CN111545876A - 一种提高x80管线钢管焊接接头低温冲击韧性的方法 - Google Patents

一种提高x80管线钢管焊接接头低温冲击韧性的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种提高X80管线钢管焊接接头低温冲击韧性的方法，选择X80厚壁低温管线钢，要求冷裂敏感系数CE(pcm)≤0.19；对经JCOE成型和预焊后的焊管进行精焊，焊接方法采用内外双面双丝四层多道埋弧自动焊的方法，不需要进行预热及焊后热处理，焊接材料采用Mn‑Ni‑Mo‑Ti‑B合金系低温焊丝+混合焊剂，每一道的焊接热输入量控制在10～25KJ/cm之间。采用本发明的焊接接头在‑45℃时，焊缝中心冲击功平均值≥200J，热影响区冲击功平均值≥300J；‑60℃时，焊缝中心冲击功平均值≥180J，热影响区冲击功平均值≥280J，有效提高30～40mm壁厚X80管线钢管焊接接头的低温冲击韧性。

Description

一种提高X80管线钢管焊接接头低温冲击韧性的方法
技术领域：
本发明涉及石油管材焊接技术领域，具体涉及一种提高X80管线钢管焊接接头低温冲击韧性的方法。
背景技术：
X80管线钢是高钢级管线钢的典型代表，因大规模应用可以降低材料消耗及工程成本、显著提高管道输送效率。近年来的西气东输二线、三线、陕京四线、中俄东线等重大油气管线建设中得到大批量的应用。
管道在不同地区运行的环境不同，对低温冲击韧性的要求也不同。而低温冲击韧性直接关系到管道运行的安全性，是一个非常重要的技术指标。国内前期对低温冲击韧性的设计标准通常不低于-20℃，但是正在建设的中俄东线需要穿越极寒地区，对最低为-45℃的低温冲击韧性做出了规定。
目前，对于30mm壁厚以上X80管线钢，精焊通常采用内焊四丝外焊四丝的埋弧焊接工艺，内外焊的热输入量在55～70KJ/cm，这样的焊接工艺虽然可以保证厚壁焊管具有较高的生产效率，但是焊缝组织不够细小，冲击韧性只能满足-20℃以上的低温冲击，对于-45℃及更低温度的冲击韧性无法保证。
发明内容：
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种提高X80管线钢管焊接接头低温冲击韧性的方法，采用本发明焊接后的焊接接头抗拉强度≥680MPa；-45℃时，焊缝中心冲击功平均值≥200J，热影响区冲击功平均值≥300J；-60℃时，焊缝中心冲击功平均值≥180J，热影响区冲击功平均值≥280J，有效提高了30～40mm壁厚X80管线钢管焊接接头的低温冲击韧性。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种提高X80管线钢管焊接接头低温冲击韧性的方法，包括以下步骤：
步骤1：选择X80低温管线钢，壁厚为30～40mm，经粗铣、精铣后加工成X型坡口，内外坡口角度均为60°，外坡口深度11～14mm，钝边8～12mm；
步骤2：坡口加工完成后，经预弯边进行JCOE成型，然后进行预焊处理，预焊焊接采用混合气体保护焊，气体类别为55％～65％的CO2和35％～45％的Ar，预焊焊丝为BHG-2M焊丝，焊丝直径Ф4.0mm，预焊电流I＝1000～1200A，预焊电压U＝23～27V，预焊速度V＝3.5～4.5m/min；
步骤3：预焊完成后进行精焊内焊，精焊内焊工艺采用双丝四层多道埋弧自动焊的方法进行焊接，前丝采用直流反接，后丝采用交流，层间温度控制在150℃以下，根据管线钢的壁厚确定具体焊接道数，内焊道数为8～9，每一道的焊接热输入量控制在10～25KJ/cm，内焊电流I＝400～700A，内焊电压U＝32～34V，焊丝间距19mm，前丝和后丝的干伸长量分别为26、26mm，焊接速度V＝1.0～1.3m/min；
步骤4：精焊内焊完成后进行精悍外焊，精焊外焊工艺采用双丝四层多道埋弧自动焊的方法进行焊接，前丝采用直流反接，后丝采用交流，层间温度控制在150℃以下，根据管线钢的壁厚确定具体焊接道数，外焊道数为9～10，每一道的焊接热输入量控制在10～25KJ/cm，外焊电流I＝450～750A，外焊电压U＝33～35V，焊丝间距19mm，前丝和后丝的干伸长量分别为26、26mm，焊接速度V＝1.0～1.3m/min。
进一步，X80低温管线钢的冷裂敏感系数CE(pcm)≤0.19。
进一步，精焊内焊的前丝采用H08C焊丝，后丝采用Mn-Ni-Mo-Ti-B合金系低温焊丝；精焊外焊的前丝采用H06H1焊丝，后丝采用Mn-Ni-Mo-Ti-B合金系低温焊丝；焊丝直径均为Ф4mm；精焊内焊和精焊外焊采用的焊剂均为碱度1.8的X80氟碱型烧结焊剂+林肯焊剂的混合焊剂，混合比例为1:1。
本发明的有益效果在于：
1、采用本发明焊接时不需要进行预热及焊后热处理，就可获得高强度、低温冲击韧性优异的焊接接头，焊接接头抗拉强度≥680MPa；-45℃时，焊缝中心冲击功平均值≥200J，热影响区冲击功平均值≥300J；-60℃时，焊缝中心冲击功平均值≥180J，热影响区冲击功平均值≥280J，有效提高了30～40mm壁厚X80管线钢管焊接接头低温冲击韧性。
2、本发明内外双面双丝多层多道埋弧自动焊接时，采用Mn-Ni-Mo-Ti-B合金体系的低温焊丝+混合焊剂，焊接后的焊缝组织以细小、均匀的粒状贝氏体为主，进一步细化了焊缝组织。同时，由于Ni元素的加入，一方面增加了焊接接头的低温冲击韧性，另一方面通过合金元素的固溶强化作用提高了焊接接头的强度。
3、精焊时每一道的焊接热输入量控制在10～25KJ/cm，减少了大热输入量下焊接接头热影响区组织的长大和粗化，保证了焊缝组织的细小、均匀，避免了热影响区脆化现象的发生，能够保证30～40mm壁厚X80管线钢管焊接接头在低温条件下的性能。
具体实施方式：
下面结合具体实施例对本发明做进一步详细说明：
实施例1：X80Φ1422×30.8mm低温直缝焊管制造
步骤1：采用壁厚为30.8mm的X80低温管线钢钢板，冷裂敏感系数CE(pcm)＝0.17，钢板经超声波检验合格后，铣削成X型坡口，内外坡口角度均为60°，外坡口深度11.8mm，钝边8mm；
步骤2：坡口加工完成后，经预弯边进行JCOE成型，然后进行预焊处理，预焊焊接采用混合气体保护焊，气体类别为55％～65％的CO2和35％～45％的Ar，预焊焊丝为BHG-2M焊丝，焊丝直径Ф4.0mm，预焊电流I＝1200A，预焊电压U＝25V，焊丝干伸长25mm，预焊速度V＝4.0m/min；
步骤3：预焊完成后进行精焊内焊，精焊内焊工艺采用双丝四层多道埋弧自动焊的方法对内侧坡口进行焊接，前丝采用直流反接，后丝采用交流，焊接工艺参数为：前丝电流I＝550A，电压U＝32V；后丝电流I＝450A，电压U＝33V；焊丝间距为19mm，前丝和后丝的干伸长26、26mm，焊接速度V＝1.2m/min。内焊共焊4层8道焊缝，经打底、填充、盖面后完成整个内焊工序；
步骤4：精焊内焊完成后进行精悍外焊，精焊外焊工艺采用双丝四层多道埋弧自动焊的方法对外侧坡口进行焊接，前丝采用直流反接，后丝采用交流，焊接工艺参数为：前丝电流I＝600A，电压U＝33V；后丝电流I＝480A，电压U＝34V；焊丝间距为19mm，前丝和后丝的干伸长为26、26mm，焊接速度V＝1.2m/min。外焊共焊4层9道焊缝，经打底、填充、盖面后完成整个外焊工序。
最后对焊接后的焊管内外焊缝及两侧热影响区进行X射线和超声波检测。焊接接头性能检测结果如表1和表2，表1所示为焊接接头拉伸试验结果，表2所示为焊接接头冲击韧性试验结果。
表1焊接接头拉伸试验结果
Figure BDA0002485857040000041
Figure BDA0002485857040000051
表2焊接接头夏比冲击试验结果
Figure BDA0002485857040000052
实施例2：X80Φ1422×33.8mm低温直缝焊管制造
步骤1：采用壁厚为33.8mm的X80低温管线钢钢板，冷裂敏感系数CE(pcm)＝0.18，钢板经超声波检验合格后，铣削成X型坡口，内外坡口角度均为60°，外坡口深度12mm，钝边9mm；
步骤2：坡口加工完成后，经预弯边进行JCOE成型，然后进行预焊处理，预焊焊接采用混合气体保护焊，气体类别为55％～65％的CO2和35％～45％的Ar，预焊焊丝为BHG-2M焊丝，焊丝直径Ф4.0mm，预焊电流I＝1200A，预焊电压U＝25V，焊丝干伸长25mm，预焊速度V＝4.0m/min；
步骤3：预焊完成后进行精焊内焊，精焊内焊工艺采用双丝四层多道埋弧自动焊的方法对内侧坡口进行焊接，前丝采用直流反接，后丝采用交流，焊接工艺参数为：：前丝电流I＝600A，电压U＝32V；后丝电流I＝480A，电压U＝33V；焊丝间距为19mm，前丝和后丝的干伸长26、26mm，焊接速度V＝1.2m/min。内焊共焊4层8道焊缝，经打底、填充、盖面后完成整个内焊工序；
步骤4：精焊内焊完成后进行精悍外焊，精焊外焊工艺采用双丝四层多道埋弧自动焊的方法对外侧坡口进行焊接，前丝采用直流反接，后丝采用交流，焊接工艺参数为：前丝电流I＝650A，电压U＝33V；后丝电流I＝550A，电压U＝34V；焊丝间距为19mm，前丝和后丝的干伸长为26、26mm，焊接速度V＝1.2m/min。外焊共焊4层9道焊缝，经打底、填充、盖面后完成整个外焊工序。
最后对焊接后的焊管内外焊缝及两侧热影响区进行X射线和超声波检测。焊接接头性能检测结果如表3和表4，表3所示为焊接接头拉伸试验结果，表4所示为焊接接头冲击韧性试验结果。
表3焊接接头拉伸试验结果
Figure BDA0002485857040000061
表4焊接接头夏比冲击试验结果
Figure BDA0002485857040000062

Claims (3)

1.一种提高X80管线钢管焊接接头低温冲击韧性的方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1：选择X80低温管线钢，壁厚为30～40mm，经粗铣、精铣后加工成X型坡口，内外坡口角度均为60°，外坡口深度11～14mm，钝边8～12mm；
步骤2：坡口加工完成后，经预弯边进行JCOE成型，然后进行预焊处理，预焊焊接采用混合气体保护焊，气体类别为55％～65％的CO2和35％～45％的Ar，预焊焊丝为BHG-2M焊丝，焊丝直径Ф4.0mm，预焊电流I＝1000～1200A，预焊电压U＝23～27V，预焊速度V＝3.5～4.5m/min；
步骤3：预焊完成后进行精焊内焊，精焊内焊工艺采用双丝四层多道埋弧自动焊的方法进行焊接，前丝采用直流反接，后丝采用交流，层间温度控制在150℃以下，根据管线钢的壁厚确定具体焊接道数，内焊道数为8～9，每一道的焊接热输入量控制在10～25KJ/cm，内焊电流I＝400～700A，内焊电压U＝32～34V，焊丝间距19mm，前丝和后丝的干伸长量分别为26、26mm，焊接速度V＝1.0～1.3m/min；
步骤4：精焊内焊完成后进行精悍外焊，精焊外焊工艺采用双丝四层多道埋弧自动焊的方法进行焊接，前丝采用直流反接，后丝采用交流，层间温度控制在150℃以下，根据管线钢的壁厚确定具体焊接道数，外焊道数为9～10，每一道的焊接热输入量控制在10～25KJ/cm，外焊电流I＝450～750A，外焊电压U＝33～35V，焊丝间距19mm，前丝和后丝的干伸长量分别为26、26mm，焊接速度V＝1.0～1.3m/min。
2.根据权利要求1所述的一种提高X80管线钢管焊接接头低温冲击韧性的方法，其特征在于：X80低温管线钢的冷裂敏感系数CE(pcm)≤0.19。
3.根据权利要求1所述的一种提高X80管线钢管焊接接头低温冲击韧性的方法，其特征在于：精焊内焊的前丝采用H08C焊丝，后丝采用Mn-Ni-Mo-Ti-B合金系低温焊丝；精焊外焊的前丝采用H06H1焊丝，后丝采用Mn-Ni-Mo-Ti-B合金系低温焊丝；焊丝直径均为Ф4mm；精焊内焊和精焊外焊采用的焊剂均为碱度1.8的X80氟碱型烧结焊剂+林肯焊剂的混合焊剂，混合比例为1:1。
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