X80管线钢全自动下向焊焊接工艺

姚宗湘，蒋德平，吕伟

(1.重庆科技学院冶金与材料工程学院，重庆401331；2.中国石油青海油田分公司，甘肃敦煌736202)

X80管线钢全自动下向焊焊接工艺

姚宗湘1，蒋德平1，吕伟2

(1.重庆科技学院冶金与材料工程学院，重庆401331；2.中国石油青海油田分公司，甘肃敦煌736202)

分析了X80管线钢化学成分、力学性能、焊接性能和全位置自动焊工艺特点。通过合理选择焊接方法、设备、焊接材料和焊接接头，制定了规格φ 1 219 mm×22 mm的X80管线钢的焊接工艺参数，以控制焊接热输入，确保接头的性能。此工艺成功地应用于西气东输二线工程，焊接质量优良，效果良好。

管线钢；X80；焊接工艺

0 前言

从我国油气生产和消费结构以及西部大开发的战略来看，长距离、大口径、高压力、耐腐蚀是我国油气管道发展的必然趋势。X80高钢级管线钢主要用于钢材强度要求高的油气输送管线上，是目前国际上较高级别的管线钢。它不仅强韧度高，焊接性能良好，材质含杂质少，而且相比X70钢级来说，有质的飞跃。“西气东输”这条世界级的天燃气干线管道的二线建设采用的就是先进的X80级管线钢，焊接方法主要是焊条电弧焊、半自动焊和自动焊工艺。在此主要介绍X80钢全自动下向焊焊接工艺的研究。

1 X80钢的化学成分及焊接性能

1.1 化学成分及力学性能

试验采用的管线材料为根据API 5L标准生产的X80螺旋埋弧焊钢管，规格φ 1219mm×22mm，化学成分和力学性能分别如表1、表2所示。

表1 X80钢管化学成分%

表2 X80钢管力学性能

由表1可知，此钢含碳量较低，但Mn、Mo和Nb的含量增加，从而保证了针状铁素体的形成和晶粒细化，使X80管线钢在含碳量低的情况下具有良好的强度和韧性。w(S)＝0.003%，进一步提高了X80管线钢的抗H2S腐蚀能力[1]。

1.2 焊接性能

X80管线钢的含碳量较小，但由于合金元素含量较大，其碳当量仍然较高。碳当量可以粗略地反映钢材的淬硬倾向和焊接加工的难易程度，应适当控制碳当量。该钢的冷裂纹敏感指数较低，因此具有良好的焊接性，热裂纹不是该钢种焊接的主要问题。

由表2可知，与X70钢相比，X80钢的强度提高，硬度增加，理论上焊接冷裂纹的倾向会增大。

2 焊前准备

2.1 焊接方法及设备

在西气东输工程中，全自动气体保护焊工艺的使用已日趋成熟。CO2气体保护短路过渡焊以其小电流、低电压、细直径实心焊丝、短路过渡为主要特点，向下焊时熔池体积小，可实现全位置焊接。此方法具有工作效率高、质量好、劳动强度低、技术易于掌握等优点。

根焊采用美国CRC EVANS设计的内焊机IWM配相适应的直流焊接电源进行焊接。该焊机可在野外作业过程中获得更快的焊接速度和更高的精度。它使两根管子的端部排成一条直线，把它们固定到位并将自动机械安放在焊道根部。热焊采用CRC EVANS设计的全自动外焊机P260，并配以相适应的直流焊接电源进行焊接。填充和盖面焊采用CRC EVANS设计的全自动外焊机P600，并配以相适应的直流焊接电源进行焊接。P600是双焊炬全自动焊机，是为提高生产率和降低成本而应用的当今最先进的外焊机设备之一。

2.2 焊接材料的选择

为保证焊缝金属的强度和韧性，焊接时应选用高强度、高韧性、低氢型的焊接材料，以降低焊缝金属中残余的N、O、H含量。为此，根焊和热焊时选用的焊材牌号均为TS－6，直径φ 0.9 mm，符合AWS A5.18 ER70S－G；填充焊和盖面焊均采用φ 1.0 mm ER80S－G实心焊丝，符合AWS A5.29。

2.3 坡口和接头形式

管材直径φ 1 219 mm，壁厚22 mm。焊接位置为水平固定5G位管道向下立焊。采用双V型坡口，内焊机根焊钝边高度1.27±0.38mm，对口间隙0～0.5 mm，如图1所示。焊道设计如图2所示。

图1 接头形式

图2 焊道顺序示意

2.4 主要焊接参数

X80钢焊接主要工艺参数如表3所示。

表3 焊接工艺参数

3 焊接过程

(1)管子清理。先将管子内外坡口边缘两侧25 mm内的油污、锈、水分和氧化物采用机械法清理干净，直至呈现出金属光泽。

(2)对口。采用内对口器进行对口，相邻管焊缝在对口处错开，距离大于等于100 mm。

(3)预热与层间温度。为防止热影响区产生淬硬组织，导致冷裂纹，采取焊前预热。将坡口两侧50 mm内预热到100℃～200℃。同时为防止焊接热影响区软化，焊接过程中使用较小的焊接热输入量，采用薄层多道的方法，控制层间温度在60℃～150℃。

(4)焊接温度低于5℃时，焊接作业宜在防风棚内进行，应采用保温措施保证层间温度；如果在组装和焊接过程中焊口温度冷却至焊接工艺规程要求的最低温度以下时，应重新加热到要求温度；焊后采用缓冷措施。

(5)焊接。根焊和热焊时焊枪运行方式为直拉，以保证坡口两侧熔合良好。热焊道完成后即可撤离内焊机进行填充和盖面，填充和盖面时焊枪运行方式为横摆。由于管径较大，为减小受热不均匀引起应力的分布，每层焊道均由两名焊工对称施焊。

4 焊后清理及外观检验

4.1 焊后清理

层间清理采用动力角向砂轮磨光机和钢丝刷打磨焊接接头。焊接完成后，清除焊缝表面的熔渣、飞溅和污物。余高控制在0～2 mm，如果焊缝余高超高时应打磨至要求的范围，打磨余高应与母材圆滑过渡，且不伤及母材。

4.2 焊接检验

(1)根焊完成后，应检验根焊道，不得有接头熔合不良、裂纹等缺陷。

(2)打磨缺陷处，重新确定预热温度后才能进行补焊。根焊修补参数与CRC EVANS／IWM自动内焊机正常焊接时相同。

(3)错边不大于管壁厚的1／8，且小于3 mm。

(4)焊缝余高控制在0～2 mm。

(5)咬边深度小于等于0.5 mm。当咬边深度小于0.3 mm时为合格；咬边深度0.3～0.5 mm时，其单个长度不得超过30 mm，累计长度不得大于焊缝全长的15%[2]。

(6)背面凹坑深度小于等于1.4 mm，总长度小于等于68 mm。

(7)X射线探伤需达到Ⅱ级标准。

5 结论

按此工艺焊接的管道，根据Q／CNPC110－2005《X80管线钢管线路焊接施工及验收规范》对试验管口进行了工艺评定，结果均为合格。该工艺已用于西气东输二线的焊接，经自动超声波检测一次合格率为97%，再次证实此焊接工艺完全满足施工要求。

[1]高惠临.管线钢—组织、性能、焊接行为[M].西安：陕西科技出版社，1995.

[2]袁吉伟.西气东输二线工程X80管线钢焊接工艺研究[J].金属加工，2008(22)：34－38.

Automatic veritical down welding technology for X80 pipeline steel

YAO Zong-xiang1，JIANG De-ping1，LV Wei2(1.College of Metallurgical and Materials Engineer，Chongqing University of Science and Technology，Chongqing 401331，China；2.Qinghai Oilfield Branch Company of China Petroleum，Dunhuang 736202，China)

The weldability research and positional welding technology feature are analysed in this paper though the introduction on chemical composition and mechanical properties of X80 pipeline steel.Experiments were conducted on X80 pipeline steel with different welding materials.Welded joints were also designed.Welding procedure of φ 1 219 mm×22 mm X80 has drawn up to control heat input.It has been successfully used in factory and has got good welding quality.

pipeline steel；X80；welding procedure

book=76,ebook=221

TG457.11

B

1001－2303(2010)10－0076－03

2009－07－01

姚宗湘(1978—)，女，河南南阳人，讲师，硕士，主要从事焊接工艺方面的教学和研究工作。。