CN106540986A - 一种x90级管线钢大口径螺旋埋弧焊管制造方法 - Google Patents

一种x90级管线钢大口径螺旋埋弧焊管制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种X90级管线钢大口径螺旋埋弧焊管制造方法，该制造方法包括的工序有：开卷、矫平、铣边、成型、焊接、管端扩径、X射线连续检测、静水压试验、焊缝及母材超声波探伤、管端倒棱、管端拍片和成品检查；本发明的焊接工序包括内外预焊、精焊内焊和精焊外焊，通过合理的选择焊接工艺参数，焊缝与母材能够平滑的过渡，减少或消除咬边，焊缝具有良好力学性能，保证焊管焊接接头强韧性匹配；在进行管端扩径工序的同时，采用螺旋埋弧焊管周长自动测量装置对周长进行实时测量，实现了对成型过程中焊管周长的实时测量和监视，确保焊管几何尺寸的精确。

Description

一种X90级管线钢大口径螺旋埋弧焊管制造方法
技术领域：
本发明涉及了一种焊管制造方法，具体涉及了一种X90级管线钢大口径螺旋埋弧焊管制造方法。
背景技术：
X90管线钢是一种多元合金钢，强度高，随着强度的增加，成型过程中易出现噘嘴、错边、微裂纹等缺陷，同时，由于卷板自身存在的月牙弯问题，影响了螺旋焊管成型的稳定性，对后期工序中焊管几何尺寸的控制构成了不利影响，并给螺旋焊管现场对接施工带来难度。除此之外，随着钢级强度的增加，如何保证焊接接头的强韧性也是一个需要解决的关键问题。因此，开发出一种低应力成型、焊缝性能良好并且具有优异环焊缝性能的焊管制造方法是X90级螺旋焊管开发时努力的方向。
2010年7月5日申请的授权公告号为CN 101886222 B的中国发明专利，名称为“一种高强度X90钢级螺旋缝埋弧焊管制造方法”，该制造方法包括开卷、矫平、铣边、预弯、成型、焊接、管端扩径、焊缝及母材超声波探伤、水压试验、管端倒棱、成品检查；该方法通过铣边、预弯和管端扩径的工序，解决了X90钢级螺旋缝埋弧焊管制造过程中稳定性差的技术问题；该方法中焊接为内焊和外焊两道工序，本发明的焊接方法与该方法不同。
本发明提供一种低应力、环焊缝性能优异的X90级大口径螺旋埋弧焊管的制造方法，不仅解决了高钢级、大口径螺旋焊管焊接接头强韧性匹配的技术问题，而且解决了由于成型的不稳定，导致焊管残余应力较高及管体几何尺寸变化较大的技术问题。
发明内容：
本发明的目的是提供一种X90级管线钢大口径螺旋埋弧焊管制造方法，采用此方法制造的X90级管线钢大口径螺旋埋弧焊管不仅实现了螺旋焊管的低应力成型，保证了焊接接头的强韧性匹配，而且焊管的几何尺寸精确度高。
为解决上述问题，本发明所采取的技术方案是：一种X90级管线钢大口径螺旋埋弧焊管制造方法，该螺旋埋弧焊管的主要化学成分重量百分比为：C 0.06～0.08％、Si 0.20～0.30％、Mn 1.9～2.1％、S≤0.004％、P≤0.01％、Ni 0.2～0.3％、Cr≤0.3％、Cu≤0.3％、Nb≤0.1％、V≤0.04％、Ti≤0.02％、Mo≤0.25％、Al≤0.06％、N≤0.005％、B≤0.0005％，余量为Fe，其中CE(Pcm)≤0.20，CE(ΠW)≤0.49，该制造方法包括的工序有：开卷、矫平、铣边、成型、焊接、管端扩径、X射线连续检测、静水压试验、焊缝及母材超声波探伤、管端倒棱、管端拍片和成品检查，其特征在于：所述焊接工序包括内外预焊、精焊内焊和精焊外焊；在进行所述管端扩径工序的同时，采用螺旋埋弧焊管周长自动测量装置对周长进行实时测量。
上述成型工序的工艺为：采用仿真模拟技术对成型角和压下量进行了优化，成型角为65°55′～66°20′，压下量为7.5mm，在成型过程中2#辊压下采用直线导轨控制方式，并对1#、2#、3#辊进行重新的校准定位，使焊管塑性变形充分，同时使焊管的残余应力水平控制在一个合理的范围。
上述内外预焊工序的工艺为：采用混合气体保护焊，气体类别为CO2(55％～65％)+Ar(35％～45％)，气体流量为100～120L/min，焊接电流I＝540～660A，焊接电压U＝20.5～23.5V，焊接速度V＝2.5～3.0m/min。
上述精焊内焊工序的工艺为：采用双丝埋弧自动焊进行焊接，第一丝采用直流反接，焊接工艺参数为：电流I＝790～1000A，电压U＝32～36V；第二丝为交流，焊接工艺参数为：电流I＝585～715A，电压U＝34～38V；丝间距为10～16mm，干伸长26～32mm，焊接速度V＝1.2～1.4m/min。
上述精焊外焊工序的工艺为：采用双丝埋弧自动焊进行焊接：第一丝采用直流反接，焊接工艺参数为：电流I＝990～1200A，电压U＝32～36V；第二丝为交流，焊接工艺参数为：电流I＝540～660A，电压U＝33～37V；丝间距为10～16mm，干伸长26～31mm，焊接速度V＝1.2～1.4m/min。
上述管端扩径工序的工艺为：在管端150mm范围内进行冷扩径，扩径量范围：0.3～0.6％，管端周长偏差±1.0mm，椭圆度偏差≤2.0mm。
本发明的有益效果：
1.本发明采用的仿真模拟技术根据卷板的宽度、厚度及成型辊的位置进行仿真模拟，对成型角和压下量进行了优化，成型角控制在65°55′～66°20′，压下量控制在7.5mm，在成型过程中2#辊压下采用直线导轨控制方式，并对1#、2#、3#辊进行重新的校准定位，使焊管塑性变形充分，通过一系列措施的实施，使钢管成型精度及稳定性得到大幅提升，有效减少了错边、噘嘴等成型工艺缺陷的出现几率，同时使焊管的残余应力水平控制在一个合理的范围。
2.采用混合气体保护焊的预焊工艺可对焊管全长进行连续预焊，保证焊管成型后的形貌保持，确保焊缝的质量和可靠性。
3.采用内外焊双丝串列埋弧自动焊工艺，可减少单位长度的热输入量，减小热影响区。通过合理设定各丝的电流、电压、干伸长、焊丝间距及角度，以获得优良的焊缝形貌，焊缝与母材能够平滑的过渡，减少或消除咬边，且焊缝具有良好的力学性能，保证了焊管焊接接头强韧性匹配。
4.在所述的管端扩径工序中，增加了螺旋焊管周长自动测量设备，实现了对成型过程中焊管周长的实时测量和监视，确保焊管几何尺寸的精确，使螺旋焊管达到了管端周长偏差±1.0mm，椭圆度偏差≤2.0mm的水平，为后续的现场施工焊接提供了有利条件。
5.采用此方法制造的X90级大口径螺旋焊管环焊缝性能优异，环焊缝横向矩形拉伸试样断口位于母材，抗拉强度大于720MPa；环焊缝焊接接头在-10℃时焊缝中心夏比冲击冲击功平均值在110J以上，焊缝热影响区的夏比冲击功平均值在220J以上。
附图说明：
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。
图1为X90Ф1219×16.3mm螺旋焊管残余应力测量结果。
图2为X90Ф1219×15.3mm螺旋焊管残余应力测量结果。
具体实施方式：
实施例1：X90级Φ1219×16.3mm螺旋埋弧焊管的制造。
1.采用壁厚为16.3mm的X90卷板，其主要合金元素含量：C 0.06％、Si 0.28％、Mn1.92％、S 0.001％、P 0.006％、Ni 0.2％、Cr 0.26％、Cu 0.16％、Nb 0.07％、V 0.02％、Ti0.016％、Mo 0.24％、Al 0.02％、N 0.005％、B 0.0003％，余量为Fe，其中CE(Pcm)为0.20。
2.卷板开卷、矫平。
3.铣边，先粗铣，将板边宽度铣削10～20mm，以保证去除卷板因轧制过程中存在的缺陷，然后进行精铣X型坡口，将卷板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，卷板两边对接后形成70°的X形坡口。
4.成型，将卷板在三辊成型器上制成Ф1219mm规格的螺旋状圆筒。
5.预焊，将上述圆筒切割到合适长度送入预焊机，采用混合气体保护焊接方式进行焊接，形成连续、质量可靠的预焊焊缝。
6.内焊，采用双丝埋弧自动焊在钢管内侧坡口进行焊接，第一丝采用直流反接，第二丝为交流。焊接工艺参数为：第一丝电流I＝950A，电压U＝33V；第二丝电流I＝700A，电压U＝35V，焊丝间距为15mm，干伸长26、26mm，焊接速度V＝1.3m/min。
7.外焊，采用双丝埋弧自动焊在钢管外侧坡口进行焊接，第一丝采用直流反接，第二丝为交流。焊接工艺参数为：第一丝电流I＝1150A，电压U＝34V；第二丝电流I＝650A，电压U＝36V，焊丝间距为16mm，干伸长30、30mm，焊接速度V＝1.3m/min。
8.管端扩径，在管端150mm范围内进行冷扩径，扩径量范围：0.3～0.6％，管端周长偏差±1.0mm，椭圆度偏差≤2.0mm。
9.焊缝X射线检测，对焊接后的焊管内外焊缝进行100％X射线检测。
10.静水压试验，对焊管进行95％的静水压试验，试验压力15.5MPa，压力波动范围0～0.5MPa，稳压时间20S。
11.焊缝及母材超声波探伤，对焊接后的焊管焊缝及两侧母材进行100％检查。
12.管端倒棱，进行管端坡口加工，坡口角度22°～25°，钝边0.8～2.4mm，内锥角≤7°。
13.管端拍片，对经扩径、水压之后的焊管管端拍片检查，防止扩径、水压可能产生的缺陷。
14.成品检查，焊管性能检测结果如下：表1所示为焊管拉伸及弯曲试验结果，表2所示为管体冲击韧性试验结果，表3所示为采用盲孔法对X90Ф1219×16.3mm螺旋焊管残余应力进行了测量的结果，表4所示为环焊焊接接头拉伸及弯曲试验结果，表5所示为环焊焊接接头夏比冲击韧性试验结果。图1为X90Ф1219×16.3mm螺旋焊管残余应力测量结果。
环焊缝性能为：(1)环焊缝横向矩形拉伸试样断口位于母材，抗拉强度大于720MPa；(2)环焊缝焊接接头在-10℃时焊缝中心夏比冲击冲击功平均值在110J以上，焊缝热影响区的夏比冲击功平均值在220J以上。
表1 X90Ф1219×16.3mm螺旋焊管拉伸性能试验结果
表2 X90Ф1219×16.3mm螺旋焊管夏比冲击试验结果
表3 X90Ф1219×16.3mm螺旋焊管残余应力测量结果
表4 X90Ф1219×16.3mm螺旋焊管环焊焊接接头拉伸性能试验结果
表5 X90Ф1219×16.3mm螺旋焊管环焊焊接接头夏比冲击试验结果
实施例2：X90级Φ1219×15.3mm螺旋埋弧焊管的制造。
1.采用壁厚为15.3mm的X90卷板，其主要合金元素含量：C 0.06％、Si 0.22％、Mn2.0％、S 0.002％、P 0.005％、Ni 0.22％、Cr 0.24％、Cu 0.23％、Nb 0.08％、V 0.02％、Ti0.018％、Mo 0.21％、Al 0.03％、N 0.005％、B 0.0003％，余量为Fe，其中CE(Pcm)为0.19。
2.卷板开卷、矫平。
3.铣边，先粗铣，将板边宽度铣削10～20mm，以保证去除卷板因轧制过程中存在的缺陷，然后进行精铣X型坡口，将卷板两个对接的板边分别开出钝边尺寸为7mm、坡口角度为35°的坡口，卷板两边对接后形成70°的X形坡口。
4.成型，将卷板在三辊成型器上制成Ф1219mm规格的螺旋状圆筒。
5.预焊，将上述圆筒切割到合适长度送入预焊机，采用混合气体保护焊接方式进行焊接，形成连续、质量可靠的预焊焊缝。
6.内焊，采用双丝埋弧自动焊在钢管内侧坡口进行焊接，第一丝采用直流反接，第二丝为交流。焊接工艺参数为：第一丝电流I＝900A，电压U＝33V；第二丝电流I＝700A，电压U＝34V，焊丝间距为15mm，干伸长26、26mm，焊接速度V＝1.3m/min。
7.外焊，采用双丝埋弧自动焊在钢管外侧坡口进行焊接，第一丝采用直流反接，第二丝为交流。焊接工艺参数为：第一丝电流I＝1100A，电压U＝34V；第二丝电流I＝650A，电压U＝35V，焊丝间距为16mm，干伸长30、30mm，焊接速度V＝1.3m/min。
8.管端扩径，在管端150mm范围内进行冷扩径，扩径量范围：0.3～0.6％，管端周长偏差±1.0mm，椭圆度偏差≤2.0mm。
9.焊缝X射线检测，对焊接后的焊管内外焊缝进行100％X射线检测。
10.静水压试验，对焊管进行95％的静水压试验，试验压力15.5MPa，压力波动范围0～0.5MPa，稳压时间20S。
11.焊缝及母材超声波探伤，对焊接后的焊管焊缝及两侧母材进行100％检查。
12.管端倒棱，进行管端坡口加工，坡口角度22°～25°，钝边0.8～2.4mm，内锥角≤7°。
13.管端拍片，对经扩径、水压之后的焊管管端拍片检查，防止扩径、水压可能产生的缺陷。
14.成品检查，焊管性能检测结果如下：表6所示为焊管拉伸及弯曲试验结果，表7所示为管体冲击韧性试验结果，表8所示为采用盲孔法对X90Ф1219×15.3mm螺旋焊管残余应力进行了测量的结果，表9所示为环焊焊接接头拉伸及弯曲试验结果，表10所示为环焊焊接接头夏比冲击韧性试验结果。图2为X90Ф1219×15.3mm螺旋焊管残余应力测量结果。
环焊缝性能为：(1)环焊缝横向矩形拉伸试样断口位于母材，抗拉强度大于720MPa；(2)环焊缝焊接接头在-10℃时焊缝中心夏比冲击冲击功平均值在110J以上，焊缝热影响区的夏比冲击功平均值在220J以上。
表6 X90Ф1219×15.3mm螺旋焊管拉伸性能试验结果
表7 X90Ф1219×15.3mm螺旋焊管夏比冲击试验结果
表8 X90Ф1219×15.3mm螺旋焊管残余应力测量结果
编号 距焊缝中心(mm) 内表面环向应/MPa 外表面环向应/MPa
1 -11 87 -57
2 0 80 -43
3 11 53 -66
4 190 -16 -78
5 380 -46 99
6 570 -38 87
7 760 10 75
8 950 26 78
9 1140 35 39
10 1330 40 32
表9 X90Ф1219×15.3mm螺旋焊管环焊焊接接头拉伸性能试验结果
表10 X90Ф1219×15.3mm螺旋焊管环焊焊接接头夏比冲击试验结果
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，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明,任何熟悉本专业的技术人员,在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的方法及技术内容作出些许的更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，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，仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (7)

1.一种X90级管线钢大口径螺旋埋弧焊管制造方法，该螺旋埋弧焊管的主要化学成分重量百分比为：C 0.06～0.08％、Si 0.20～0.30％、Mn 1.9～2.1％、S≤0.004％、P≤0.01％、Ni 0.2～0.3％、Cr≤0.3％、Cu≤0.3％、Nb≤0.1％、V≤0.04％、Ti≤0.02％、Mo≤0.25％、Al≤0.06％、N≤0.005％、B≤0.0005％，余量为Fe，其中CE(Pcm)≤0.20，CE(ΠW)≤0.49，该制造方法包括的工序有：开卷、矫平、铣边、成型、焊接、管端扩径、X射线连续检测、静水压试验、焊缝及母材超声波探伤、管端倒棱、管端拍片和成品检查，其特征在于：所述焊接工序包括内外预焊、精焊内焊和精焊外焊；在进行所述管端扩径工序的同时，采用螺旋埋弧焊管周长自动测量装置对周长进行实时测量。
2.根据权利要求1所述的一种X90级管线钢大口径螺旋埋弧焊管制造方法，其特征在于：所述成型工序的工艺为：成型角为65°55′～66°20′，压下量为7.5mm。
3.根据权利要求1所述的一种X90级管线钢大口径螺旋埋弧焊管制造方法，其特征在于：所述内外预焊工序的工艺为：采用混合气体保护焊，气体类别为CO2和Ar，其中CO2的质量百分比为55％～65％，Ar的质量百分比为35％～45％；气体流量为100～120L/min，焊接电流I＝540～660A，焊接电压U＝20.5～23.5V，焊接速度V＝2.5～3.0m/min。
4.根据权利要求1所述的一种X90级管线钢大口径螺旋埋弧焊管制造方法，其特征在于：所述精焊内焊工序的工艺为：采用双丝埋弧自动焊进行焊接，第一丝采用直流反接，焊接工艺参数为：电流I＝790～1000A，电压U＝32～36V；第二丝为交流，焊接工艺参数为：电流I＝585～715A，电压U＝34～38V；丝间距为10～16mm，干伸长26～32mm，焊接速度V＝1.2～1.4m/min。
5.根据权利要求1所述的一种X90级管线钢大口径螺旋埋弧焊管制造方法，其特征在于：所述精焊外焊工序的工艺为：采用双丝埋弧自动焊进行焊接，第一丝采用直流反接，焊接工艺参数为：电流I＝990～1200A，电压U＝32～36V；第二丝为交流，焊接工艺参数为：电流I＝540～660A，电压U＝33～37V；丝间距为10～16mm，干伸长26～31mm，焊接速度V＝1.2～1.4m/min。
6.根据权利要求1所述的一种X90级管线钢大口径螺旋埋弧焊管制造方法，其特征在于：所述管端扩径工序的工艺为：在管端150mm范围内进行冷扩径，扩径量范围：0.3～0.6％，管端周长偏差±1.0mm，椭圆度偏差≤2.0mm。
7.根据权利要求1所述的一种X90级管线钢大口径螺旋埋弧焊管制造方法，其特征在于：所述螺旋埋弧焊管的直径为1219mm，壁厚为15.3～16.3mm。
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