CN111702334B - 一种焊接x80管线钢板材的工艺方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及板材焊接的技术领域，公开了一种焊接X80管线钢板材的工艺方法，所述方法包括以下步骤：(1)将X80管线钢板材进行加工，得到具有Y字形坡口的X80管线钢板材；(2)将步骤(1)所得X80管线钢板材进行预处理，然后固定在通有保护气体的装置上；(3)依次进行打底焊接和盖面焊接。本发明方法焊接的X80管线钢板材不但能够实现高速焊接，降低焊道数量，提高焊接接头制备效率，而且较低的热输入和快速的焊接速度降低了接头晶粒尺寸，使得焊接接头成形良好质量高。
Description
技术领域
本发明涉及板材焊接的技术领域，具体涉及一种焊接X80管线钢板材的工艺方法。
背景技术
随着石油天然气用量的增加，油气的运输成为一个日益重要的问题。这就对所使用的输油管道提出了很高的要求，不但要有很高的输送量，同时还要能在恶劣的环境中正常运行，因此发展强度和韧性都较高的管线钢就成为必然的选择。X80管线钢是一种含碳量低、晶粒尺寸细小的管线钢材料。该钢是通过控轧控冷工艺，利用固溶强化、相变强化、位错强化及析出强化并获得最大程度的晶粒细化来提高强度、降低韧脆转变温度，广泛应用于油气运输行业。
当前X80管线钢主要采用熔化极气体保护焊进行焊接，虽然传统熔化极气体保护焊的方法能够实现焊接接头的有效连接，但是由于熔化极气体保护焊焊接厚板时存在焊接道数多以及焊接速度慢等缺点，最终造成了焊接过程热输入量较大，容易导致焊接接头产生淬硬组织、热裂纹以及晶粒粗大等问题。与传统熔化极气体保护焊相比，激光电弧复合焊接具有能量密度大、焊缝熔深高、热输入量小和间隙桥接能力强等优点，是一种能够有效提高焊缝质量的焊接方法。
因此，开展X80管线钢激光电弧复合焊方法的研究，实现高速、高效生产是十分有必要的。
发明内容
本发明的目的是为了克服传统熔化极电弧焊的方法焊接X80管线钢存在热输入量大、易产生淬硬组织、生产效率低等问题，提供一种焊接X80管线钢板材的工艺方法。
为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种焊接X80管线钢板材的工艺方法，所述方法包括以下步骤：
(1)将X80管线钢板材进行加工，得到具有Y字形坡口的X80管线钢板材；
(2)将步骤(1)所得X80管线钢板材进行预处理，然后固定在通有保护气体的装置上；
(3)依次进行打底焊接和盖面焊接。
优选地，在步骤(1)中，所述Y字形坡口包括钝边和双斜面夹角；更优选地，所述Y字形坡口的钝边厚度为1-5mm，所述Y字形坡口的双斜面夹角为30-60°。
优选地，在步骤(2)中，所述预处理步骤包括：使用试剂清除X80管线钢板材表面的油污，然后去除接头两侧的氧化膜。
优选地，在步骤(3)中，所述打底焊接具体步骤包括：设置打底焊接的激光参数和熔化极气体保护焊参数，然后启动激光器进行焊接，同时向焊缝正面和焊缝背面吹保护气体。
优选地，在步骤(3)中，所述打底焊接的激光参数为：激光功率为4500～5500W，离焦量为-1～+1mm；所述打底焊接的熔化极气体保护焊参数为：光丝间距为1.8～2.2mm，焊接速度为31～35mm/s，送丝速度为18～22m/min，焊接电流为340～360A，焊接电压为30～40V。
优选地，在步骤(3)中，所述盖面焊接的具体步骤包括：清理打底焊缝的金属粉尘，然后设置盖面焊接的激光参数和熔化极气体保护焊参数，之后启动激光器进行焊接，同时向焊缝正面和焊缝背面吹保护气体。
优选地，在步骤(3)中，所述盖面焊接的激光参数为：激光功率为750～850W，离焦量为-1～+1mm；所述盖面焊接的熔化极气体保护焊参数为：光丝间距为1.8～2.2mm，焊接速度为6～10mm/s，送丝速度为10～18m/min，焊接电流为200～300A，焊接电压为26～27V。
优选地，在所述打底焊接或所述盖面焊接中，以所述焊缝正面或所述焊缝背面的保护气体的总重量为100％计，所述焊缝正面的保护气体含有75～85重量％Ar和15～25重量％CO2，所述焊缝正面的保护气体流量为10～20L/min；所述焊缝背面的保护气体含有100重量％Ar，所述焊缝背面的保护气体流量为2～10L/min。
优选地，所述打底焊接和所述盖面焊接使用的焊丝直径为1～1.5mm。
本发明第二方面提供一种由上述方法焊接得到的X80管线钢焊接接头。
本发明方法焊接的X80管线钢厚板不但能够实现高速焊接，降低焊道数量，提高焊接接头制备效率，而且较低的热输入和快速的焊接速度降低了接头晶粒尺寸，使得焊接接头成形良好质量高。
附图说明
图1是本发明所述X80管线钢接头坡口的示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
本发明第一方面提供一种焊接X80管线钢板材的工艺方法，所述方法包括以下步骤：
(1)将X80管线钢板材进行加工，得到具有Y字形坡口的X80管线钢板材；
(2)将步骤(1)所得X80管线钢板材进行预处理，然后固定在通有保护气体的装置上；
(3)依次进行打底焊接和盖面焊接。
在本发明所述的方法中，在步骤(1)中，对于所述Y字形坡口的加工方法没有特殊要求，可以为本领域的常规加工方法。在具体实施方式中，所述Y字形坡口的加工方法可以为激光切割方法。
在本发明所述的方法中，在步骤(1)中，所述Y字形坡口包括钝边和双斜面夹角；优选地，所述Y字形坡口的钝边厚度为1-5mm，所述Y字形坡口的双斜面夹角为30-60°。具体地，例如所述Y字形坡口的钝边厚度可以为1、2、2.5、3、3.5、4、4.5或5mm。具体地，所述Y字形坡口的双斜面夹角可以为30°、35°、40°、45°、50°、55°或60°。
在本发明所述的方法中，所述钝边是X80管线钢板材开坡口时，沿X80管线钢板材厚度方向未开坡口的端面部分。
在本发明所述的方法中，在步骤(2)中，所述预处理步骤包括：使用试剂清除X80管线钢板材表面的油污，然后去除接头两侧25mm范围内的氧化膜。
在本发明所述的方法中，对所述试剂的选择没有特殊要求，可以为本领域的常规选择，只要能清除X80管线钢板材表面的油污即可。在具体实施方式中，所述试剂可以为丙酮。
在本发明所述的方法中，对所述去除氧化膜的方法没有特殊要求，可以为本领域的常规方法，只要能露出金属光泽即可。在具体实施方式中，所述去除氧化膜的方法可以为机械打磨的方法。
在本发明所述的方法中，对于所述激光器没有特殊的限制，可以为本领域的常规选择。
在本发明所述的方法中，在步骤(3)中，所述打底焊接具体步骤包括：设置打底焊接的激光参数和熔化极气体保护焊参数，然后启动激光器进行焊接，同时向焊缝正面和焊缝背面吹保护气体。
在本发明所述的方法中，在步骤(3)中，所述打底焊接的激光参数为：激光功率为4500～5500W，离焦量为-1～+1mm；具体地，所述激光功率可以为4500W、4700W、5000W、5300W或5500W。具体地，所述离焦量可以为-1mm、-0.5mm、0mm、+0.5mm或+1mm。
所述打底焊接的熔化极气体保护焊参数为：光丝间距为1.8～2.2mm，焊接速度为31～35mm/s，送丝速度为18～22m/min，焊接电流为340～360A，焊接电压为30～40V。具体地，所述光丝间距可以为1.8mm、1.9mm、2mm、2.1mm或2.2mm。具体地，所述焊接速度可以为31mm/s、32mm/s、33mm/s、34mm/s或35mm/s。具体地，所述送丝速度可以为18m/min、19m/min、20m/min、21m/min或22m/min。具体地，所述焊接电流可以为340A、345A、350A、352A、354A、356A或360A。具体地，所述焊接电压可以为30V、32V、34V、36V、38V或40V。
在本发明所述的方法中，在步骤(3)中，所述盖面焊接具体步骤包括：清理打底焊缝的金属粉尘，然后设置盖面焊接的激光参数和熔化极气体保护焊参数，之后启动激光器进行焊接，同时向焊缝正面和焊缝背面吹保护气体。
在本发明所述的方法中，对于所述清理打底焊缝的金属粉尘的方法没有特殊要求，只要是能将金属粉尘清理干净即可。在具体实施方式中，所述清理打底焊缝的金属粉尘使用的是钢丝刷。
在本发明所述的方法中，在步骤(3)中，所述盖面焊接的激光参数为：激光功率为750～850W，离焦量为-1～+1mm；具体地，所述激光功率可以为750W、770W、800W、830W或850W。具体地，所述离焦量可以为-1mm、-0.5mm、0mm、+0.5mm或+1mm。
所述盖面焊接的熔化极气体保护焊参数为：光丝间距为1.8～2.2mm，焊接速度为6～10mm/s，送丝速度为10～18m/min，焊接电流为200～300A，焊接电压为26～27V。具体地，所述光丝间距可以为1.8mm、1.9mm、2mm、2.1mm或2.2mm。具体地，所述焊接速度可以为6mm/s、7mm/s、8mm/s、9mm/s或10mm/s。具体地，所述送丝速度可以为10m/min、12m/min、14m/min、16m/min或18m/min。优选情况下，所述焊接电流为220～230A，具体地，例如可以为220A、221A、223A、225A、227A、229A或230A。具体地，所述焊接电压可以为26V、26.3V、26.5V、26.7V、26.9V或27V。
在本发明所述的方法中，在所述打底焊接或所述盖面焊接中，以所述焊缝正面或所述焊缝背面的保护气体的总重量为100％计，所述焊缝正面的保护气体含有75～85重量％Ar和15～25重量％CO2，所述焊缝正面的保护气体流量为10～20L/min；具体地，所述焊缝正面的保护气体可以含有75重量％Ar和25重量％CO2、77重量％Ar和23重量％CO2、80重量％Ar和20重量％CO2、83重量％Ar和17重量％CO2或85重量％Ar和15重量％CO2。具体地，所述焊缝正面的保护气体流量可以为10L/min、12L/min、15L/min、18L/min或20L/min。所述焊缝背面的保护气体含有100重量％Ar，所述焊缝背面的保护气体流量为2～10L/min。具体地，所述焊缝背面的保护气体流量可以为2L/min、3L/min、5L/min、7L/min或10L/min。
在本发明所述的方法中，所述打底焊接和所述盖面焊接使用的焊丝直径为1～1.5mm。具体地，所述焊丝直径可以为1mm、1.1mm、1.2mm、1.3mm、1.4mm或1.5mm。
本发明第二方面提供一种由上述方法焊接得到的X80管线钢焊接接头。
本发明所述激光电弧复合焊焊接X80管线钢板材的工艺方法，通过激光参数与熔化极气体保护焊参数之间的耦合，对X80管线钢板材具有钝边、双斜面的Y字形坡口进行焊接，不但能够实现高速焊接，降低焊道数量，提高焊接接头制备效率，而且较低的热输入和快速的焊接速度降低了接头晶粒尺寸，使得焊接接头成形良好质量高。
以下将通过实施例对本发明进行详细描述，但本发明的保护范围并不局限于此。
以下实施例中，熔化极气体保护焊所使用的焊丝牌号为ER80S-Ni1，焊丝直径为1.0mm。
实施例1
(1)将厚度为10mm的X80管线钢板材进行激光切割，得到具有Y字形坡口的X80管线钢板材，所述Y字形坡口的钝边厚度为3mm，双斜面夹角为45°，如图1所示。然后用丙酮清除X80管线钢板材表面的油污，最后用机械打磨的方法将接头两侧25mm范围内氧化膜去除，直到露出金属光泽。
(2)将表面处理过后的X80管线钢板材固定在通有保护气体的装置上。
(3)打底焊接：首先设置激光参数和熔化极气体保护焊参数，激光功率为5000W，离焦量为0mm，光丝间距为2mm，焊接速度为33mm/s，送丝速度为20m/min，焊接电流为352A，焊接电压为34V，然后启动激光器，同时控制焊缝正面的保护气体为80重量％Ar和20重量％CO2并控制焊缝正面的保护气体流量为15L/min，控制焊缝背面的保护气体为100重量％Ar并控制焊缝背面的保护气体流量为5L/min，最后完成打底焊接。
(4)盖面焊接：首先用钢丝刷清理打底焊缝的金属粉末，然后设置激光参数和熔化极气体保护焊参数，激光功率为800W，离焦量为0mm，光丝间距为2mm，焊接速度为8mm/s，送丝速度为12m/min，焊接电流为229A，焊接电压为26.7V，之后启动激光器，同时控制焊缝正面的保护气体为80重量％Ar和20重量％CO2并控制焊缝正面的保护气体流量为15L/min，控制焊缝背面的保护气体为100重量％Ar并控制焊缝背面的保护气体流量为5L/min，最后完成盖面焊接，得到X80管线钢焊接接头A1。
实施例2
(1)将厚度为10mm的X80管线钢板材进行激光切割，得到具有Y字形坡口的X80管线钢板材，所述Y字形坡口的钝边厚度为3mm，双斜面夹角为45°，如图1所示。然后用丙酮清除X80管线钢板材表面的油污，最后用机械打磨的方法将接头两侧25mm范围内氧化膜去除，直到露出金属光泽。
(2)将表面处理过后的X80管线钢板材固定在通有保护气体的装置上。
(3)打底焊接：首先设置激光参数和熔化极气体保护焊参数，激光功率为4500W，离焦量为0mm，光丝间距为2mm，焊接速度为31mm/s，送丝速度为18m/min，焊接电流为340A，焊接电压为30V，然后启动激光器，同时控制焊缝正面的保护气体为75重量％Ar和25重量％CO2并控制焊缝正面的保护气体流量为15L/min，控制焊缝背面的保护气体为100重量％Ar并控制焊缝背面的保护气体流量为5L/min，最后完成打底焊接。
(4)盖面焊接：首先用钢丝刷清理打底焊缝的金属粉末，然后设置激光参数和熔化极气体保护焊参数，激光功率为750W，离焦量为0mm，光丝间距为2mm，焊接速度为6mm/s，送丝速度为12m/min，焊接电流为200A，焊接电压为26V，之后启动激光器，同时控制焊缝正面的保护气体为75重量％Ar和25重量％CO2并控制焊缝正面的保护气体流量为15L/min，控制焊缝背面的保护气体为100重量％Ar并控制焊缝背面的保护气体流量为5L/min，最后完成盖面焊接，得到X80管线钢焊接接头A2。
实施例3
(1)将厚度为10mm的X80管线钢板材进行激光切割，得到具有Y字形坡口的X80管线钢板材，所述Y字形坡口的钝边厚度为3mm，双斜面夹角为45°，如图1所示。然后用丙酮清除X80管线钢板材表面的油污，最后用机械打磨的方法将接头两侧25mm范围内氧化膜去除，直到露出金属光泽。
(2)将表面处理过后的X80管线钢板材固定在通有保护气体的装置上。
(3)打底焊接：首先设置激光参数和熔化极气体保护焊参数，激光功率为5500W，离焦量为0mm，光丝间距为2.2mm，焊接速度为35mm/s，送丝速度为22m/min，焊接电流为360A，焊接电压为40V，然后启动激光器，同时控制焊缝正面的保护气体为85重量％Ar和15重量％CO2并控制焊缝正面的保护气体流量为15L/min，控制焊缝背面的保护气体为100重量％Ar并控制焊缝背面的保护气体流量为5L/min，最后完成打底焊接。
(4)盖面焊接：首先用钢丝刷清理打底焊缝的金属粉末，然后设置激光参数和熔化极气体保护焊参数，激光功率为850W，离焦量为0mm，光丝间距为2.2mm，焊接速度为10mm/s，送丝速度为18m/min，焊接电流为300A，焊接电压为27V，之后启动激光器，同时控制焊缝正面的保护气体为85重量％Ar和15重量％CO2并控制焊缝正面的保护气体流量为15L/min，控制焊缝背面的保护气体为100重量％Ar并控制焊缝背面的保护气体流量为5L/min，最后完成盖面焊接，得到X80管线钢焊接接头A3。
对比例1
按照实施例1的方法进行实施，与之不同的是，在步骤(3)和步骤(4)中，所述焊缝正面的保护气体为70重量％Ar和30重量％CO2。
对比例2
按照实施例1的方法进行实施，与之不同的是，在步骤(3)和步骤(4)中，打底焊接和盖面焊接均不采用激光，均只采用熔化极气体保护焊。
对比例3
按照实施例1的方法进行实施，与之不同的是，在步骤(3)和步骤(4)中，所述离焦量均为+3mm。
测试例
将实施例1-3和对比例1-3的焊接接头按照国家标准GB/T 6394-2017所述方法进行晶粒度测试及评级，测试结果如表1所示。
表1
| 实施例编号 | 晶粒度等级 |
| 实施例1 | 7级 |
| 实施例2 | 5级 |
| 实施例3 | 6级 |
| 对比例1 | 3级 |
| 对比例2 | 3级 |
| 对比例3 | 4级 |
通过表1的结果可以看出，采用本发明方法焊接的X80管线钢板材，焊接接头晶粒度等级高，晶粒细小，焊接效果显著。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种焊接X80管线钢板材的工艺方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
(1)将X80管线钢板材进行加工，得到具有Y字形坡口的X80管线钢板材；
(2)将步骤(1)所得X80管线钢板材进行预处理，然后固定在通有保护气体的装置上；
(3)依次进行打底焊接和盖面焊接；
其中，在步骤(3)中，所述打底焊接的激光参数为：激光功率为5000～5500W，离焦量为-1～+1mm；所述打底焊接的熔化极气体保护焊参数为：光丝间距为2～2.2mm，焊接速度为33～35mm/s，送丝速度为20～22m/min，焊接电流为352～360A，焊接电压为34～40V；
所述盖面焊接的激光参数为：激光功率为800～850W，离焦量为-1～+1mm；所述盖面焊接的熔化极气体保护焊参数为：光丝间距为2～2.2mm，焊接速度为8～10mm/s，送丝速度为12～18m/min，焊接电流为229～300A，焊接电压为26.7～27V；
在步骤(3)中，所述打底焊接的具体步骤包括：设置打底焊接的激光参数和熔化极气体保护焊参数，然后启动激光器进行焊接，同时向焊缝正面和焊缝背面吹保护气体；
在步骤(3)中，所述盖面焊接的具体步骤包括：清理打底焊缝的金属粉尘，然后设置盖面焊接的激光参数和熔化极气体保护焊参数，之后启动激光器进行焊接，同时向焊缝正面和焊缝背面吹保护气体；
在所述打底焊接或所述盖面焊接中，以所述焊缝正面或所述焊缝背面的保护气体的总重量为100％计，所述焊缝正面的保护气体含有80～85重量％Ar和15～20重量％CO2，所述焊缝正面的保护气体流量为10～20L/min；所述焊缝背面的保护气体含有100重量％Ar，所述焊缝背面的保护气体流量为2～10L/min。
2.根据权利要求1所述的焊接X80管线钢板材的工艺方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述Y字形坡口包括钝边和双斜面夹角。
3.根据权利要求2所述的焊接X80管线钢板材的工艺方法，其特征在于，所述Y字形坡口的钝边厚度为1-5mm，所述Y字形坡口的双斜面夹角为30-60°。
4.根据权利要求1所述的焊接X80管线钢板材的工艺方法，其特征在于，在步骤(2)中，所述预处理的步骤包括：使用试剂清除X80管线钢板材表面的油污，然后去除接头两侧的氧化膜。
5.根据权利要求1所述的焊接X80管线钢板材的工艺方法，其特征在于，所述打底焊接和所述盖面焊接使用的焊丝直径为1～1.5mm。
6.由权利要求1-5中任意一项所述方法焊接得到的X80管线钢焊接接头。
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