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X70管线钢焊接工艺研究
2010-07-04 13:14:58 来源:《中国高新技术企业》 作者:李德富 【 】 浏览:792次 评论:0
    摘要:X70是国外20世纪70年代初发展起来的一种微合金高强度管线钢,采用控轧控冷工艺,得到以针状铁素体为主的组织,强度、韧性和焊接性等性能非常好,已在工程中大量使用,技术已很成熟。文章主要探讨了巴西管线建设中X70管线钢的自动焊工艺,以此为鉴,从而改进我国的管线自动焊焊接施工工艺,促进我国管线建设的发展。
  关键词:X70管线钢;自动焊;焊接工艺
  中图分类号:TG113文献标识码:A文章编号:1009-2374?(2010)09-0159-02
  
  X70是国外20世纪70年代初发展起来的一种微合金高强度管线钢,采用控轧控冷工艺,得到以针状铁素体为主的组织,强度、韧性和焊接性等性能非常好,已在工程中大量使用,技术已很成熟。早期的管线钢一直采用C、Mn、Si型的普通碳素钢,在冶金上侧重于性能,对化学成分没有严格的规定。自60年代开始,随着输油、气管道输送压力和管径的增大,开始采用低合金高强钢?(HSLA),主要以热轧及正火状态供货。这类钢的化学成分:C≤0.2%,合金元素≤3%~5%;20世纪60年代末70年代初,美国石油组织在API 5LX和API 5LS标准中提出了微合金控轧钢X56、X60、X65三种钢。这种钢突破了传统钢的观念,碳含量为0.1%-0.14%,在钢中加入≤0.2%的Nb、V、Ti等合金元素,并通过控轧工艺使钢的力学性能得到显著改善。到1973年和1985年,API标准又相继增加了X70和X80钢,而后又开发了X100管线钢,碳含量降到0.01%-0.04%,碳当量相应地降到0.35以下,真正出现了现代意义上的多元微合金化控轧控冷钢。
  我国管线钢的应用研究起步较晚,20世纪80年代之前一直是采用A3F、16Mn这一类的钢材,直至80年代中后期才开始少量采用X60钢管,且多为进口钢材。80年代初开始,国内钢铁企业、制管厂和科研单位经过多年的努力,研制出X60、X65管线钢。2001年,为了国家西气东输工程建设的需要,又研制出了X70高强度管线钢。
  一、我国管线建设的焊接工艺
  70年代初,开始建设大口径长输管道,著名的“八三”管道会战建设了大庆油田至铁岭、由铁岭至大连、由铁岭至秦皇岛的输油管道,解决了困扰大庆原油外输问题。该管道设计管径φ720mm,钢材选用16MnR,埋弧螺旋焊管,壁厚6~11mm。焊接工艺方案为:手工电弧焊方法,向上焊操作工艺;焊材选用J506、J507焊条,焊前烘烤400℃、1小时,φ3.2打底、φ4填充、盖面;焊接电源采用旋转直流弧焊机;坡口为60°V型,根部单面焊双面成型。
  80年代初,开始推广手工向下焊工艺,同时研制开发了纤维素型和低氢型向下焊条。与传统的向上焊工艺比较,向下焊具有速度快、质量好,节省焊材等突出优点,因此在管道环缝焊接中得到了广泛的应用。
  90年代初开始推广自保护药芯焊丝半自动手工焊,有效地克服了其他焊接工艺方法野外作业抗风能力差的缺点,同时也具有焊接效率高、质量好且稳定的特点,现成为管道环缝焊接的主要方式。
  之后的西气东输管线工程中又还进行了半自动焊打底 (STT)和自动焊?(GMAW)相结合的焊接工艺的应用研究。少数建设单位也对内焊机自动焊打底+自动外焊机填充、盖面的焊接工艺进行了应用研究。
  但在随后的工程中,这些自动焊工艺的应用都存在着生产效率和质量不尽如人意的问题,致使这种先进的焊接工艺在我国管线建设中推广进度缓慢。因此,文章在借鉴国外自动焊成功经验的基础上,主要探讨了巴西管线建设中X70钢的自动焊焊接工艺,以改进我国的管线自动焊焊接施工工艺,促进我国管线建设的发展。
  二、国外自动焊工艺
  (一)焊前准备
  1.焊接材料的选择及设备。管材为φ660mmX70钢管,焊丝为伯乐公司生产的ER70s-G焊丝。设备:美国CRC-EVANS公司提供的管线自动焊作业机组配备了2台液压坡口机,1套内焊机?(型号IWM)和4套外焊机?(型号P-260),RTD无损检测公司提供的自动超声波检测机组?(PIPE-SCAN)。
  2.焊接温度控制。环境温度>0℃,焊前不需预热,空气相对湿度<80%,对于环境风速根焊时不超过8m/s,填充、盖面焊时不超过2m/s。
  3.坡口形式。采取现场加工坡口,对口不留间隙 ,坡口加工尺寸偏差为±0.381mm和±1.5°?(坡口加工尺寸如图 1所示)。
  (二)焊接工艺参数
  采用全自动气体保护焊焊接,保护气体为根焊时φ(Ar)75%+φ(CO2)25%,热焊和填充焊时φ(CO2)100%,盖面焊时φ(Ar)75%+φ(CO2)25%。焊丝均为ER70S-G,焊丝直径1.0mm,电源极性均为DCEN,焊道数均为1 道。根焊完成后不使用砂轮机打磨,与道间一样使用钢丝轮清理氧化皮及浮渣即可。具体焊接工艺参数见表l:
  (三)工艺特点
  1.为了保证随后的外部自动焊中的坡口形状,简化自动焊接过程中的自动焊机操作的调整工作,内部根焊完成后不需进行清根处理,以减少因坡口形状不规则而造成的各种缺陷。
  2.X70管线钢焊接对冲击韧性有着较高的要求,为了达到冲击韧性的要求,目前国内使用的各种焊接工艺,都需要采取预热和道间控制最低温度的方式进行施工。而 CRC-EVANS公司提供的管线自动焊工艺开始焊接前不需要进行预热,而且道间温度最高不超过90℃,省去了焊口预热的工序,大大提高了X 70管线的焊接施工工效,同时降低了施工成本。所以说,该工程选用的焊接工艺不需要预热就可获得具有优良力学性能的焊接接头。
  (四)焊接工艺评定
  NEDL公司在CRC-EVANS公司休斯顿焊接实验室提供的管道自动焊焊接工艺的基础上,CRC-EVANS公司派驻现场技术人员的指导下,为了保证工程焊接施工质量,按照API1104的要求,在施工现场营地使用业主提供的管材进行了焊接工艺评定。
  按照相关标准检验焊接接头的力学性能,工艺评定的各项指标符合API1104-1999长输管线焊接标准的要求。试件的力学性能试验结果见表2:
  (五)X70管线钢全位置自动焊焊接施工
  该工程在 Catu -Pilar管线项目中使用自动焊工艺完成40k/m的焊接作业,一个焊接机组每天正常工作时间内完成50~98道焊口,自动超声波检测合格率达到98%以上。
  1.焊接施工保证措施。CRC- EVANS公司不再以单纯出售设备为主,而是总结以往使用该公司的管线自动焊设备的经验和教训,选择提供成套焊接服务,即CRC- EVANS公司提供自动根焊和自动外焊机组,同时派2名技术人员进行现场技术指导。为了能使焊接机组的操作人员不需要具备计算机程序输入和焊接工艺参数调节方面的知识和技能就能操作,节约人力,焊接工艺由该公司的技术人员制定和输入,其现场焊接工艺参数的调整也由他们完成。紧跟机组后面的是一套自动超声波无损检测设备,可以即时检验焊口的焊接质量,一旦发现问题,CRC- EVANS公司技术人员将对造成缺陷的原因进行分析,并制定措施消除产生缺陷的因素。
  2.焊接施工效率。通常情况下,φ660mm×10.3mm 的钢管采用焊条电弧焊施工时,每道焊口的电弧燃烧时间一般在60min以上 ,采用STT + 全自动焊接工艺,每道焊口的电弧燃烧时间为35min左右。在该项目中采用的φ660mm×10.3mmm 的钢管,每道焊口电弧燃烧时间仅为20min 。再考虑到减少预热和道间保温工序,以及清根打磨。综合比较后可知 ,采用管线全位置自动焊比采用焊条电弧焊提高效率至少 60%以上,比采用STT+自动焊工艺提高效率40%以上。
  (六)国外管线自动焊的优势
  与国内管线自动焊工艺相比,可以发现两者之间的区别在于根焊的焊接方法不同,国内采用S TT半自动焊或焊条电弧焊打底完成后一般需要清根处理,以致破坏了机械加工坡口的形状,给自动焊带来困难。而国外管线自动焊采用内部根焊自动焊,无对口间隙,根焊完成后不打磨,不破坏机械加工坡口。另外,两者之间在技术保障措施方面也有不同点,巴西使用的自动焊工艺不需要施工单位技术人员和焊工对自动焊设备和焊接工艺参数有深刻理解和调整能力,而是由厂家技术人员在施工过程中根据现场条件进行调整。再则,在无损检测的保障方面,国外管线自动焊也体现了它的优势,例如,巴西管线自动焊机组随后的自动超声波检测给查找焊接施工缺陷、采取措施消除缺陷提供了有效保证。
  巴西管线建设中,自动焊工艺不需要预热,采取现场加工坡口,对口不留间隙,内部根焊完成后不需要进行清根处理,并且及时进行超声波检测保证焊接质量。工艺评定的各项指标符合API1l04-1999标准的要求。我国的管线自动焊焊接施工工艺,促进我国管线建设的发展。
  因此,我们要参考国外自动焊成功应用的经验,逐步解决国内使用管线自动焊工艺过程中存在的问题,以改进我国的管线自动焊焊接施工工艺,促进我国管线建设的发展。
  
  参考文献
  [1]赵海鸿,尹长华,黄福祥,隋永莉.西气东输用X70钢的自动焊焊接工艺[J].焊接技术,2004,(3).
  [2]郑照东.X70管线钢焊接工艺研究[J].焊管,2001,(6).
  [3]冯志平,李自力.自动焊工艺在巴西管线建设中的应用[J].焊接技术,2009,(3).
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Tags:X70管线钢,自动焊,焊接工艺 责任编辑:草木含羞

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