CN112059362A - 一种x90管线钢大线能量焊接方法 - Google Patents

一种x90管线钢大线能量焊接方法 Download PDF

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Abstract

一种X90管线钢大线能量焊接方法：母材性能：抗拉强度≥720MPa，屈服强度≥630MPa，延伸率A≥17%,‑20℃KV2冲击功≥140J，钢板厚度在16~25mm内的等厚对接焊接；焊缝坡口形式为双面不对称V型，钝边在3.0~4.0mm，单边坡口角度在25º；预焊；埋弧焊接：采用双丝埋弧焊进行正反面焊接：进行探伤。本发明解决了新开发的X90管线钢的强度高、碳当量大，其焊接工艺性较差，焊接过程易出现焊接应头局部硬化及软化现象、有焊接裂纹产生的不足，且在无预热前提下，通过采用44~59kJ/cm大线能量焊接工艺，不仅能显著提高焊接效率，且焊接工艺简单焊接接头稳定性好。

Description

一种X90管线钢大线能量焊接方法
技术领域
本发明涉及一种焊接方法，确切地属于一种X90管线钢大线能量焊接方法。
背景技术
采用高强度、大口径管线管有利于提高天然气长输管道的输送能力并降低管道管理综合成本，同时为了大输量管道建设对管道用钢提出来更高要求。西气东输三线及中俄管线建成，后续更多的管线工程将陆续开建，X90钢也将大规模应用于管线工程。X80钢级已大规模用于长输管道建设，X90管线钢也有试验段应用。X90管线钢在X80基础上强度提升，碳当量增加，其焊接难度也相应增大，焊接过程易出现接头局部硬化及软化现象、焊接裂纹及接头冲击韧性下降等。因此，如不及时有效地解决钢种的焊接性及配套焊接材料和焊接工艺问题，将会直接阻碍X90管线钢的推广应用。
经文献检索：
在所查公开发表文献中，有关于X90管线钢大线能量焊接方法的报道：焊接工艺方法的技术方案是：预焊采用Ar+CO2混合气体保护焊，埋弧焊采用先外焊后内焊的焊接方式，通过严格将外焊焊接热输入控制在20KJ/cm～22KJ/cm，内焊焊接热输入控制在22KJ/cm～27KJ/cm，本发明不但有效的提高了焊缝内在质量和外观形貌，而且焊缝力学性能都加以保证，焊缝及HAZ冲击韧性在-20℃时均能达到100J以上，还降低了焊接成本和防腐成本[9]。一种保障海底管线钢管接头综合性能的多丝埋弧焊焊接工艺，属于管线钢焊接技术领域。其解决了28.8mmX65MS管线钢管焊缝金属和熔合线冲击功和接头硬度不能满足工程要求的问题。采用三丝埋弧自动焊完成内、外焊缝的焊接，内焊缝1丝和2丝以及外焊缝焊丝选用H08C，内焊缝的3丝选用H08E；1丝和2丝直径为Φ4.0mm，3丝直径为Φ3.2mm。接头坡口角度尽量小，提高母材熔合比，通过母材对焊缝稀释保障接头的综合性能，坡口角度选用60°～70°，留8-10mm钝边。本发明通过优化坡口角度和焊材不同匹配，满足厚径比为0.0354海底管线对钢管焊接接头综合性能苛刻要求，而且经济、简便、易行，有利于推广[8]。
关于本项目《X90管线钢大线能量焊接方法》提出：(1)X90管线钢，板厚组合为16-25mm等厚；焊接坡口形式为双面V型对称，采用直径Φ1.2mm的ER70焊丝进行气体(80％Ar+20％CO2)保护焊预焊，气体流量为18～20L/min；埋弧焊丝直径Ф4mm；正面双丝埋弧焊接其焊接参数：前丝电流1000～1150(A)，电压38～40V，后丝电流700～800(A)，电压34～36V，焊接速度80-90cm/min，焊接线能量44～54kJ/cm，采用单道焊将焊缝填满，正面焊后，焊接反面，前丝电流900～1050(A)，电压36～40V，后丝电流600～750(A)，电压33～36V，焊接速度70-90cm/min，焊接线能量47～52kJ/cm，采用单道焊将焊缝填满。(2)技术指标与实物水平：本发明埋弧焊丝熔敷金属屈服强度Rel为650MPa，抗拉强度Rm为730MPa，-20℃冲击功为58J。(2)采用双丝埋弧焊接工艺方法，接头具有较高的强度、冲击韧性储备及安全裕度，完全能满足X90管线钢制管要求。(3)实用性：本发明焊接方法使用高效、稳定、操作简单，提出了一种X90管线钢大线能量焊接方法。适用于X90管线钢的焊接。
在所查文献中，未见与所述X90管线钢大线能量焊接方法相关的报道。
发明内容
本发明的在于解决配合新开发的X90管线钢的特点，即强度高、碳当量大，其焊接工艺性较差，焊接过程易出现焊接应头局部硬化及软化现象、有焊接裂纹产生及接头强韧性下降等不足，提供一种在无预热前提下，通过采用44～59kJ/cm大线能量焊接工艺，不仅能显著提高焊接效率，且焊接工艺简单焊接接头稳定性好的X90管线钢大线能量焊接方法。
实现上述目的的措施：
一种X90管线钢大线能量焊接方法，其步骤：
1)母材性能：抗拉强度≥720MPa，屈服强度≥630MPa，延伸率A≥17％,-20℃KV2冲击功≥140J，钢板厚度在16～25mm内的等厚对接焊接；
2)焊缝坡口形式，为双面不对称V型，钝边在3.0～4.0mm，单边坡口角度在25°；
3)进行预焊：其采用ER70气保焊丝，焊丝直径为Φ1.2mm，保护气体为80％Ar+20％CO2的混合气，气体流量在18～20L/min，焊接电流在250～280A，焊接电压在28～30V，焊接速度控制在40～45cm/min焊接1～2道次；
4)预焊后进行埋弧焊接：采用双丝埋弧焊进行正反面焊接：
A)先进行正面焊接：
正面的前焊丝焊接电流在1000～1150A，电压在38～40V；
正面的后焊丝焊接电流在700～800A，电压在34～36V，焊接速度在80～90cm/min，焊接线能量在44～54kJ/cm，并采用单道焊将焊缝填满；
B)再进行反面焊接：
反面的前焊丝焊接电流在900～1050A，电压在36～40V；
反面的后焊丝焊接电流在600～750A，电压在33～36V，焊接速度在70～90cm/min，焊接线能量在47～52kJ/cm，并采用单道焊将焊缝填满；
5)进行探伤。
其在于：所述埋弧焊丝的组分及重量百分比含量为:C：0.04～0.08％、Mn：1.60～2.0％、Si≤0.15％、S≤0.006％、P≤0.010％、Ni：0.6～1.0％、Mo：0.40～0.60％、Ti：0.05～0.15％、Cu：0.10～0.30％、Cr：0.20～0.60％、B≤0.004％,余量为Fe及不可避免的杂质；其焊丝的抗拉强度为800MPa级；其熔敷金属抗拉强度Rm≥720MPa，焊丝直径Ф4mm，延伸率A≥18％，-20℃KV2冲击功不低于58J。
本发明之所以先采用气保焊进行预焊，可以对X90管线钢进行适当预热及固定焊缝。经预焊后，在进行双丝埋弧焊。焊后其接头三区的-20℃KV2冲击功达到≥102J，高于X90管线钢对接接头三区-20℃KV2≥80J焊接性能标准，且接头三区具有较高的强度、冲击韧性储备及安全裕度，完全能满足X90管线钢制造的关键技术要求。
本发明与现有技术相比，解决了新开发的X90管线钢的强度高、碳当量大，其焊接工艺性较差，焊接过程易出现焊接应头局部硬化及软化现象、有焊接裂纹产生的不足，且在无预热前提下，通过采用44～59kJ/cm大线能量焊接工艺，不仅能显著提高焊接效率，且焊接工艺简单焊接接头稳定性好。
附图说明
图1为本发明坡口形式示意图；
图中：a-单边坡口角度，b-钝边。
具体实施方式
下面对本发明予以详细描述：
表1为本发明各实施例及对比例使用的埋弧焊丝的组分取值列表。
实施例1
一种X90管线钢大线能量焊接方法，其步骤：
1)母材性能：抗拉强度在740MPa，屈服强度在650MPa，延伸率A在18.3％,-20℃KV2冲击功在292J，钢板厚度在18.4mm等厚对接焊接；
2)焊缝坡口形式，为双面不对称V型，钝边在3.0mm，坡口角度在25°；
3)进行预焊：其采用ER70气保焊丝，焊丝直径为Φ1.2mm，保护气体为80％Ar+20％CO2的混合气，气体流量在18～18.5L/min；其焊接电流在250-260A，焊接电压在28-28.5V，焊接速度控制在41cm/min，焊接1道次；
4)预焊后进行埋弧焊接：采用双丝埋弧焊进行正反面焊接，两根埋弧焊丝的直径均为Φ4.0mm：
A)先进行正面焊接：
正面的前焊丝焊接电流在1000～1050A，电压在38.5～39V；
正面的后焊丝焊接电流在700～750A，电压在34.5～35V，焊接速度在85cm/min，焊接线能量在47kJ/cm左右，并采用单道焊将焊缝填满；
B)再进行反面焊接：
反面的前焊丝焊接电流在900～950A，电压在36～36.5V；
反面的后焊丝焊接电流在600～650A，电压在33～33.5V，焊接速度在74cm/min，焊接线能量在48kJ/cm左右，并采用单道焊将焊缝填满；
5)进行探伤。
本实施例所述埋弧焊丝的组分及重量百分比含量为:C：0.043％、Mn：1.65％、Si：0.13％、S：0.005％、P：0.010％、Ni：0.71％、Mo：0.50％、Ti：0.051％、Cu：0.22％、Cr：0.32％、B：0.0035％,余量为Fe及不可避免的杂质；其焊丝的抗拉强度为803MPa；其熔敷金属抗拉强度Rm在727MPa，焊丝直径Ф4mm，延伸率A：18.6％，-20℃KV2冲击功在112.5J；采用常规工艺制备焊丝即可。
经检测，本实施例所焊接的X90管线钢对接接头其力学性：接头屈服强度Rel为650MPa，抗拉强度Rm为730MPa，焊缝冲击功KV2(-20℃)为113J，热影响区为184J。
实施例2
一种X90管线钢大线能量焊接方法，其步骤：
1)母材性能：抗拉强度在760MPa，屈服强度在660MPa，延伸率A在18.8％,-20℃KV2冲击功在310J，钢板厚度在16mm等厚对接焊接；
2)焊缝坡口形式，为双面不对称V型，钝边在3.0-4.0mm，坡口角度在25°；
3)进行预焊：其采用ER70气保焊丝，焊丝直径为Φ1.2mm，保护气体为80％Ar+20％CO2的混合气，气体流量在18～18.5L/min；其焊接电流在250-260A，焊接电压在28-28.5V，焊接速度控制在41cm/min，焊接1道次；
4)预焊后进行埋弧焊接：采用双丝埋弧焊进行正反面焊接，两根埋弧焊丝的直径均为Φ4.0mm：
A)先进行正面焊接：
正面的前焊丝焊接电流在1000～1050A，电压在38.5～39V；
正面的后焊丝焊接电流在700～705A，电压在34.5～35V，焊接速度在90cm/min，焊接线能量在45kJ/cm左右，并采用单道焊将焊缝填满；
B)再进行反面焊接：
反面的前焊丝焊接电流在900～950A，电压在36～36.5V；
反面的后焊丝焊接电流在600～650A，电压在33～33.5V，焊接速度在80cm/min，焊接线能量在47kJ/cm左右，并采用单道焊将焊缝填满；
5)进行探伤。
本实施例所述埋弧焊丝的组分及重量百分比含量为:C：0.068％、Mn：1.76％、Si：0.14％、S：0.006％、P：0.009％、Ni：0.62％、Mo：0.43％、Ti：0.086％、Cu：0.13％、Cr：0.26％、B：0.0032％,余量为Fe及不可避免的杂质；其焊丝的抗拉强度为751MPa；其熔敷金属抗拉强度Rm：748MPa，焊丝直径Ф4mm，延伸率A:18.2％，-20℃KV2冲击功位123J。
经检测，本实施例所焊接的X90管线钢对接接头其力学性：接头屈服强度Rel为670MPa，抗拉强度Rm为750MPa，焊缝冲击功KV2(-20℃)为126J，热影响区为220J。
实施例3
一种X90管线钢大线能量焊接方法，其步骤：
1)母材性能：抗拉强度在720MPa，屈服强度在630MPa，延伸率A在18.2％,-20℃KV2冲击功在311J，钢板厚度在22.6mm等厚对接焊接；
2)焊缝坡口形式，为双面不对称V型，钝边在3.0-4.0mm，坡口角度在25°；
3)进行预焊：其采用ER70气保焊丝，焊丝直径为Φ1.2mm，保护气体为80％Ar+20％CO2的混合气，气体流量在18～18.5L/min；其焊接电流在260-270A，焊接电压在28.5-29V，焊接速度控制在40cm/min，焊接1道次；
4)预焊后进行埋弧焊接：采用双丝埋弧焊进行正反面焊接，两根埋弧焊丝的直径均为Φ4.0mm：
A)先进行正面焊接：
正面的前焊丝焊接电流在1050～1100A，电压在39～39.5V；
正面的后焊丝焊接电流在750～800A，电压在35～35.5V，焊接速度在85cm/min，焊接线能量在52kJ/cm左右，并采用单道焊将焊缝填满；
B)再进行反面焊接：
反面的前焊丝焊接电流在950～1000A，电压在37～37.5V；
反面的后焊丝焊接电流在700～750A，电压在34～34.5V，焊接速度在80cm/min，焊接线能量在50kJ/cm左右，并采用单道焊将焊缝填满；
5)进行探伤。
本实施例所述埋弧焊丝的组分及重量百分比含量为:C：0.056％、Mn：2.0％、Si：0.10％、S：0.0041％、P：0.0089％、Ni：0.98％、Mo：0.58％、Ti：0.105％、Cu：0.18％、Cr：0.46％、B：0.0015％,余量为Fe及不可避免的杂质；其焊丝的抗拉强度为763MPa；其熔敷金属抗拉强度Rm在732MPa，焊丝直径Ф4mm，延伸率A:20％，-20℃KV2冲击功102J。
经检测，本实施例所焊接的X90管线钢对接接头其力学性：接头屈服强度Rel为630MPa，抗拉强度Rm为735MPa，焊缝冲击功KV2(-20℃)为101J，热影响区为226J。
实施例4
一种X90管线钢大线能量焊接方法，其步骤：
1)母材性能：抗拉强度在725MPa，屈服强度在640MPa，延伸率A在18.0％,-20℃KV2冲击功在2941J，钢板厚度在25mm等厚对接焊接；
2)焊缝坡口形式，为双面不对称V型，钝边在3.0-4.0mm，坡口角度在25°；
3)进行预焊：其采用ER70气保焊丝，焊丝直径为Φ1.2mm，保护气体为80％Ar+20％CO2的混合气，气体流量在18～18.5L/min；其焊接电流在260-280A，焊接电压在28.5-29.5V，焊接速度控制在40cm/min，焊接1道次；
4)预焊后进行埋弧焊接：采用双丝埋弧焊进行正反面焊接，两根埋弧焊丝的直径均为Φ4.0mm：
A)先进行正面焊接：
正面的前焊丝焊接电流在1050～1150A，电压在39～40V；
正面的后焊丝焊接电流在750～850A，电压在35～36V，焊接速度在80cm/min，焊接线能量在54kJ/cm左右，并采用单道焊将焊缝填满；
B)再进行反面焊接：
反面的前焊丝焊接电流在950～1050A，电压在37～38V；
反面的后焊丝焊接电流在700～800A，电压在34～35V，焊接速度在75cm/min，焊接线能量在52kJ/cm左右，并采用单道焊将焊缝填满；
5)进行探伤。
本实施例所述埋弧焊丝的组分及重量百分比含量为:C：0.08％、Mn：1.89％、Si≤0.12％、S：0.005％、P：0.0083％、Ni：0.87％、Mo：0.51％、Ti：0.15％、Cu：0.29％、Cr：0.60％、B：0.0018％,余量为Fe及不可避免的杂质；其焊丝的抗拉强度为756MPa；其熔敷金属抗拉强度Rm：741MPa，焊丝直径Ф4mm，延伸率A：22％，-20℃KV2冲击功94J。
经检测，本实施例所焊接的X90管线钢对接接头其力学性：接头屈服强度Rel为640MPa，抗拉强度Rm为745MPa，焊缝冲击功KV2(-20℃)为93J，热影响区为243J。

Claims (2)

1.一种X90管线钢大线能量焊接方法，其步骤：
1) 母材性能：抗拉强度在720~740MPa，屈服强度≥630MPa，延伸率A≥18%, -20℃KV2冲击功≥140J，钢板厚度在18.4~25mm内的等厚对接焊接；
2) 焊缝坡口形式，为双面不对称V型，钝边在3.0~4.0mm，坡口角度在25º；
3）进行预焊：其采用ER70气保焊丝，焊丝直径为Φ1.2mm，保护气体为80%Ar+20%CO2的混合气，气体流量在18~20L/min，焊接电流在250~280A，焊接电压在28~30V，焊接速度控制在40~45cm/min焊接1~2道次；
4）预焊后进行埋弧焊接：采用双丝埋弧焊进行正反面焊接：
A)先进行正面焊接：
正面的前焊丝焊接电流在1000~1150A，电压在38~40V；
正面的后焊丝焊接电流在700~800A，电压在34~36V，焊接速度在80~90cm/min，焊接线能量在44~54kJ/cm，并采用单道焊将焊缝填满；
B) 再进行反面焊接：
反面的前焊丝焊接电流在900~1050A，电压在36~40V；
反面的后焊丝焊接电流在600~750A，电压在33~36V，焊接速度在70~90cm/min，焊接线能量在47~52kJ/cm，并采用单道焊将焊缝填满；
5）进行探伤。
2.如权利要求1所述的一种X90管线钢大线能量焊接方法，其特征在于：所述埋弧焊丝的组分及重量百分比含量为:C：0.04~0.08%、Mn：1.60~2.0%、Si≤0.15%、S≤0.006%、P≤0.010%、Ni：0.6~1.0%、Mo：0.40~0.60%、Ti：0.05~0.15%、Cu：0.10~0.30%、Cr：0.20~0.60%、B≤0.004%,余量为Fe及不可避免的杂质；其焊丝的抗拉强度为800MPa级；其熔敷金属抗拉强度Rm≥720MPa，焊丝直径Ф4mm，延伸率A≥18%，断面收缩率Z不低于68%，-20℃KV2冲击功不低于58J。
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