一种X80级管线钢环形焊缝的焊接工艺

摘要

本发明涉及一种X80级管线钢环形焊缝的焊接工艺，工艺步骤如下：(1)准备母材：(2)准备焊丝；(3)除锈；(4)铣边；(5)除油；(6)组对；(7)点固；(8)焊缝对中；(9)预热；(10)根焊层；(11)除去药皮和夹杂；(12)控制层间温度；(13)热焊层；(14)除去药皮和夹杂；(15)控制层间温度；(16)第一填充层；(17)除去药皮和夹杂；(18)控制层间温度；(19)第二填充层；(20)除去药皮和夹杂；(21)控制层间温度；(22)盖面层。本发明工艺可以在确保焊接质量满足使用性能要求的同时，提高焊接生产效率，减少焊接材料的使用且可降低焊工劳动强度，减少人为因素的不利影响，提升焊接质量，节约焊接成本。

说明书

技术领域

本发明涉及一种X80级管线钢环形焊缝的焊接工艺，属于管线钢焊接技术领域。

背景技术

18.4mm厚X80级高强管线钢，是国内外建设石油和天然气输送管道广泛采用的钢种。我国已经建成的“西气东输一线”、“西气东输二线”、“中缅原油管道”和正在建设的“西气东输三线”以及即将开工建设“西气东输四线”、“中俄原油管道”等都大量采用18.4mm厚X80级高强管线钢。管口与管口组对而成的环形焊缝，是将一节一节管线钢筒体，焊接成绵延几十公里甚至几千公里长度的石油或天然气输送管道的关键技术。

目前，18.4mm厚X80级高强管线钢管-管环形焊缝，工程中广泛采用的是一种手工电弧焊+熔化极气体保护焊的“组合焊接工艺”：根焊层(第一层)采用手工电弧焊工艺，热焊层(第二层)、填充层(从第三层到第六层共计4层)和盖面层(第七层)都是采用的普通熔化极气体保护焊接工艺。图1是该组合焊接工艺7个焊层的示意图。但该“组合焊接工艺”需要采用两套焊接设备(分别为手工电弧焊和熔化极气体保护焊)和两套焊枪(手工焊枪和气体保护焊枪)，且一共需要焊接七层才能够将焊缝填满并获得满足使用性能要求的焊接接头，存在劳动强度大、焊接效率低、焊接质量受人为因素影响不够稳定等不足，不能适应现代化制造业高速高效、绿色环保的发展要求。

在专利CN 104959712 A中提出了一种“管线钢环焊缝自保护药芯焊丝半自动焊焊接工艺”。图2是该自保护药芯焊丝半自动焊的接头示意图。该工艺的主要特点是：接头坡口角度在焊接工艺允许的范围内尽可能的小；焊前对坡口附近150mm范围内母材进行预热，采用熔化极气体保护焊进行根焊打底；采用自保护药芯焊丝半自动焊进行热焊；采用自保护药芯焊丝半自动焊完成其余焊道的填充和盖面，当焊接处坡口开口宽度超过12mm时，采用2道焊，超过20mm时采用3道焊。该工艺的不足之处在于：采用单V型坡口，增大了坡口的总横截面积，也就增加了金属的填充量，因此一共需要焊接11道次才能够将焊缝完全填满并获得满意的接头质量，在一定程度上降低了焊接生产率。

发明内容

为了克服现有的18.4mm厚X80级高强管线钢管-管环形焊缝“组合焊接工艺”需要2套不同的焊接设备、生产效率低的不足，以及克服“自保护药芯焊丝半自动焊”填充金属量大、焊接道次多、生产效率低等不足，本发明提供一种18.4mm厚APIX80级高强管线钢管-管环形焊缝的“2单+3双焊接工艺”，该工艺总共需要焊接5层(或5道次焊缝)，焊缝填充量小，不仅具有很高的焊接生产效率，而且仅需要一套焊接系统就可以完成整个焊道的施工，还可以实现全自动化操作，降低劳动强度和人为因素对焊接质量的不利影响，为我国X80级高强管线钢的高效优质焊接提供参考。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下。

一种X80级管线钢环形焊缝的焊接工艺，工艺步骤如下：

(1)准备母材：采用壁厚为18.4mm、管径为1219mm的X80钢管；

(2)准备焊丝：采用直径为2.0mm的自保护药芯焊丝，牌号为AWS A 5.29E81T8-Ni2；(3)除锈：利用钢丝刷或砂轮去除接头区域附近的铁锈；

(4)铣边：第一个V型坡口角度为30°，第二个V型坡口角度为20°，钝边约1.5～2.0mm；

(5)除油：用脱脂棉蘸取丙酮除去坡口和焊缝两侧的油污；

(6)组对：将两管段在转胎上组对好，管与管之间的间隙控制在1.5mm以内；

(7)点固：用串列双丝熔化极气体保护焊接工艺中的任一丝对两管段进行点焊固定，共计四个点固位置，呈十字分布在焊管上；

(8)焊缝对中：启动转胎，调整焊枪角度使之对中焊缝，调节焊枪与工件之间的夹角为60°～70°；

(9)预热：采用氧乙炔火焰加热法预热根焊区及其附近区域，预热温度控制在120℃～150℃，用手持式远红外测温仪检测预测温度；

(10)根焊：根焊层仅采用双丝熔化极气体保护焊接系统中的前丝施焊，焊接电流为220～250A，电弧电压为25～30V，焊接速度为0.8～1.0m/min^-1；

(11)除去药皮和夹杂：利用砂轮和钢丝刷去除焊缝区和坡口两侧的药皮、夹杂和飞溅；

(12)控制层间温度：采用氧乙炔火焰加热法加热热焊区及其附近区域，层间温度控制在120℃～150℃，用手持式远红外测温仪检测层间温度；

(13)热焊：热焊层仅采用双丝熔化极气体保护焊接系统中的后丝施焊，焊接电流为220～250A，电弧电压为25～30V，焊接速度为0.5～0.8m/min^-1；

(14)除去药皮和夹杂：利用砂轮和钢丝刷去除焊缝区和坡口两侧的药皮、夹杂和飞溅；

(15)控制层间温度：采用氧乙炔火焰加热法加热第一填充焊区及其附近区域，层间温度控制在120℃～150℃，用手持式远红外测温仪检测层间温度；

(16)填充焊1：第一填充层采用双丝熔化极气体保护焊接系统中的前丝和后丝同时施焊，焊接速度为0.3～0.5m/min^-1，前丝焊接电流为200～230A，电弧电压为25～30V，后丝焊接电流为180～210A，电弧电压为28～32V；

(17)除去药皮和夹杂：利用砂轮和钢丝刷去除焊缝区和坡口两侧的药皮、夹杂和飞溅；

(18)控制层间温度：采用氧乙炔火焰加热法加热第二填充焊区及其附近区域，层间温度控制在120℃～150℃，用手持式远红外测温仪检测层间温度；

(19)填充焊2：第二填充层采用双丝熔化极气体保护焊接系统中的前丝和后丝同时施焊，焊接速度为0.3～0.45m/min^-1，前丝焊接电流为200～230A，电弧电压为25～30V，后丝焊接电流为180～210A，电弧电压为28～32V；

(20)除去药皮和夹杂：利用砂轮和钢丝刷去除焊缝区和坡口两侧的药皮、夹杂和飞溅；

(21)控制层间温度：采用氧乙炔火焰加热法加热盖面焊区及其附近区域，层间温度控制在120℃～150℃，用手持式远红外测温仪检测层间温度；

(22)盖面焊：盖面层采用双丝熔化极气体保护焊接系统中的前丝和后丝同时施焊，焊接速度为0.3～0.4m/min^-1，前丝焊接电流为200～230A，电弧电压为25～30V，后丝焊接电流为180～210A，电弧电压为28～32V。

该发明的有益效果在于：本发明工艺可以在确保焊接质量满足使用性能要求的同时，提高焊接生产效率，减少焊接材料的使用且可降低焊工劳动强度，减少人为因素的不利影响，提升焊接质量，节约焊接成本。

附图说明

图1、现有技术中的7焊层“组合焊接工艺”的接头示意图；

图2、现有技术中的6焊层“自保护药芯焊丝半自动焊”的接头示意图；

图3、本发明实施例中所选用的窄间隙双V型坡口的示意图；

图4、本发明实施中的5焊层“2单+3双焊接工艺”的接头示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行描述，以便更好地理解本发明。

实施例

下面结合附图对本发明做进一步的详细描述，本实施例中的工艺如下：

(1)母材：壁厚为18.4mm、管径为1219mm的X80钢管，主要化学成分如表1所示。

表1 母材的化学成分

(2)焊丝：采用直径为2.0mm的自保护药芯焊丝，牌号为AWS A 5.29E81T8-Ni2，该焊接材料的主要化学成分和力学性能指标如表2和表3所示。

表2 焊丝的化学成分(wt％)

表3 焊丝的力学性能

R_p0.2(MPa)R_m(MPa)A(％)KV₂(J)≥470550-690≥19≥27(-30℃)

(3)除锈：利用钢丝刷或砂轮去除接头区域附近的铁锈。

(4)铣边：第一个V型坡口角度为30°，第二个V型坡口角度为20°，钝边约1.5～2.0mm，如图3所示。

(5)除油：用脱脂棉蘸取丙酮除去坡口和焊缝两侧的油污。

(6)组对：将两管段在转胎上组对好，管与管之间的间隙控制在1.5mm以内。

(7)点固：用串列双丝熔化极气体保护焊接工艺中的任一丝对两管段进行点焊固定，共计四个点固位置，呈十字分布在焊管上。

(8)焊缝对中：启动转胎，调整焊枪角度使之对中焊缝，调节焊枪与工件之间的夹角为60°～70°。

(9)预热：采用氧乙炔火焰加热法预热根焊区及其附近区域，预热温度控制在120℃～150℃，用手持式远红外测温仪检测预测温度。

(10)根焊：根焊层仅采用双丝熔化极气体保护焊接：系统中的前丝施焊，焊接电流为220～250A，电弧电压为25～30V，焊接速度为0.8～1.0m/min^-1。

(11)除去药皮和夹杂：利用砂轮和钢丝刷去除焊缝区和坡口两侧的药皮、夹杂和飞溅。

(12)控制层间温度：采用氧乙炔火焰加热法加热热焊区及其附近区域，层间温度控制在120℃～150℃，用手持式远红外测温仪检测层间温度。

(13)热焊：热焊层仅采用双丝熔化极气体保护焊接系统中的后丝施焊，焊接电流为220～250A，电弧电压为25～30V，焊接速度为0.5～0.8m/min^-1。

(14)除去药皮和夹杂：利用砂轮和钢丝刷去除焊缝区和坡口两侧的药皮、夹杂和飞溅。

(15)控制层间温度：采用氧乙炔火焰加热法加热第一填充焊区及其附近区域，层间温度控制在120℃～150℃，用手持式远红外测温仪检测层间温度。

(16)填充焊1：填充第一层采用双丝熔化极气体保护焊接系统中的前丝和后丝同时施焊，焊接速度为0.3～0.5m/min^-1，前丝焊接电流为200～230A，电弧电压为25～30V，后丝焊接电流为180～210A，电弧电压为28～32V。

(17)除去药皮和夹杂：利用砂轮和钢丝刷去除焊缝区和坡口两侧的药皮、夹杂和飞溅。

(18)控制层间温度：采用氧乙炔火焰加热法加热第二填充焊区及其附近区 域，层间温度控制在120℃～150℃，用手持式远红外测温仪检测层间温度。

(19)填充焊2：填充第二层采用双丝熔化极气体保护焊接系统中的前丝和后丝同时施焊，焊接速度为0.3～0.45m/min^-1，前丝焊接电流为200～230A，电弧电压为25～30V，后丝焊接电流为180～210A，电弧电压为28～32V。

(20)除去药皮和夹杂：利用砂轮和钢丝刷去除焊缝区和坡口两侧的药皮、夹杂和飞溅。

(21)控制层间温度：采用氧乙炔火焰加热法加热盖面焊区及其附近区域，层间温度控制在120℃～150℃，用手持式远红外测温仪检测层间温度。

(22)盖面焊：盖面层采用双丝熔化极气体保护焊接系统中的前丝和后丝同时施焊，焊接速度为0.3～0.4m/min^-1，前丝焊接电流为200～230A，电弧电压为25～30V，后丝焊接电流为180～210A，电弧电压为28～32V，所获得的产品图如图4所示。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。