CN104959712A - X80管线钢环焊缝自保护药芯焊丝半自动焊焊接工艺 - Google Patents

X80管线钢环焊缝自保护药芯焊丝半自动焊焊接工艺 Download PDF

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Abstract

一种X80管线钢环焊缝自保护药芯焊丝半自动焊焊接工艺，属于管线钢焊接技术领域。接头坡口角度在焊接工艺允许的范围内尽可能的小；焊前对坡口附近150mm范围内母材进行预热，采用熔化极气体保护焊进行根焊打底；采用自保护药芯焊丝半自动焊进行热焊：采用自保护药芯焊丝半自动焊完成其余焊道的填充和盖面，焊接处坡口开口宽度超过12mm时，采用2道焊，超过20mm，采用3道焊。优点在于，其解决了经济型X80管线钢在管道施工过程中环焊缝接头冲击功离散度大不能满足工程技术要求的问题。且经济、简便、易行，有利于推广。

Description

X80管线钢环焊缝自保护药芯焊丝半自动焊焊接工艺
技术领域
本发明属于管线钢焊接技术领域，特别是涉及一种X80管线钢环焊缝自保护药芯焊丝半自动焊焊接工艺，适用于经济型X80管线钢的焊接，。
背景技术
我国油气管线的建设进入了高速发展时期，管道建设规模和速度位于世界前列。油气输送管道(特别是天然气管道)的发展趋势是高压、大口径、高钢级，提高钢管的强度水平，可最大限度降低管道建设成本和输送成本。X80管线钢由于合金含量低，综合力学能和焊接性好，经济效益明显，已逐渐成为目前高压输送天然气管线的首选钢级。我国西气东输二线和西气东输三线主干线主要采用Φ1219×18.4mm的X80管线钢，累计使用X80管线钢401.76万吨，是目前使用X80管线钢最多的国家。随着管线钢市场竞争加剧，经济型X80管线钢成为市场的主打产品，经济型X80管线钢实现的途径主要是提碳，降低Ni、Mo等贵重合金元素，增加Cr、Mn等低成本合金元素，合金成分的变化，将引起接头性能的变化，通过焊接工艺的优化和焊材合理匹配来保障经济型X80管线钢接头冲击韧性稳定是目前急需解决的问题。
油气管道工程是一项大规模的现场焊接安装工程。为适应不同的焊接环境，管道施工的焊接工艺选择是多种多样的。世界发达国家管道环焊缝主要采用熔化极气保护自动焊，我国自动焊程度低，管道环焊缝主要采用自保护药芯焊丝半自动焊。自保护药芯焊丝半自动焊由于设备一次性投资小，操作灵活，对环境和工况适应性强，在我国得到了快速发展和推广应用，目前在我国管道铺设中占居了主导位置。但其对焊接工艺很敏感，焊接工艺窗口窄，对焊工操作技能要求较高，焊缝金属综合性能随着钢管强度等级的提高有所下降，在高钢级管道中应用的局限性越来越大。
与西气东输二线X80管线钢相比，西气东输三线X80管线钢普遍上调了C和Cr含量，Si、Mn含量略有增加，Ni、Cu、Mo下降明显，NB+V+Ti增加，实现了低成本经济性，导致钢管接头和环焊缝焊接接头冲击韧性离散度增大，甚至出现了不合格的现象。钢管厂通过调整焊丝和焊剂的匹配以及多丝埋弧焊制管焊接工艺，可确保钢管焊接接头的性能满足使用要求。管道铺设过程中环焊缝所采用的自保护药芯焊丝半自动焊工艺受人为因素影响较大，焊接工艺窗口窄，环焊缝焊接接头冲击韧性能难以满足工程技术要求。由于各钢厂生产的X80管线钢化学成分略有差异，增加了自保护药芯焊丝调整的难度，因此经济型X80管线钢环焊缝冲击韧性能稳定性是目前困扰管道焊接工者的一个难题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种X80管线钢环焊缝自保护药芯焊丝半自动焊焊接工艺，解决了经济型X80管线钢在管道施工过程中环焊缝接头冲击功离散度大不能满足工程技术要求的问题。输气管道涉及到安全运行，对钢管接头各项机械性能的要求更为严格，要求钢管接头的抗拉强度≥625MPa，焊接接头各位置-10℃冲击吸收功均值≥80J，单值≥60J。本发明要解决的问题是通过现有焊丝的合理匹配和焊接工艺参数的优化提出了一种满足经济型X80管线钢环焊缝焊接接头综合性能的自保护药芯焊丝半自动焊焊接工艺。
为了减少填充量，接头坡口角度在焊接工艺允许的范围内尽可能的小，坡口角度选用24±1°，留1.0±0.5mm钝边。焊前对坡口附近150mm范围内母材进行预热，预热温度不低于100℃。采用熔化极气体保护焊进行根焊打底，焊丝选用ER70S-G实心焊丝或E80C-Ni1-H8金属粉芯焊丝，焊丝直径为1.2mm；采用自保护药芯焊丝半自动焊进行热焊：焊丝选用E71T8─Ni1自保护药芯焊丝，焊丝直径为2.0mm；根焊结束和热焊开始时间间隔不大于10min；采用自保护药芯焊丝半自动焊完成其余焊道的填充和盖面，焊丝选用E71T8─Ni1、E81T8-Ni2自保护药芯焊丝，焊丝直径为2.0mm。焊接工艺参数为，焊接电流：240±10A，焊接电压：20±1.5V，焊接速度20±5cm/min；热焊后第一层焊道的填充选用E81T8-Ni2自保护药芯焊丝，热焊后第二层焊道的填充选用E71T8─Ni1自保护药芯焊丝；依此类推，采用上述焊丝交替完成后续层焊道的施焊；层间温度控制在80-150℃；焊接处坡口开口宽度超过12mm时，采用2道焊，超过20mm，采用3道焊。本发明通过现有焊丝的合理匹配和焊接工艺参数的优化提出了一种满足经济型X80管线钢环焊缝焊接接头综合性能的自保护药芯焊丝半自动焊焊接工艺，而且经济、简便、易行，有利于推广。
本发明的工艺步骤及在工艺中控制的技术参数如下：
(1)接头处开单面V型坡口，坡口角度24±1°，留1.0±0.5mm钝边；
(2)焊前对坡口附近150mm范围内母材进行预热，预热温度不低于100℃-150℃；
(3)施焊前采用机械处理方法将坡口表面清理干净，去除油污和铁锈；
(4)采用熔化极气体保护焊进行根焊打底；焊丝选用ER70S-G实心焊丝或E80C-Ni1-H8金属粉芯焊丝，焊丝直径为1.2mm；
(5)采用自保护药芯焊丝半自动焊进行热焊：焊丝选用E71T8─Ni1自保护药芯焊丝，焊丝直径为2.0mm；根焊结束和热焊开始时间间隔不大于10min；
(6)采用自保护药芯焊丝半自动焊完成其余焊道的填充和盖面：焊丝选用E71T8─Ni1、E81T8-Ni2自保护药芯焊丝，焊丝直径为2.0mm；施焊焊接工艺参数为，焊接电流为：240±10A，焊接电压为：20±1.5V，焊接速度20±5cm/min；热焊后第一层焊道的填充选用E81T8-Ni2自保护药芯焊丝，热焊后第二层焊道的填充选用E71T8─Ni1自保护药芯焊丝；依此类推，采用上述焊丝交替完成后续层焊道的施焊；
(7)层间温度控制在80-150℃；
(8)焊接处坡口开口宽度超过12mm时，采用2道焊，超过20mm，采用3道焊。
采用上述材料和工艺焊接的经济型X80管线钢焊接接头抗拉强度在692MPa以上，断在母材处，接头180°正反弯合格，焊缝中心-10℃冲击功在169J以上，熔合线-10℃冲击功在117J，焊缝金属、熔合线-10℃冲击功均值在80J以上，单值在60J以上。
附图说明
图1为焊道分布图。
图2为焊道分布图。
具体实施方式
实施例1：
(1)采用超快冷工艺生产的屈服强度550～690MPa，抗拉强度625～825MPa，-20℃冲击功单值不低于180J、均值不低于240J的X80热轧板卷，板卷厚度18.4mm，钢管直径Φ1219mm；接头处开单面V型坡口，坡口角度24°，留1.0mm钝边；
(2)焊前对坡口附近150mm范围内母材进行预热至150℃；
(3)施焊前采用机械处理方法将坡口表面清理干净，去除油污和铁锈；
(4)采用1.2mm ER70S-G实心焊丝熔化极气体保护焊根焊；
(5)根焊后8min时采用2.0mm E71T8─Ni1自保护药芯焊丝半自动焊进行热焊，焊接电流为：240A，焊接电压为：20V，焊接速度21cm/min；如下图1所示；
(6)热焊后，焊道冷到120℃时采用2.0mm E81T8-Ni2自保护药芯焊丝半自动焊完成后层2焊道的焊接；焊接电流为：235A，焊接电压为：20V，焊接速度24cm/min，如下图1所示；
(7)焊道冷到120℃时采用2.0mm E71T8─Ni1自保护药芯焊丝半自动焊完成后层2焊道的焊接；焊接电流为：240A，焊接电压为：20V，焊接速度23cm/min，如下图1所示；
(8)焊道冷到120℃时采用2.0mm E81T8-Ni2自保护药芯焊丝半自动焊完成后层2焊道的焊接；焊接电流为：245A，焊接电压为：20V，焊接速度22cm/min，如下图1所示；
(9)焊道冷到120℃时采用2.0mm E81T8-Ni1自保护药芯焊丝半自动焊完成后层3焊道的焊接；焊接电流为：240A，焊接电压为：20V，焊接速度21cm/min，如下图1所示。
经对采用上述焊接工艺焊接经济型X80钢管环焊缝焊接接头进行力学性能检验，其焊接接头的抗拉强度为692MPa，断在母材处，接头180°正反弯合格，焊缝中心-10℃冲击功为169J以上，熔合线-10℃冲击功为138J以上，焊缝金属、熔合线-10℃冲击功均值在145J以上，单值在138J以上。
实施例2：
(1)采用超快冷工艺生产的屈服强度550～690MPa，抗拉强度625～825MPa，-20℃冲击功单值不低于180J、均值不低于240J的X80热轧板卷，板卷厚度18.4mm，钢管直径Φ1219mm；接头处开单面V型坡口，坡口角度24±1°，留1.0±0.5mm钝边；
(2)焊前对坡口附近150mm范围内母材进行预热至150℃；
(3)施焊前采用机械处理方法将坡口表面清理干净，去除油污和铁锈；
(4)采用1.2mm E80C-Ni1-H8金属粉芯焊丝熔化极气体保护焊根焊；
(5)根焊后6min时采用2.0mm E71T8─Ni1自保护药芯焊丝半自动焊进行热焊，焊接电流为：240A，焊接电压为：20V，焊接速度21cm/min；如下图2所示；
(6)热焊后，焊道冷到120℃时采用2.0mm E81T8-Ni2自保护药芯焊丝半自动焊完成后层2焊道的焊接；焊接电流为：235A，焊接电压为：20V，焊接速度24cm/min，如下图2所示；
(7)焊道冷到120℃时采用2.0mm E71T8─Ni1自保护药芯焊丝半自动焊完成后层2焊道的焊接；焊接电流为：240A，焊接电压为：20V，焊接速度23cm/min，如下图2所示；
(8)焊道冷到120℃时采用2.0mm E81T8-Ni2自保护药芯焊丝半自动焊完成后层2焊道的焊接；焊接电流为：245A，焊接电压为：20V，焊接速度22cm/min，如下图2所示；
(9)焊道冷到120℃时采用2.0mm E81T8-Ni1自保护药芯焊丝半自动焊完成后层3焊道的焊接；焊接电流为：240A，焊接电压为：20V，焊接速度21cm/min，如下图2所示；
经对采用上述焊接工艺焊接经济型X80钢管环焊缝焊接接头进行力学性能检验，其焊接接头的抗拉强度为708MPa，断在母材处，接头180°正反弯合格，焊缝中心-10℃冲击功为175J以上，熔合线-10℃冲击功为117J以上，焊缝金属、熔合线-10℃冲击功均值在133J以上，单值在117J以上.。

Claims (2)

1.一种X80管线钢环焊缝自保护药芯焊丝半自动焊工艺，其特征在于，工艺步骤及在工艺中控制的技术参数如下：
(1)接头处开单面V型坡口，坡口角度24±1°，留1.0±0.5mm钝边；
(2)焊前对坡口附近150mm范围内母材进行预热，预热温度不低于100℃-150℃；
(3)施焊前采用机械处理方法将坡口表面清理干净，去除油污和铁锈；
(4)采用熔化极气体保护焊进行根焊打底；焊丝选用ER70S-G实心焊丝或E80C-Ni1-H8金属粉芯焊丝，焊丝直径为1.2mm；
(5)采用自保护药芯焊丝半自动焊进行热焊：焊丝选用E71T8─Ni1自保护药芯焊丝，焊丝直径为2.0mm；根焊结束和热焊开始时间间隔不大于10min；
(6)采用自保护药芯焊丝半自动焊完成其余焊道的填充和盖面：焊丝选用E71T8─Ni1、E81T8-Ni2自保护药芯焊丝，焊丝直径为2.0mm；施焊焊接工艺参数为，焊接电流为：240±10A，焊接电压为：20±1.5V，焊接速度20±5cm/min；热焊后第一层焊道的填充选用E81T8-Ni2自保护药芯焊丝，热焊后第二层焊道的填充选用E71T8─Ni1自保护药芯焊丝；依此类推，采用上述焊丝交替完成后续层焊道的施焊；
(7)层间温度控制在80-150℃；
(8)焊接处坡口开口宽度超过12mm时，采用2道焊，超过20mm，采用3道焊。
2.根据权利要求1所述的半自动焊工艺，其特征在于，焊接的X80管线钢焊接接头抗拉强度在692MPa以上，断在母材处，接头180°正反弯合格，焊缝中心-10℃冲击功在169J以上，熔合线-10℃冲击功在117J，焊缝金属、熔合线-10℃冲击功均值在80J以上，单值在60J以上。
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