L450M管线钢穿越段焊缝返修焊接工艺

姜欢欢 王绍智 乔虎

1. 概述

济南-青岛输气管线工程全长402km，横跨山东省7个地级市，由干线和联络线组成。本工程干线穿越大中型河流共27条，长度为20 750.4m。在施工过程由于受地理环境、焊工操作水平和工艺参数设置不合理等因素的影响，焊接过程中易出现气孔、夹渣、未熔合等缺陷，故需对不合格焊缝进行返修。本文针对工程中L450M、 φ813mm×20mm 管线钢水平定位焊SMAW全壁厚返修进行了工艺试验，探索出了合理的返修工艺，可用于指导焊接施工。

2. 母材及焊接材料

（1）母材焊接性及力学性能 L450M管线钢为控轧控冷钢，主要用于输送石油天然气的管线，属于低合金高强度钢。其化学成分和力学性能如表1、表2所示。

采用IIW推荐使用的碳当量计算公式得到CE= 0.366%，冷裂纹敏感系数P = 0.16%，母材碳当量＜0.4%，冷裂纹敏感系数＜0.2%，说明钢材具有较好的焊接性和抗裂性能。

（2）焊接材料的确定 根据L450M管线钢的化学成分及力学性能，返修工艺打底焊采用伯乐公司生产的BOEHLER FOX CEL E6010、 φ3.2mm焊条，填充、盖面焊采用低氢型焊条E5515—G ，φ3.2mm，熔敷金属的化学成分如表3所示。

坡口形式

表1 化学成分（质量分数） （%）

表2 力学性能

表3 熔敷金属化学成分（质量分数） （%）

3. 返修工艺

（1）缺陷的清除和坡口制备 根据射线底片上的缺陷种类、位置、深度及缺陷大小测量出缺陷所在的位置，并根据缺陷的性质和部位，使用角向磨光机对缺陷进行彻底的清除，并把坡口两边50mm区域内及坡口面的油锈等杂质清理干净。对清理完的地方，还要通过表面探伤加以确认，合格后方可施焊。清除缺陷后，用角向磨光机将返修部位打磨，打磨后的两端及表面过渡要平缓，宽度要均匀，便于施焊缓坡凹槽。如需全壁厚返修，应开V形坡口，坡口形式如附图所示。

（2）返修工艺 为了满足焊接施工的需要，保证返修后能得到良好的焊缝成形和接头性能，必须采用合适的焊接参数。具体焊接参数如表4所示。

（3）返修工艺要点 主要包括以下几个方面：第一，为避免出现冷裂纹，焊前必须将返修部位坡口两侧100mm区域预热，预热温度为120~160℃，坡口两边预热要均匀，施焊过程中层间温度控制在120~250℃内。

第二，焊前焊条应进行350~400℃烘干 ，纤维素焊条烘干温度70~80℃，并在保温筒内存放，随用随取。坡口附近的铁锈、油污应仔细清理干净，以降低焊缝的含氢量，避免产生冷裂纹。

第三， 返修时SMAW根焊、填充盖面都采用向上焊。根焊时，采用小锯齿形运条方式，短弧向上焊接。焊接过程中控制熔孔大小始终保持一致，以保证焊缝成形良好。

第四，必须严格按照焊接工艺要求进行返修，要一次性完成返修焊缝，焊层焊接的时间间隔要＜10min。如焊道中出现的非裂纹性缺陷，可直接返修。裂纹长度小于焊缝长度8%，采用返修工艺进行返修；裂纹长度大于焊缝长度8%时，所有带裂纹焊缝必须切除。焊缝在同一部位的返修不得超过一次，否则将全部焊缝切除。

第五，为保证返修一次合格，返修工作要选择技术水平较高的、责任心强的焊工进行返修。完成返修工作后，焊缝余高不应低于母材，打磨圆滑过渡，去除渣皮、飞溅物等，清理干净焊缝表面。

第六，返修时只有在环境温度≥-20℃，环境风速≤8m/s，环境湿度≤90%RH的条件下才能进行，如出现其中任一情况不符合要求，应采取可靠的防护措施，否则禁止进行返修。

4. 焊接试验

（1）无损检测 根据SY/T4109—2005标准，返修焊缝进行X射线探伤，未发现缺陷，达到标准中Ⅱ级要求。

（2）力学性能试验 根据SY/T4103—2006《钢制管道焊接及验收》标准，并结合本工程设计文件的要求，对返修焊口试样进行了拉伸、弯曲试验、低温冲击、刻槽锤断试验。

拉伸试验：取4块试样进行拉伸试验，试验结果如表5所示。试样抗拉强度数值较高，满足标准要求。

弯曲试验：弯曲试样8块，进行侧弯试验。试验结果如表6所示。焊接接头没有出现裂纹，试验结果合格。

低温冲击试验：低温冲击试验结果如表7所示。结果表明，焊缝中心是焊接接头低温冲击性能较低的部位，但是满足设计文件要求。

刻槽锤断试验：刻槽试样长约230mm，宽25mm，用钢锯在试样两侧焊缝端面中心（以根焊道为准）锯槽，每个刻槽深度约为3mm。刻槽锤断试样断裂面完全熔合和焊透，无其他缺陷，刻槽试验结果如表8所示。

表4 焊接参数

表5 拉伸试验结果

表6 弯曲试验结果

表7 冲击试验结果

表8 刻槽试验结果

5. 结语

在济南-青岛输气管道二线工程管道干线穿越黄河焊缝返修施工中，采取以上返修工艺，返修 后的焊缝经外观检查和无损检测均合格，且焊接接头的各项性能指标都达到了标准要求，返修一次合格率100%，说明本返修工艺可行性良好，可用于指导管线的返修施工。

[1] 周振丰.焊接冶金学（金属焊接性）[M]. 北京：机械工业出版社，1996.

[2] 李冬梅，等. X65高压集注气管道的焊接[J].油田地面工程，2005.5（5）：45-46.

[3] 张文钺. 焊接冶金学[M]. 北京：机械工业出版社，1999.