CN108500559A - 一种超大管径厚壁x80钢级螺旋埋弧焊管的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超大管径厚壁X80钢级螺旋埋弧焊管的制造方法，属于螺旋埋弧焊管制造领域。所述方法包括：开卷、矫平、铣边、预弯、成型、预焊、精焊、管端整圆、焊缝X射线检测、静水压试验、母材超声波自动检测、焊缝超声波自动检测、超声波手工检测、机械平头、外观检查和防腐涂层；其中，所述铣边工序中坡口设置为双“V”型复合坡口；所述精焊工序包括内焊工序与外焊工序，均采用三丝串列埋弧自动焊工艺。本发明提供的方法能解决超大管径厚壁X80钢级螺旋埋弧焊管焊缝质量难以满足技术要求等技术难题。

Description

一种超大管径厚壁X80钢级螺旋埋弧焊管的制造方法

技术领域

本发明涉及螺旋埋弧焊管制造技术领域，特别涉及一种超大管径厚壁X80 钢级螺旋埋弧焊管的制造方法。

背景技术

随着国民经济发展和能源战略实施，石油天然气需求量不断增加，又由于受土地、环保、建设与运营等因素制约，提高单管输量，发展超大输量管道工程已迫在眉睫。

提高天然气管道输量的途径有两种：一是增大输送压力，二是增大管径。故为了增加管道的输送效率，就要不断增大输送压力和管径，又考虑到管道的稳定和安全性，还需增加管壁厚度和提高管材的强度。因此，高钢级、大管径、厚壁管线已成为未来天然气长输管道发展的必然选择。由GB50251-2003《输气管道工程设计规范》可知，输气管道的流量与输送压力是一次方的关系，而与管径是2.5次方的关系，因此，增大管径比提高输送压力的增输效果更明显。近几年来，X80级管线钢由于具有较高的强度，故广泛应用到大管径、厚壁管线的生产上。例如，西气东输二线和西气东输三线一类地区用螺旋埋弧焊管采用规格为外径1219mm、壁厚18.4mm、12MPa、X80级钢管，最大输气量可达300 亿方/年；若将X80级钢管的外径由1219mm增加到1422mm，管道年输气量可从300亿方/年最大提升至500亿方/年，可更好的满足超大输量管道建设用管需求。

目前，俄罗斯、美国等国家已建设了多条超大输量管道，主要分为螺旋埋弧焊管与直缝埋弧焊管两种。最具代表性的是俄罗斯巴甫年科沃-乌恰管道，采用类似X80的K65钢级，管径为1420mm，输送压力11.8MPa，单管设计输气量达到500亿方/年。但欧美地区所建设的超大输量天然气管道主要采用直缝埋弧焊管。螺旋埋弧焊管相比于直缝埋弧焊管而言，具有强度高以及适合生产管径大的焊管等优点，但螺旋埋弧焊管在超大输量天然气管道上还未有应用先例。随着钢铁冶金企业、制管企业装备能力和生产技术的不断提升，为研发超大输量管道用螺旋埋弧焊管创造了先决条件。同时，随着中俄东线、西气东输四线、五线等重大管道工程陆续开工建设，大管径、超大壁厚螺旋埋弧焊管的市场需求将进一步扩大，在未来国内外市场具有广阔的发展空间。

在相同压力下，单管输气量的增加带来的直接影响是X80钢级钢管管径和壁厚的增大。壁厚的增加，对于X80钢级螺旋埋弧焊管制造的铣边、成型、焊接等主要生产工序而言，随着钢管管径和壁厚的增大，各工序生产技术难度也愈发加大，从而影响钢管质量以及机械性能，尤其对钢管的焊缝质量难以保证，例如，随着钢壁厚度的增加，铣边机铣削带钢边缘和坡口比较吃力，容易磨损刀具，且传统形状的坡口不利于螺旋埋弧焊管的焊接，会增加埋弧焊缝的缺陷个数，进而降低钢管焊缝质量；另外随着钢壁厚度的增加，埋弧焊缝的焊接难度与效率也会增加，若对埋弧焊缝的焊接参数设置不恰当的话，会影响钢管埋弧焊缝的容貌与机械性能。

发明内容

为了解决随着钢壁厚度、管径的增加，X80钢级钢管焊缝质量难以保证的问题，本发明实施例提供了一种超大管径厚壁X80钢级螺旋埋弧焊管的制造方法。所述技术方案如下：

一种超大管径厚壁X80钢级螺旋埋弧焊管的制造方法，其特征在于，所述方法包括：开卷、矫平、铣边、预弯、成型、预焊、精焊、管端整圆、焊缝X 射线检测、静水压试验、母材超声波自动检测、焊缝超声波自动检测、超声波手工检测、机械平头、外观检查和防腐涂层；

其中，所述铣边工序中坡口设置为双“V”型复合坡口，上坡口的外坡口面角度α₁为8.75°～9.25°，上坡口内坡口面角度β₁为34.75°～35.25°，上坡口深度 H₁为6.70mm～6.80mm；下坡口的外坡口面角度α₂为8.75°～9.25°，下坡口内坡口面角度β₂为39.75°～40.25°，下坡口深度H₂为5.60mm～5.70mm，钝边高度P 为9.00mm～9.50mm，拐点尺寸H为2.45mm～2.55mm；

所述预焊工序采用熔化极混合气体保护焊对钢管内侧焊接坡口进行定位焊，保护气体为质量比为16:3:1的Ar、CO₂与O₂的混合气体，气体流量为110～115L/min，电流为700～750A，电压为25V～26V，焊接速度为4.50～4.55m/min，焊接线能量为2.3KJ/cm～2.6KJ/cm；

所述精焊工序包括内焊工序与外焊工序，均采用三丝串列埋弧自动焊工艺；

所述内焊工序的第一丝为直流反接，其电流为1150～1250A，电压为32～ 33V；第二丝为交流，其电流为750～850A，电压为36～37V；第三丝为交流，其电流为500～600V，电压为39～40V；焊丝间距为15～18mm，焊接速度为 1.65～1.70m/min，焊接线能量为31KJ/cm～33KJ/cm；

所述外焊工序的第一丝为直流反接，其电流为1250～1350A，电压为33～ 34V；第二丝为交流，其电流为750～850A，电压为36～37V；第三丝为交流，其电流为500～600V，电压为39～40V；焊丝间距为15～18mm，焊接速度为 1.65～1.70m/min，焊接线能量为32KJ/cm～34KJ/cm。

具体地，所述铣边工序具体包括：先粗铣“I”形坡口，然后精铣成双“V”形复合坡口。

具体地，所述预焊工序还采用跟踪精度达到0.1mm接触式自动跟踪装置。

具体地，所述成型工序采用三辊成型及外控式可调协助成型方式；

按照68°53″的成型角在三辊成型器内将所述预弯边的带钢制成直径为 1422mm的螺旋状圆筒；

各成型辊的参数设置为：内成型辊角度为68°35″，外成型辊角度为69°11″， 1^#辊包角为19°20″、开档为143.0mm，3^#辊包角为23°22″、开档为207.0mm；根据卷板实物屈服强度水平调整2^#辊压下量。

具体地，所述预弯工序采用双辊弯边机上对带钢的递送边和自由边进行预弯边，所述预弯边的半径为1974mm、长度为150mm。

具体地，所述管端整圆工序具体为：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％，管端周长偏差为±1.0mm，椭圆度偏差≤2mm。

具体地，所述成型工序采用三辊成型及外控式可调协助成型方式；

按照65°50″的成型角在三辊成型器内将所述预弯边的带钢制成直径为 1219mm的螺旋状圆筒；

各成型辊的参数设置为：内成型辊角度为65°26″,外成型辊角度为66°13″, 1^#辊包角为20°26″、开档为125.2mm，3^#辊包角为24°42″、开档为185.4mm，根据卷板实物屈服强度水平调整2^#辊压下量。

具体地，所述预弯工序采用双辊弯边机上对带钢的递送边和自由边进行预弯边，所述预弯边的半径为1453mm、长度为120mm。

具体地，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％，管端周长偏差为-0.5mm～1.0mm，椭圆度偏差≤2mm。

具体地，所述X80钢级螺旋埋弧焊管采用化学成分按质量百分比符合美国石油学会API Spec 5L：2012标准、显微组织由粒状贝氏体与多边形铁素体组成、晶粒度大于等于12级的X80钢级热轧卷板为原料。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

通过将带钢的坡口设置为双“V”型复合坡口，代替传统精铣“X”型坡口设计，不仅便于对超大壁厚带钢进行铣削坡口，而且也能有效改善精焊埋弧焊焊缝形貌、降低超大壁厚钢管焊接接头残余应力，以及有利于减少焊接材料的填充量，节省生产成本，并降低焊接热输入，提高焊缝、热影响区性能；另外，通过将精焊埋弧焊的内焊和外焊均采用三丝串列埋弧自动焊工艺，不仅能获得优质的焊缝质量，也保证钢管焊接接头整体质量水平。总之，本发明中提供的方法能解决X80钢级螺旋埋弧焊管焊缝质量难以满足技术要求等技术难题；尤其适用于外径为1422mm、壁厚为21.4mm或外径为1219mm、壁厚为22.0mm的超大管径厚壁X80钢级螺旋埋弧焊管的制造。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的双“V”形复合坡口的结构示意图。

其中，对附图中的各标号说明如下：

α₁上坡口的外坡口面角度，β₁上坡口内坡口面角度，H₁上坡口深度；α₂下坡口的外坡口面角度，β₂下坡口内坡口面角度，H₂下坡口深度；P钝边高度，H 拐点尺寸。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

本发明提供了一种超大管径厚壁X80钢级螺旋埋弧焊管的制造方法，该方法包括：开卷、矫平、铣边、预弯、成型、预焊、精焊、管端整圆、焊缝X射线检测、静水压试验、母材超声波自动检测、焊缝超声波自动检测、超声波手工检测、机械平头、外观检查和防腐涂层；

其中，铣边工序中坡口为双V型复合坡口，上坡口的外坡口面角度α₁为 8.75°～9.25°，上坡口内坡口面角度β₁为34.75°～35.25°，上坡口深度H₁为 6.70mm～6.80mm；下坡口的外坡口面角度α₂为8.75°～9.25°，下坡口内坡口面角度β₂为39.75°～40.25°，下坡口深度H₂为5.60mm～5.70mm，钝边高度P为 9.00mm～9.50mm，拐点尺寸H为2.45mm～2.55mm；

预焊工序采用熔化极混合气体保护焊对钢管内侧焊接坡口进行定位焊，保护气体为质量比为16:3:1的Ar、CO₂与O₂的混合气体，气体流量为110～ 115L/min，电流为700～750A，电压为25V～26V，焊接速度为4.50～4.55m/min，焊接线能量为2.3KJ/cm～2.6KJ/cm；

精焊工序包括内焊工序与外焊工序，均采用三丝串列埋弧自动焊工艺；

内焊工序的第一丝为直流反接，其电流为1150～1250A，电压为32～33V；第二丝为交流，其电流为750～850A，电压为36～37V；第三丝为交流，其电流为500～600V，电压为39～40V；焊丝间距为15～18mm，焊接速度为1.65～ 1.70m/min，焊接线能量为31KJ/cm～33KJ/cm；

外焊工序的第一丝为直流反接，其电流为1250～1350A，电压为33～34V；第二丝为交流，其电流为750～850A，电压为36～37V；第三丝为交流，其电流为500～600V，电压为39～40V；焊丝间距为15～18mm，焊接速度为1.65～ 1.70m/min，焊接线能量为32KJ/cm～34KJ/cm。

上述X80钢级螺旋埋弧焊管采用化学成分按质量百分比符合美国石油学会 APISpec 5L：2012标准、显微组织由粒状贝氏体与多边形铁素体组成、晶粒度大于等于12级的X80钢级热轧卷板为原料。其中，API Spec 5L：2012标准中， X80钢的元素含量按质量百分比为：C≤0.12％、Si≤0.45％、Mn≤1.85％、P≤ 0.025％、S≤0.015％、Cu≤0.50％、Ni≤1.00％、Cr≤0.50％、Mo≤0.50％、B≤ 0.004％、Nb+V+Ti≤0.15％，且CE_IIW≤0.43，CE_Pcm≤0.25。

采用低碳、超低碳的多元微合金化设计和热机械轧制工艺、加速冷却等技术，利用Nb、V、Mo、Ni等合金元素固溶强化、沉淀强化、晶粒细化等作用，在较大壁厚范围内获得以粒状贝氏体为主的多种形态的复相组织，得到强韧性兼备且具有良好焊接性的X80钢级管线钢。

以下对超大管径厚壁X80钢级螺旋埋弧焊管的制造方法的各个工序进行说明：

开卷：此工序主要采用开卷机将卷板打开，即将卷板端头引出，拆头，直头，是螺旋埋弧焊管制造工艺的重要的起始环节，影响螺旋埋弧焊管的生产效率。

矫平：在螺旋焊管机组中，一般都要设置矫平机对卷板头尾进行矫平，以保证螺旋焊管质量以及顺利实现螺旋焊管头尾的对接。

铣边：在螺旋埋弧焊管生产中，为了精确加工带钢的宽度尺寸，确保钢管成型精度，采用铣边机铣削带钢边缘和坡口，为螺旋焊管成型、焊接造成有利的条件，该工序具体为：带钢在两辊递送机的牵引下向前行走，两侧铣边机刀盘在电机的驱动下做高速旋转，铣削带钢边缘。

其中，铣削带钢边缘主要是去除带钢边缘的氧化物、油及其它缺陷，因为带钢板边质量决定了焊接钢管内在质量，且带钢边部不允许凹凸不平，所以必须先对板边进行粗铣加工；

进一步地，当生产大壁厚螺旋埋弧焊管时，为保证钢管内侧与外侧焊道的熔深、减少焊缝余高以及焊缝力学性能满足标准要求，一般均先在带钢边缘开坡口后进行埋弧焊接，故，选择合理的坡口形式是提高螺旋埋弧焊管焊接质量的关键。其中，常见的坡口形状有“X”形、“Y”形等，而坡口角度与坡口钝边的大小影响焊缝余高、焊道熔深与熔宽以及焊管的力学性能(例如冲击韧性)。

本发明实施例中的铣边工序采用双铣边工艺。先粗铣“I”形坡口，然后精铣成双“V”形复合坡口，代替传统精铣“X”型坡口设计。本发明实施例提供的双V 型复合坡口，如图1所示，该双V型复合坡口的参数具体为：上坡口的外坡口面角度α₁为8.75°～9.25°，上坡口内坡口面角度β₁为34.75°～35.25°，上坡口深度H₁为6.70mm～6.80mm；下坡口的外坡口面角度α₂为8.75°～9.25°，下坡口内坡口面角度β₂为39.75°～40.25°，下坡口深度H₂为5.60mm～5.70mm，钝边高度P为9.00mm～9.50mm，拐点尺寸H为2.45mm～2.55mm。可见，该双“V”型复合坡口的上坡口包括外坡口与内坡口，且外坡口的倾斜角度大于内坡口的倾斜角度；同样地，双“V”型复合坡口的下破口也包括外坡口与内坡口，且外坡口的倾斜角度大于内坡口的倾斜角度，这样设置坡口的形状既可满足预焊熔化极混合气体保护焊高速焊接，又可有效改善精焊埋弧焊焊缝形貌，消除“大肚子”、“窄而深”等不良焊缝形貌出现，降低超大壁厚钢管焊接接头残余应力。同时，双“V”型复合坡口有利于减少焊接材料的填充量，节省生产成本，并降低焊接热输入，提高焊缝、热影响区性能。

预弯：在螺旋埋弧焊管生产中，为了预防和避免带钢在三辊成型器中弯曲成型后出现成型缝“噘嘴”现象，在递送机和成型机之间，需要设置板边预弯装置，对带钢的纵向边缘(即递送边)进行预弯边，以缓解或抵消带钢在三辊成型器中受压弯曲时所产生的边部翘曲。其中，预弯机一般分为两种型式：两辊式和三辊式，本发明实施例采用双辊弯边机(两辊式)对卷板的递送边和自由边进行预弯边。

成型：该工序采用三辊成型及外控式可调协助成型方式，即利用三组成型辊对进入的带钢进行弯曲变形，并采用外控辊对螺旋焊管进行定径，从而达到所需要的管径要求。其中，1^#、3^#辊包角度与开档尺寸、2^#辊下压量影响带钢成型的稳定性，若对1^#、2^#与3^#辊的相关参数设置不当的话，会出现管径变化大、错边多、开缝多等成型不稳定现象。故，本发明根据现场操作，为了增加钢管成型的稳定性，当在三辊成型器内按照68°53″的成型角将预弯边的带钢制成直径为1422mm的螺旋状圆筒，将各成型辊的参数设置为：内成型辊角度为68°35″，外成型辊角度为69°11″，1^#辊包角为19°20″、开档为143.0mm，3^#辊包角为23°22″、开档为207.0mm；根据卷板实物屈服强度水平调整2^#辊压下量；同样地，在三辊成型器内按照65°50″的成型角将预弯边的带钢制成直径为1219mm的螺旋状圆筒，将各成型辊的参数设置为：内成型辊角度为65°26″,外成型辊角度为 66°13″,1^#辊包角为20°26″、开档为125.2mm，3^#辊包角为24°42″、开档为 185.4mm，根据卷板实物屈服强度水平调整2^#辊压下量。

该工序是和预焊工序同时进行，由于为了提高螺旋焊管的生产效率，在实际生产中，预焊速度能达到4.5m/min左右，故在超大管径、壁厚的高钢级螺旋焊管高速成型下，为了避免带钢板边受力不均匀，成型合缝差，钢管圆度、直度等几何尺寸变化幅度大，成型后钢管残余应力大等问题，本发明采用三辊成型及外控式可调协助成型方式，根据钢管设计尺寸调整转盘角度，精密测量控制各成型辊的位置与角度，调整1^#和3^#辊包角角度和开档尺寸；同时，根据卷板实物屈服强度水平调整2^#辊压下量，且2^#辊压下采用直线导轨控制方式对压下量进行调整，使其更加精密准确。通过环切法测试钢管残余应力，管环试样周向开口尺寸可控制为负值，有效降低了钢管残余应力，使钢管成型后具有良好的圆度和管体直度。

预焊：采用熔化极混合气体保护焊对钢管内侧焊接坡口进行定位焊，是钢带在三辊成型器上成型的同时先用高速气体保护焊(即熔化极混合气体保护焊) 进行连续焊接，之后在预焊进行的同时用切割机将焊接后的钢管切割成规定长度，然后，将预焊焊管输送带精焊生产线进行埋弧精焊。

上述对焊管的焊接是先进行预焊，之后进行精焊，即先预焊再精焊的“两步法”生产工艺，而传统的“一步法”螺旋焊管生产工艺没有预焊这一工序，即带钢在成型的同时进行内外焊埋弧焊接，使螺旋埋弧焊管生产中成型机速度必须和埋弧焊管焊接速度同步，即带钢成型和内外焊埋弧焊接不是分开进行的，这就使得埋弧焊管的成型与焊接相互干扰，成型受焊接影响速度无法提升，生产效率低下，焊接结构及焊点位置受成型设备影响所占空间有限，调整范围较小，影响焊接质量。故，本发明采用预精焊工艺技术，即先预焊再精焊的“二步法”生产工艺，有效解决了钢管成型和焊接之间相互干扰的问题，充分利用了成型、焊接各自特点，实现了高速成型和低速精焊的有机结合；另外，由于采用高韧性熔化极气体保护焊焊丝及高纯保护气体，并加入一定量氧气，增大焊缝熔池的氧化性，提高了焊丝熔化率，熔池温度及熔深得到增加，有效提高了预焊速度及生产效率，并有效解决了焊接飞溅问题；且焊后焊缝外观美观、熔深适宜、焊接应力小，强韧性匹配优良，为后续精焊的埋弧焊接奠定了基础。同时，该预焊工序还采用跟踪精度达到0.1mm接触式自动跟踪装置实现了对预焊过程焊缝自动定位功能，降低了工人劳动强度、提高了焊接质量。

精焊：此工序为“两步法”螺旋焊管生产工艺中的第二步，对钢管内侧与外焊接坡口进行焊接。由于“二步法”生产成型与焊接分离，精焊前焊缝已由预焊进行固定，精焊时处于离线状态对钢管内外侧进行焊接，有利于焊接质量控制，可消除绝大部分受成型影响造成的焊接缺陷，提高了焊缝力学性能稳定性。同时，由于精焊内焊焊点空间位置不受其他因素影响，能够有效改善内焊“马鞍形”焊缝，提高焊缝工艺性能。

其中，螺旋埋弧焊接工艺参数对焊缝形貌与质量有直接影响。焊接电流、电弧电压、焊接速度、电源种类及其极性量影响焊缝的成形、焊缝的强度和韧性。因此，在超大管径厚壁的螺旋焊管生产中，必须合理匹配焊接工艺参数，才能达到最佳的焊缝成形。由于钢管所采用的原材料为超大壁厚低合金高强度钢，焊接难度大，埋弧自动焊工艺需充分考虑焊接接头力学性能和内在质量，通过实验研究，确定了内焊和外焊均采用三丝串列埋弧自动焊工艺。选择上述焊接工艺参数的主要作用是：第一丝是保证熔透深度，需要采用较大焊接电流、较低电弧电压；第二丝的主要作用是填充，由于卷板壁厚较大，单纯依靠增加焊丝直径或增大焊接规范仍无法对焊接坡口进行有效填充，需要采用中等焊接电流和中等电弧电压；第三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；这三丝相互配合，充分排气、排渣，获得优质的焊缝质量。在此基础上，为防止焊接热输入过高造成热影响区组织晶粒粗大、韧性水平下降的情况出现，对焊接规范进行了进一步优化，在保证熔透深度的前提下，各丝采用了较低的焊接热输入，焊后热影响区获得以细小粒状贝氏体为主的、具有良好韧性组织形态，有效解决了热影响区组织脆化问题。同时，焊缝最终获得以针状铁素体和粒状贝氏体为主的强韧性兼备的组织形态，保证了钢管焊接接头整体质量水平。

管端整圆：在钢管管端300mm范围内进行冷扩径，扩径段与未扩径段应平滑过渡，提高钢管管端外观尺寸精度，易于施工现场钢管对口操作。

焊缝X射线检测：对钢管全焊缝进行100％的X射线工业电视检查，并对钢管管端进行X射线拍片检查，以排除焊缝中可能存在的缺陷；

静水压试验：对钢管进行100％的静水压试验，环向应力为钢管规定最小屈服强度(R_t0.5)的95％，以检查钢管的强度及是否存在渗漏、变形等情况；

母材超声自动检测：对全管体母材及焊缝边缘进行分层探伤，扫查覆盖面积大于50％，对报警缺陷进行标记，然后进行超声波手工检测复查；

焊缝超声波自动检测：对钢管全焊缝进行100％的超声波自动检测，对报警缺陷进行标记，然后进行超声波手工检测复查；

超声波手工检测：对钢管管端至少400mm范围内的焊缝及两侧25mm管体、钢管管端25mm范围内的母材、管端坡口面进行检查，并对超声波自动检测报警缺陷进行复查；

机械平头：按照施工现场环焊缝焊接的要求，对钢管管端进行坡口和钝边尺寸的机械加工；

外观检查和防腐涂层：对钢管周长、椭圆度、焊缝余高、坡口角度，钝边尺寸与壁厚等几何尺寸进行测量，同时对咬边、摔坑、划伤等造成应力集中和影响最小壁厚的缺陷进行检查、修磨、测量。合格钢管按照设计要求对钢管内壁和/或外壁进行涂层和防腐处理。

故，可以看出通过将带钢的坡口设置为双“V”型复合坡口，代替传统精铣“X”型坡口设计，不仅便于对超大壁厚带钢进行铣削坡口，而且也能有效改善精焊埋弧焊焊缝形貌、降低超大壁厚钢管焊接接头残余应力，以及有利于减少焊接材料的填充量，节省生产成本，并降低焊接热输入，提高焊缝、热影响区性能；另外，通过将精焊埋弧焊的内焊和外焊均采用三丝串列埋弧自动焊工艺，不仅能获得优质的焊缝质量，也保证钢管焊接接头整体质量水平。总之，本发明实施例提供的方法能解决超大管径厚壁X80钢级螺旋埋弧焊管焊缝质量难以满足技术要求等技术难题；尤其适用于外径为1422mm、壁厚为21.4mm或外径为1219mm、壁厚为22.0mm的超大管径厚壁X80钢级螺旋埋弧焊管的制造。

实施例1

本发明实施例中的X80钢级螺旋埋弧焊管所用卷板的主要化学成分如表1所示，该卷板的化学成分重量百分比符合美国石油学会API Spec 5L：2012标准，显微组织为GB+PF(粒状贝氏体+多边形铁素体)，晶粒度大于等于12级，钢管的外径为1422mm、厚度为21.4mm。该超大管径厚壁X80钢级螺旋埋弧焊管的制造工艺步骤如下：

1、卷板经开卷、矫平；

2、铣边：先粗铣I型坡口，将板边宽度铣削掉10～20mm，保证带钢宽度，同时去除卷板因钢坯及轧制过程中的板边缺陷、月牙弯；然后精铣为双V型复合坡口，上坡口的外坡口面角度α₁为9°，上坡口内坡口面角度β₁为35°，上坡口深度H₁为6.8mm；下坡口的外坡口面角度α₂为9°，下坡口内坡口面角度β₂为40°，下坡口深度H₂为5.6mm，钝边高度P为9mm，拐点尺寸H为2.5mm；

3、预弯：在双辊弯边机上对卷板的递送边和自由边进行预弯边，半径尺寸为1974mm，长度150mm；

4、成型：将经过上述预弯边的带钢在三辊成型器按照68°53″的成型角卷制成直径为1422mm的螺旋状圆筒，精密测量控制各成型辊的位置与角度，内成型辊角度为68°35″,外成型辊角度为69°11″,1^#辊包角为19°20″、开档尺寸为 143.0mm，3^#为辊包角23°22″、开档尺寸为207.0mm，根据卷板实物屈服强度水平调整2^#辊压下量。通过环切法测试钢管残余应力，钢管周向开口尺寸平均为-50mm，残余应力小，且均为压应力；

5、预焊：使用熔化极混合气体保护焊沿钢管的内侧焊接坡口对成型后的钢管进行定位焊，预焊焊接工艺参数如表2；

6、精焊：采用三丝串列埋弧自动焊工艺，配合驱动辊沿螺旋角度驱动钢管旋转，对钢管的内侧及外侧焊接坡口进行内焊及外焊焊接。精焊焊接工艺参数如表3；

7、管端整圆：在钢管管端300mm范围内进行冷扩径，提高钢管管端外观尺寸精度，易于施工现场钢管对口操作。最大扩径量为直径的0.6％；管端周长偏差﹣1.0mm～1.0mm，椭圆度偏差≤2mm；扩径段与未扩径段应平滑过渡；

8、焊缝X射线检测；

9、静水压试验；

10、母材超声自动检测；

11、焊缝超声波自动检测；

12、超声波手工检测；

13、机械平头；

14、外观检查和防腐涂层。

表4给出了本发明实施例的焊缝的主要化学成分，表5给出了本发明实施例钢管的主要理化性能检测结果。可以看出，通过各工序严格的技术控制，钢管的各项性能完全符合API Spec 5L：2012及Q/SY GJX 147-2015《中俄东线天然气管道工程用外径1422mmX80级螺旋缝埋弧焊管技术条件》标准要求。

表1钢管主要化学成分(wt.％)

注：CE为碳当量，是将钢铁中各种合金元素折算成碳的含量，表征碳素钢的可焊接性。其中，CE_ⅡW为国际焊接学会推荐的公式，CE_Pcm为日本伊藤推荐的公式。

表2预焊焊接工艺参数

注：GMAW为熔化极气体保护焊。

表3精焊焊接工艺参数

注：SAW为埋弧自动焊。

表4焊缝的主要化学成分(wt.％)

表5钢管力学性能

实施例2

本实施例X80钢级螺旋埋弧焊管所用卷板的主要化学成分如表6所示，该卷板的化学成分重量百分比符合美国石油学会API Spec 5L：2012标准，显微组织为GB+PF(粒状贝氏体+多边形铁素体)，晶粒度大于等于12级，钢管的厚度为22mm、钢管的外径为1219mm。该超大管径厚壁X80钢级螺旋埋弧焊管的制造工艺步骤如下：

1、卷板经开卷、矫平；

2、铣边：先粗铣I型坡口，将板边宽度铣削掉10～20mm；然后精铣为双 V型复合坡口，上坡口的外坡口面角度α₁为9°，上坡口内坡口面角度β₁为35°，上坡口深度H₁为6.8mm；下坡口的外坡口面角度α₂为9°，下坡口内坡口面角度β₂为40°，下坡口深度H₂为5.7mm，钝边高度P为9.5mm，拐点尺寸H为2.5mm；

3、预弯：在双辊弯边机上对卷板的递送边和自由边进行预弯边，半径尺寸为1453mm，长度120mm；

4、成型：将经过上述预弯边的带钢在三辊成型器按照65°50″的成型角卷制成直径为1219mm的螺旋状圆筒，精密测量控制各成型辊的位置与角度，内成型辊角度为65°26″,外成型辊角度为66°13″,1^#辊包角为20°26″、开档尺寸为 125.2mm，3^#辊包角为24°42″、开档尺寸为185.4mm，根据卷板实物屈服强度水平调整2^#辊压下量。通过环切法测试钢管残余应力，钢管周向开口尺寸平均为-30mm，残余应力小，且均为压应力；

5、预焊：使用熔化极混合气体保护焊沿钢管的内侧焊接坡口对成型后的钢管进行定位焊，预焊焊接工艺参数如表7；

6、精焊：采用三丝串列埋弧自动焊工艺，配合驱动辊沿螺旋角度驱动钢管旋转，对钢管的内侧及外侧焊接坡口进行内焊及外焊焊接。精焊焊接工艺参数如表8；

7、管端整圆：在钢管管端300mm范围内进行冷扩径，提高钢管管端外观尺寸精度，易于施工现场钢管对口操作。最大扩径量为直径的0.6％；管端周长偏差﹣0.5mm～1.0mm，椭圆度偏差≤2mm；扩径段与未扩径段应平滑过渡；

8、焊缝X射线检测；

9、静水压试验；

10、母材超声自动检测；

11、焊缝超声波自动检测；

12、超声波手工检测；

13、机械平头；

14、外观检查和防腐涂层。

表9给出了本实施例的焊缝的主要化学成分，表10给出了本实施例的钢管的主要理化性能检测结果。可以看出，通过各工序严格的技术控制，钢管的各项性能完全符合APISpec 5L：2012及Q/SY GJX 130-2014 《OD1219mm×22.0mmX80螺旋缝埋弧焊管技术条件》标准要求。

表6钢管主要化学成分(wt.％)

表7预焊焊接工艺参数

表8精焊焊接工艺参数

表9焊缝的主要化学成分(wt.％)

表10钢管力学性能

上述所有可选技术方案，可以采用任意结合形成本公开的可选实施例，在此不再一一赘述。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种超大管径厚壁X80钢级螺旋埋弧焊管的制造方法，其特征在于，所述方法包括：开卷、矫平、铣边、预弯、成型、预焊、精焊、管端整圆、焊缝X射线检测、静水压试验、母材超声波自动检测、焊缝超声波自动检测、超声波手工检测、机械平头、外观检查和防腐涂层；

其中，所述铣边工序中坡口设置为双“V”型复合坡口，上坡口的外坡口面角度α₁为8.75°～9.25°，上坡口内坡口面角度β₁为34.75°～35.25°，上坡口深度H₁为6.70mm～6.80mm；下坡口的外坡口面角度α₂为8.75°～9.25°，下坡口内坡口面角度β₂为39.75°～40.25°，下坡口深度H₂为5.60mm～5.70mm，钝边高度P为9.00mm～9.50mm，拐点尺寸H为2.45mm～2.55mm；

所述预焊工序采用熔化极混合气体保护焊对钢管内侧焊接坡口进行定位焊，保护气体为质量比为16:3:1的Ar、CO₂与O₂的混合气体，气体流量为110～115L/min，电流为700～750A，电压为25V～26V，焊接速度为4.50～4.55m/min，焊接线能量为2.3KJ/cm～2.6KJ/cm；

所述精焊工序包括内焊工序与外焊工序，均采用三丝串列埋弧自动焊工艺；

所述内焊工序的第一丝为直流反接，其电流为1150～1250A，电压为32～33V；第二丝为交流，其电流为750～850A，电压为36～37V；第三丝为交流，其电流为500～600V，电压为39～40V；焊丝间距为15～18mm，焊接速度为1.65～1.70m/min，焊接线能量为31KJ/cm～33KJ/cm；

所述外焊工序的第一丝为直流反接，其电流为1250～1350A，电压为33～34V；第二丝为交流，其电流为750～850A，电压为36～37V；第三丝为交流，其电流为500～600V，电压为39～40V；焊丝间距为15～18mm，焊接速度为1.65～1.70m/min，焊接线能量为32KJ/cm～34KJ/cm。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述铣边工序具体包括：先粗铣“I”形坡口，然后精铣成双“V”形复合坡口。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预焊工序还采用跟踪精度达到0.1mm接触式自动跟踪装置。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述成型工序采用三辊成型及外控式可调协助成型方式；

按照68°53″的成型角在三辊成型器内将所述预弯边的带钢制成直径为1422mm的螺旋状圆筒；

各成型辊的参数设置为：内成型辊角度为68°35″，外成型辊角度为69°11″，1^#辊包角为19°20″、开档为143.0mm，3^#辊包角为23°22″、开档为207.0mm；根据卷板实物屈服强度水平调整2^#辊压下量。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述预弯工序采用双辊弯边机上对带钢的递送边和自由边进行预弯边，所述预弯边的半径为1974mm、长度为150mm。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述管端整圆工序具体为：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％，管端周长偏差为﹣1.0mm～1.0mm，椭圆度偏差≤2mm。

7.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述成型工序采用三辊成型及外控式可调协助成型方式；

按照65°50″的成型角在三辊成型器内将所述预弯边的带钢制成直径为1219mm的螺旋状圆筒；

各成型辊的参数设置为：内成型辊角度为65°26″,外成型辊角度为66°13″,1^#辊包角为20°26″、开档为125.2mm，3^#辊包角为24°42″、开档为185.4mm，根据卷板实物屈服强度水平调整2^#辊压下量。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述预弯工序采用双辊弯边机上对带钢的递送边和自由边进行预弯边，所述预弯边的半径为1453mm、长度为120mm。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，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％，管端周长偏差为-0.5mm～1.0mm，椭圆度偏差≤2mm。

10.根据权利要求1-9任一项所述的方法，其特征在于，所述X80钢级螺旋埋弧焊管采用化学成分按质量百分比符合美国石油学会API Spec 5L：2012标准、显微组织由粒状贝氏体与多边形铁素体组成、晶粒度大于等于12级的X80钢级热轧卷板为原料。