X80管线钢的手工电弧焊返修焊接工艺试验研究

罗全意 魏振宝

长庆油田分公司建设工程处，陕西西安 710086

X80管线钢的手工电弧焊返修焊接工艺试验研究

罗全意 魏振宝

长庆油田分公司建设工程处，陕西西安 710086

本文采用斜Y坡口焊接裂纹试验对三种X80管线钢材料进行了焊接性研究，之后采用优化的手工电弧焊焊接工艺对X80-1管线钢进行了返修焊焊接工艺试验。实验结果表明：X80-1的焊接性最好，X80-3的焊接性次之：X80-2的焊接性最差。试验用X80管线钢具有良好的焊接性，选用的焊接工艺参数合理，采用该工艺参数焊接，可以得到性能良好的接头。

X80；斜Y坡口；焊接性；焊接工艺试验

随着石油工业的发展，现阶段新发现的油、气田大都在边远和地理、气候条件比较恶劣的地带，油、气输送管线所经过的地域更为复杂，如高寒地区、沙漠地区、沼泽地区和海洋地区等。在这些复杂的气候和地域环境下，要高质量的进行管线施工、节省投资、降低工程费用、确保管线安全可靠运行，就不断要求提高管线钢的强度。在管线钢强度级别提高的同时，除了要求材料应具有良好的韧性、抗疲劳性能、抗断裂特性和耐腐蚀性能外，同时还要求不应当恶化钢的焊接性能和加工性能。目前X80管线钢已经成功应用于西气东输二线工程，这表明该材料即将成为我国管道建设的主要用钢，为此，我们将对不同生产厂家生产的X80管线钢进行一些相关研究，以期为将来的工程实践提供帮助。

1 前言

材料焊接性的评价一直是焊接工作者面临的最艰巨的任务，在焊接过程中，焊接技术非常复杂，焊件质量的优劣与大量参数的相互作用以及焊接过程中的组织转变有关[1]。为保证焊件无缺陷，并能满足结构的使用性能要求，就必须对这些相互作用的参数进行控制。焊接性常用的评定方法有以下几种[2]：（1）经验公式：如碳当量（Ceq）、裂纹敏感系数（Pcm）等；（2）对实际焊接结构进行观察、检测以确定焊接性；（3）通过对焊接CCT图测定对焊接热影响区的组织、性能及冷裂纹倾向进行预测；（4）通过对HAZ的硬度测定预测HAZ的冷裂纹倾向及脆化倾向；（5）通过专门的焊接性试验，如插销试验、斜Y坡口试验等对焊接性进行试验评价等。本文将选用碳当量和斜Y型坡口焊接裂纹试验方法来对三种X80管线钢进行焊接性评价，之后选用焊接性最好的一种X80管线钢做后续的返修焊焊接工艺试验。

2、试验材料与试验方法

2.1 试验材料

本文选用的母材以三个不同厂家生产的X80-1、 X80-2和X80-3作为试验对象，板厚均为18.4mm。分别从各钢卷板上取样，各材料的化学成分如表1所示。

表1 三种材料的化学成分（wt%）

2.2 斜Y坡口焊接裂纹试验方法[3]

本试验方法所产生的裂纹多出现于焊根尖角处的热影响区。当焊缝金属的抗裂性能不好时，裂纹可能扩展到焊缝金属，甚至贯穿至焊缝表面。裂纹可能在焊后立即出现，也可能在焊后数分钟，乃至数小时后才开始出现。本次试验焊接方法选用手工电弧焊，焊条选用SH-J770，在350℃下烘烤1小时保温使用；焊接规范为：焊接电流为170± 10A，电弧电压为22±2V，焊接速度为150±l0mm /min。试件的形状和尺寸、手工焊试验焊缝位置如图1。

图1 试件的形状和尺寸、手工焊试验焊缝位置

3 试验结果及分析

3.1 焊接性试验

3.1.1 碳当量评价

采用国际焊接学会推荐的碳当量计算公式（4）分别计算了三种试验钢的碳当量。

3.1.2 斜Y坡口焊接裂纹试验

采用肉眼或其他适当的方法来检查焊接接头的表面和断面是否有裂纹，并分别计算出表面裂纹率、根部裂纹率和断面裂纹率。五个横断面的位置是：按试验焊缝宽度开始均匀处与焊缝弧坑中心之间的距离四等分而确定。计算所得的各种裂纹率如表2所示。

表2 斜Y坡口试验各种裂纹率 （%）

对于斜Y坡口试验来讲，通常我们认为当裂纹率小于20%时，在实际的焊接过程中就不会产生裂纹，由此来看X80-1和 X80-3的表面裂纹率和根部裂纹率都小于20%，断面裂纹率大于20%，但综合裂纹率都在20%以内，因此认为这两种钢材的可焊性良好，且适用于该种焊接工艺。而X80-2的各项裂纹率均大于20%，表明该种钢材的可焊性相比前两者较差，且不适合该焊接工艺。

3.2 焊接工艺试验

采用上述相同的焊接工艺对X80-1管线钢进行了返修焊的焊接工艺试验（焊接规范参数略）。焊接完成后对焊接接头进行了各项力学性能试验和金相组织分析。拉伸试验采用矩形拉伸试样，测的抗拉强度为750MPa；导向弯曲结果表明，面弯、背弯均无裂纹；从冲击韧性试验结果看，焊缝的冲击韧性平均值为220J（-10℃），热影响区的冲击韧性平均值为242J（-10℃）。从各项力学性能结果看，焊接接头均符合相关标准的要求。焊接接头各区域的金相组织如图2所示。

图2 焊接接头各区域的光学金相组织

从图2可以看出，熔合区的组织为粒状贝氏体，焊缝的组织为晶内针状铁素体+粒状贝氏体+少量多边形铁素体，细晶区组织为细小的多边形铁素体+少量的珠光体和M/ A岛。均符合相关标准的要求。

4 结论

（1）从碳当量计算结果和斜Y坡口试验结果可以看出：X80-1的焊接性最好，X80-3的焊接性次之：X80-2的焊接性较差。

（2）X 80-1管线钢具有良好的焊接性，采用优化后的返修焊工艺参数进行焊接后，可以得到性能良好的焊接接头。

[1]高惠临.管线钢组织、性能、焊接行为[M]. 西安：陕西科学技术出版社.1995: 163- 170

[2]李亚江.焊接冶金学-材料焊接性[M].北京：机械工业出版社.2006,11-21

[3]GB4675.1-84.焊接性试验 斜Y坡口焊接裂纹试验方法[S].1984

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.11.074