CN103240512B

CN103240512B - 一种k65耐低温热煨弯管母管生产的焊接工艺

Info

Publication number: CN103240512B
Application number: CN201310174568.0A
Authority: CN
Inventors: 韩秀林; 闵祥玲; 李国鹏; 杨玮玮; 张丽娜; 王强; 陈小伟; 郭振其; 彭立山; 徐斌; 白学伟; 孙磊
Original assignee: Hebei Huayou Steel Pipe Design Institute Co Ltd; CNPC Bohai Equipment Manufacturing Co Ltd; Julong Steel Pipe Co Ltd
Current assignee: Hebei Huayou Steel Pipe Design Institute Co Ltd; CNPC Bohai Equipment Manufacturing Co Ltd; Julong Steel Pipe Co Ltd
Priority date: 2013-05-13
Filing date: 2013-05-13
Publication date: 2015-06-24
Anticipated expiration: 2033-05-13
Also published as: CN103240512A

Abstract

本发明公开了一种K65耐低温热煨弯管母管生产的焊接工艺，属于大口径钢管焊接技术领域，该焊接工艺包括预焊、内焊和外焊，通过优选焊接材料，在焊接过程中采用混合焊丝，第一、三丝为H08Mn系列焊丝，第二、四丝为SANi3焊丝，利用HO8MnMoTiB焊丝中的Ti、B元素充分细化晶粒，提高焊缝冲击韧性；利用SANi3焊丝中的Ni提高低温韧性及弯管回火过程中的组织稳定性，从而使制成弯管后焊接接头的低温冲击韧性保持在较高的水平，使钢管焊缝的各项性能完全符合高寒地区用K65弯管焊缝性能的各项要求。

Description

一种K65耐低温热煨弯管母管生产的焊接工艺

技术领域

本发明涉及一种埋弧焊热煨弯管母管的焊接方法，属于大口径钢管焊接技术领域，尤其是一种K65耐低温直缝埋弧焊热煨弯管母管的焊接工艺。

背景技术

随着油气资源勘探开发向边远地区发展，高寒地区输送管线的建设成为热点。过去，高寒地区的油气管道一直采取大口径、低压力的技术路线，最高输送压力低于9.8MPa，主要采用K60级钢管。近年来，由于国际油气管道技术发展取得的重大进展，这类地区油气管道建设也在向更高压力、更大输送量发展，单管输气量将达到450-500亿m³/a的水平，代表了高寒地区油气输送管道发展的方向。由于这些管道均为大输量长输管道，同时具有钢管强度高、壁厚大、低温韧性要求高的特点，对钢管焊缝的力学性能提出了很高的要求，这给热煨弯管的加工带来了挑战，要求焊缝在热处理后，强度不发生明显的降低，有足够的低温冲击韧性。

具体表现在：

为了确保弯管在极地或高寒地区的安全使用，要求其CVN试验温度为-40℃，焊缝的吸收能量平均值最低要求为60J，单个最小值要求为50J。

以钢级K65为代表的大口径、大壁厚、高钢级、抗低温弯管，代表着俄罗斯乃至世界油气输送管道用弯管的先进水平，其焊缝优越低温韧性性能的获得，将缩小与德国等先进管道国家的差距，提高我国参与国际管道弯管产品供应的竞争力。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种K65耐低温热煨弯管母管生产的焊接工艺，按照强度过匹配原则，通过优选焊接材料，确保焊缝具有稍高于母材的强度及良好的韧性，从而使制成弯管后焊接接头的低温冲击韧性保持在较高的水平。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种K65耐低温热煨弯管母管生产的焊接工艺，其特征在于所述的焊接工艺过程为：

1)预焊：JCO成型后，通过调整合缝预焊机压辊的位置，保证错边、缝隙尺寸符合要求，同时采用气体保护焊接方式进行焊接；

2)内焊：采用混合四丝埋弧自动焊在钢管内侧焊接坡口进行焊接，第一、三丝为H08Mn系列焊丝，第二、四丝为SANi3焊丝，第一丝采用直流反接，第二至四丝为交流；钢管焊接工艺参数为：第一丝电流I=900～1000A，电压U=32～36V；第二丝电流I=750～850A，电压U=36～40V；第三丝电流I=650～750A，电压U=38～42V；第四丝电流I=550～650A，电压U=40～44V；焊丝间距d=30～35mm，焊接速度V=110～150cm/min；

3)外焊：采用混合四丝埋弧自动焊在钢管外侧焊接坡口进行焊接，第一、三丝为H08Mn系列焊丝，第二、四丝为SANi3焊丝，第一丝采用直流反接，第二至四丝为交流；钢管焊接工艺参数为：第一丝采用直流反接，第二至四丝为交流；钢管焊接工艺参数为：第一丝电流I=1050～1150A，电压U=32～36V；第二丝电流I=850～950A，电压U=36～40V；第三丝电流I=650～750A，电压U=38～42V；第四丝电流I=550～650A，电压U=40～44V；焊丝间距d=30～35mm，焊接速度V=130～160cm/min。

所述上述焊接工艺中焊缝化学成分的质量百分比为C 0.04～0.05%、Mn 1.60～1.8%、S 0.003～0.004%、P 0.008～0.01%、Nb 0.04～0.08%、V 0.002～0.004%、Ti0.007～0.02%、Ni0.2～0.7%、Cr 0.1～0.25%、Mo 0.007～0.15%、Cu 0.1～0.15%、Al 0.02～0.04%、N 0.005～0.015%、B 0.0001～0.0004%、Ceq 0.38～0.45、Pcm 0.16-0.17，所述焊缝的显微组织为针状铁素体为主的组织。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：

（1）按照强度过匹配原则，通过优选焊接材料，确保焊缝具有稍高于母材的强度及良好的韧性；

（2）采用混合焊丝，第一、三丝为H08Mn系列焊丝，第二、四丝为SANi3焊丝，利用HO8MnMoTiB焊丝中的Ti、B元素充分细化晶粒，提高焊缝冲击韧性；利用SANi3焊丝中的Ni提高低温韧性及弯管回火过程中的组织稳定性，从而使制成弯管后焊接接头的低温冲击韧性保持在较高的水平；

（3）确定焊接参数时，充分考虑四丝焊中各丝的作用，合理设定各丝电流、电压、角度、焊丝间距及焊接速度，使焊缝获得合适熔透深度和良好的形貌。焊缝最终获得以针状铁素体为主的、具有良好强韧性的组织，解决了钢管焊缝在焊接及弯管回火过程中韧性严重降低的问题；

（4）通过严格的技术控制，使最终钢管焊缝的各项性能完全符合高寒地区用K65弯管焊缝性能的各项要求。

具体实施方式

本发明采用K65控轧钢板进行直缝埋弧焊热煨弯管母管的制造，母管的制造工艺过程包括铣边、预弯边、JCO成型、预焊、内焊、外焊、第一次超声波检查、第一次X射线检查、机械扩径、水压试验、倒棱、坡口加工、第二次超声波检查、第二次X射线检查、管端磁粉检查和外观质量检查。

其中：内焊采用四丝埋弧自动焊在钢管内侧焊接坡口进行焊接，第一、三丝为H08Mn系列焊丝，第二、四丝为SANi3焊丝，第一丝采用直流反接，第二至四丝为交流。

外焊采用混合四丝埋弧自动焊在钢管外侧焊接坡口进行焊接，第一、三丝为H08Mn系列焊丝，第二、四丝为SANi3焊丝，第一丝采用直流反接，第二至四丝为交流。

本发明通过优选焊接材料，确保焊缝具有稍高于母材的强度及良好的韧性，使钢管焊缝的各项性能完全符合高寒地区用K65弯管焊缝性能的各项要求。

实施例1：

采用宽度为4355mm、厚度为25.7mm的K65控轧钢板进行直径为φ1422直缝埋弧焊弯管母管的制造，焊接工艺过程如下：

预焊：钢板经JCO成型后，将钢管通过轨道送入合缝预焊机，通过调整合缝预焊机压辊的位置，使成型后的钢管的焊接坡口良好的匹配在一起，采用气体保护焊接方式进行焊接。

内焊：采用混合四丝埋弧自动焊在钢管内侧焊接坡口进行焊接，第一、三丝为H08Mn系列焊丝，第二、四丝为SANi3焊丝，第一丝采用直流反接，第二至四丝为交流。焊接工艺参数为：第一丝电流1150A、电压34V，第二丝电流950A、电压38V，第三丝电流800A、电压40V，第四丝电流700A、电压42V，焊丝间距为33mm，焊接速度为135mm/min。

外焊：采用混合四丝埋弧自动焊在钢管外侧焊接坡口进行焊接，第一丝采用直流反接，第二至四丝为交流。焊接工艺参数为：第一丝电流950A、电压32V，第二丝电流800A、电压38V，第三丝电流700A、电压40V，第四丝电流600A、电压42V，焊丝间距为33mm，焊接速度为150mm/min。

上述焊接工艺中焊缝化学成分的平均质量百分比为C 0.04%、Mn 1.60%、Si 0.28%、S 0.004%、P 0.011%、Ni 0.65%、Mo 0.067%、V 0.003%、Ti 0.013%、Al 0.018%、Nb 0.048%、N 0.008%、Cu 0.115%、Cr 0.168%、B 0.0005%、Ceq 0.41、Pcm 0.16，焊缝的显微组织为针状铁素体为主的组织。

利用本发明的技术制造的K65直缝埋弧焊弯管母管，经弯制成型之后，进行淬火+回火热处理，主要工艺参数为：淬火加热温度1070℃～1080℃，冷却水压0.20Mpa，推进速度32.5mm/min，回火温度500℃～600℃，回火时间为管壁厚的毫米数×（2～4）分钟/毫米，保温时间50～90分钟。表1给出的是本实施例的弯管实物焊缝的理化性能检测结果，由表可见，加工成弯管后，焊缝达到了技术要求。

表1 弯管焊缝夏比冲击试验结果（-40℃）

实施例2：

采用宽度为3740mm、厚度为22mm的K65控轧钢板进行直径为φ1219直缝埋弧焊弯管母管的制造，焊接工艺过程如下：

内焊：采用混合四丝埋弧自动焊在钢管内侧焊接坡口进行焊接，第一、三丝为H08Mn系列焊丝，第二、四丝为SANi3焊丝，第一丝采用直流反接，第二至四丝为交流。焊接工艺参数为：第一丝电流1050A、电压34V，第二丝电流900A、电压38V，第三丝电流700A、电压40V，第四丝电流600A、电压42V，焊丝间距为30mm，焊接速度为165mm/min。

外焊：采用混合四丝埋弧自动焊在钢管外侧焊接坡口进行焊接，第一丝采用直流反接，第二至四丝为交流。焊接工艺参数为：第一丝电流1150A、电压34V，第二丝电流900A、电压38V，第三丝电流700A、电压40V，第四丝电流600A、电压42V，焊丝间距为30mm，焊接速度为165mm/min。

上述焊接工艺中焊缝化学成分的平均质量百分比为C 0.06%、Mn 1.77%、Si 0.3%、S 0.004%、P 0.012%、Ni 0.022%、Mo 0.129%、V 0.004%、Ti 0.021%、Al 0.017%、Nb 0.041%、N 0.008%、Cu 0.031%、Cr 0.157%、B 0.0006%、Ceq 0.42、Pcm 0.17，焊缝的显微组织为针状铁素体为主的组织。

利用本发明的技术制造的K65直缝埋弧焊弯管母管，经弯制成型之后，进行淬火+回火热处理，主要工艺参数为：淬火加热温度1050℃～1100℃，冷却水压0.20Mpa，推进速度40.0mm/min，回火温度520℃～570℃，回火时间为管壁厚的毫米数×（2～4）分钟/毫米，保温时间50～90分钟。表2给出的是本实施例的弯管实物焊缝的理化性能检测结果，由表可见，加工成弯管后，焊缝达到了技术要求。

表2 弯管焊缝夏比冲击试验结果（-40℃）

实施例3：

采用宽度为2271mm、厚度为31.8mm的K65控轧钢板进行直径为φ762直缝埋弧焊弯管母管的制造，焊接工艺过程如下：

内焊：采用混合四丝埋弧自动焊在钢管内侧焊接坡口进行焊接，第一、三丝为H08Mn系列焊丝，第二、四丝为SANi3焊丝，第一丝采用直流反接，第二至四丝为交流。焊接工艺参数为：第一丝电流1150A、电压34V，第二丝电流950A、电压38V，第三丝电流800A、电压40V，第四丝电流700A、电压42V，焊丝间距为33mm，焊接速度为125mm/min。

外焊：采用混合四丝埋弧自动焊在钢管外侧焊接坡口进行焊接，第一丝采用直流反接，第二至四丝为交流。焊接工艺参数为：第一丝电流1200A、电压34V，第二丝电流950A、电压38V，第三丝电流800A、电压40V，第四丝电流700A、电压42V，焊丝间距为33mm，焊接速度为135mm/min。

上述焊接工艺中焊缝化学成分的平均质量百分比为C 0.063%、Mn 1.82%、Si 0.295%、S 0.004%、P 0.012%、Ni 0.085%、Mo 0.193%、V 0.003%、Ti 0.022%、Al 0.016%、Nb 0.026%、N 0.009%、Cu 0.02%、Cr 0.022%、B 0.0007%、Ceq 0.41、Pcm 0.17，焊缝的显微组织为针状铁素体为主的组织。

利用本发明的技术制造的K65直缝埋弧焊弯管母管，经弯制成型之后，进行淬火+回火热处理，主要工艺参数为：淬火加热温度1140℃～1180℃，冷却水压0.22Mpa，推进速度30.0mm/min，回火温度580℃～620℃，回火时间为管壁厚的毫米数×（2～4）分钟/毫米，保温时间60～100分钟。表2给出的是本实施例的弯管实物焊缝的理化性能检测结果，由表可见，加工成弯管后，焊缝达到了技术要求。

表3 弯管焊缝夏比冲击试验结果（-40℃）

Claims

1.一种K65耐低温热煨弯管母管生产的焊接工艺，其特征在于所述的焊接工艺中焊缝化学成分的质量百分比为C 0.04～0.05%、Mn 1.60～1.8%、S 0.003～0.004%、P 0.008～0.01%、Nb 0.04～0.08%、V 0.002～0.004%、Ti0.007～0.02%、Ni0.2～0.7%、Cr 0.1～0.25%、Mo 0.007～0.15%、Cu 0.1～0.15%、Al 0.02～0.04%、N 0.005～0.015%、B 0.0001～0.0004%、Ceq 0.38～0.45、Pcm 0.16-0.17，所述焊缝的显微组织为针状铁素体为主的组织；

所述的焊接工艺过程为：