口，即将钢板卷两个对接的板边分别开出钝边尺寸为8mm、坡口角度为35°的坡口，钢板的两个边对接后形成70°的X形坡口；开坡口的目的是保证板卷在焊接过程中能够焊透，并提高焊接速度，改善焊缝形貌，减小焊接线能量，降低焊接热输入对焊接热影响区组织和性能的影响，提高焊缝热影响区的性能；
3、预弯：在二辊弯边机上对卷板的递送边和自由边进行预弯边，使半径尺寸为1470mm，长度100～130mm；
4、成型：将经过上述预弯边的带钢在三辊成型器卷制成直径为Φ1016mm的螺旋状圆筒；
5、焊接：沿钢管圆筒的接缝进行内焊和外焊，焊接工艺参数如表3，焊缝的主要化学成分如表4，所述内焊、外焊工艺均采用高韧性埋弧焊焊剂和焊丝，并采用跟踪精度达到0.25mm的激光焊缝自动跟踪装置；
6、管端扩径：在钢管管端300mm范围内进行冷扩径，最大扩径量为直径的0.6％；管端周长偏差±1.5mm，椭圆度偏差±2mm；扩径段与未扩径段应平滑过渡；
7、探伤：对母材进行分层超声波检查和X射线检查；
8、水压试验；
9、对焊缝进行超声波检查和超声波手探；
10、管端倒棱：对钢管的端部棱边进行倒钝；
11、成品检查。
表5给出的是本实施例的钢管实物的主要性能检测结果和X90钢级螺旋缝埋弧焊管的主要性能要求，由表可见，利用本发明的技术制造的螺旋缝埋弧焊管达到了X90钢级螺旋缝埋弧焊管的技术要求。
表1板卷的主要化学成分(wt.％)
  C   Mn   Si   P   S   V+Nb+Ti   Ni+Cr+Cu   Cr+Mo+Mn   CEIIW   CEpcm
  0.046   1.90   0.22   0.013   0.002   0.10   0.90   2.50   0.52   0.20
表2板卷(轧制方向30°)拉伸试验值
  屈服强度Rt0.5(MPa)   抗拉强度Rm(MPa)   屈强比Rt0.5/Rm  伸长率A50mm(％)
  Min   655   765   0.86   30
  Max   750   833   0.90   37
  Ave   685   785   0.87   35
表3双丝焊参数
Figure BSA00000166612900051
表4焊缝金属的化学成分(wt.％)
  C   Mn   Si   P   S   V+Nb+Ti   Ni+Cr+Cu   Cr+Mo+Mn
  外焊缝   0.049   2.0   0.34   0.015   0.003   0.07   1.0   2.4
  内焊缝   0.048   2.0   0.36   0.016   0.002   0.07   0.9   2.4
表5钢管力学性能
Figure BSA00000166612900061
实施例2：
本实施例埋弧焊管采用的X90钢级板卷的主要化学成分和力学性能如表6、表7所示。本埋弧焊管的制造工艺步骤与实施例1相同，焊接时的工艺参数如表8所示。表9给出的是本实施例的焊缝金属的主要化学成分，表10给出的是本埋弧焊管实物的主要性能检测结果和X90钢级螺旋缝埋弧焊管的主要性能要求，由表可见，利用本发明的技术制造的埋弧焊管达到了X90钢级螺旋缝埋弧焊管的技术要求。
表6板卷的主要化学成分(wt.％)
  C   Mn   Si   P   S   V+Nb+Ti   Ni+Cr+Cu   Cr+Mo+Mn   CEIIW   CEpcm
  0.056   1.85   0.23   0.011   0.001   0.11   0.92   2.55   0.53   0.21
表7板卷(轧制方向30°)拉伸试验值
 屈服强度Rt0.5(MPa)   抗拉强度Rm(MPa)   屈强比Rt0.5/Rm  伸长率A50mm(％)
  Min   660   770   0.86   30
  Max   765   845   0.91   38
  Ave   695   795   0.87   36
表8双丝焊参数
Figure BSA00000166612900071
表9焊缝金属的化学成分(wt.％)
  C   Mn   Si   P   S   V+Nb+Ti   Ni+Cr+Cu   Cr+Mo+Mn
  外焊缝   0.050   1.9   0.35   0.015   0.003   0.07   1.0   2.4
  内焊缝   0.049   1.9   0.36   0.015   0.002   0.07   0.9   2.4
表10钢管力学性能
实施例3：
本实施例采用的X90钢板卷的主要化学成分和力学性能如表11、表12所示。本埋弧焊管的制造工艺步骤与实施例1相同，焊接时的工艺参数如表13所示。表14给出的是本实施例的焊缝金属的主要化学成分，表15给出的是本埋弧焊管实物的主要性能检测结果和X90钢级管线钢管的主要性能要求，由表可见，利用本发明的技术制造的埋弧焊管达到了X90钢级管线钢管的技术要求。
表11板卷的主要化学成分(wt.％)
  C   Mn   Si   P   S   V+Nb+Ti   Ni+Cr+Cu   Cr+Mo+Mn   CEIIW   CEpcm
  0.052   1.95   0.24   0.010   0.0015   0.12   0.96   2.6   0.53   0.22
表12板卷(轧制方向30°)拉伸试验值
  屈服强度Rt0.5(MPa)   抗拉强度Rm(MPa)   屈强比Rt0.5/Rm  伸长率A50mm(％)
  Min   665   775   0.86   30
  Max   760   850   0.89   36
  Ave   705   805   0.88   34
表13双丝焊参数
Figure BSA00000166612900091
表14焊缝金属的化学成分(wt.％)
  C   Mn   Si   P   S   V+Nb+Ti   Ni+Cr+Cu   Cr+Mo+Mn
  外焊缝   0.050   1.9   0.34   0.015   0.003   0.07   1.0   2.4
  内焊缝   0.050   2.0   0.35   0.016   0.002   0.07   0.9   2.4
表15钢管力学性能
Figure BSA00000166612900092

Claims (4)

1.一种高强度X90钢级螺旋缝埋弧焊管制造方法，该方法的加工工序为：①板卷经开卷、矫平；②铣边、预弯边和成型；③内焊和外焊；④管端扩径、对母材进行分层超声波检查和X射线检查；⑤水压试验；⑥对焊缝进行超声波检查和超声波手探；⑦管端倒棱；所述铣边工序的工艺为双铣边工艺：先粗铣I型坡口，然后精铣X型坡口，钝边6～8mm，坡口角度70°～90°；所述预弯工序的工艺为：采用预弯机对卷板的递送边和自由边进行预弯边，预弯边的尺寸为半径1470mm、长度100～130mm；所述管端扩径工序的工艺为：在钢管管端300mm范围内进行冷扩径，最大扩径量为直径的0.6％；管端周长偏差±1.5mm，椭圆度偏差≤2mm；其特征在于：该螺旋缝埋弧焊管主要化学成分的重量含量为：C0.04～0.06％，Si 0.20～0.30％，Mn 1.8～2.0％，P≤0.015％，S≤0.005％，Cr≤0.35％，Ni≤0.45％，Cu≤0.25％，Mo≤0.35％，Ti 0.01～0.02％，Nb≤0.09％，V≤0.05％，Al≤0.05％，N≤0.006％，B≤0.0005％，余量为Fe；其中CEpcm≤0.22％，CEIIW0.50～0.54％；所述焊缝主要化学成分的重量含量为：C 0.04～0.06％，Si0.20～0.40％，Mn 1.8～2.0％，P≤0.020％，S≤0.005％，Mo≤0.35％，Ti0.01～0.025％，N≤0.010％，余量为铁，其中CEIIW0.50～0.53％。
2.根据权利要求1所述的一种高强度X90钢级螺旋缝埋弧焊管制造方法，其特征在于所述内焊工序的工艺为：采用双丝串列埋弧自动焊，第一丝为直流，其电流I＝1100～1300A、电压V＝31～33V；第二丝为交流，其电流I＝430～470A、电压V＝35～37V；焊丝间距d＝10～14mm，焊接速度V＝1.5～1.7m/min。
3.根据权利要求1所述的一种高强度X90钢级螺旋缝埋弧焊管制造方法，其特征在于所述外焊工序的工艺为：采用双丝串列埋弧自动焊，第一丝为直流，其电流I＝1200～1400A、电压V＝33～35V；第二丝为交流，其电流I＝400～450A、电压V＝35～37V；焊丝间距d＝12～16mm，焊接速度V＝1.5～1.7m/min。
4.根据权利要求1所述的一种高强度X90钢级螺旋缝埋弧焊管制造方法，其特征在于：所述内焊、外焊工艺均采用高韧性埋弧焊焊剂和焊丝，并采用跟踪精度达到0.25mm的激光焊缝自动跟踪装置。
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