西气东输二线工程X80管线钢焊接工艺研究 ——RMD根焊 + 自保护药

大庆油田建设集团培训中心 (黑龙江163712) 袁吉伟 李国庆 刘增峰 都宏海

2008年4月，西气东输二线工程正式启动。西气东输二线管道是我国管道建设史上管道口径最大、压力等级最高和输气能力最强的一条主要管道，标志着我国能源建设又增加了一个新的里程碑。工程所用管道材质为X80钢，是一种新型低合金高强钢，美国ITW焊接集团管道组结合美国惟一的X80长输管线(CHEYNNE管线)工艺开发和实践经验，针对高强钢和特种材料的焊接研制了PipePro450RFC焊接系统。目前，西气东输二线的打底焊多采用此焊接系统中的RMD打底焊接，填充盖面采用自保护药芯焊丝半自动焊。

一、焊接性分析

X80管线钢是控轧控冷的微合金钢，具有高强度和良好的抗延性断裂能力，是输气管道中的高钢级管材，其化学成分见表1。X80钢采用了微合金化(加入微量Nb、V、Ti)和控制轧制等新技术，达到了细化晶粒和沉淀强化相结合的效果。同时从冶炼工艺上采取了降C、降S，改变夹杂物形态及提高钢的纯净度等措施，使钢材具有均匀的细晶粒等轴铁素体基体。从而具有高强度、高韧性和良好的焊接性，以及淬硬倾向小和裂纹敏感性低等特点。焊接中的主要问题就是焊缝区合金元素的保护和热影响区的脆化问题。

表1 X80管线钢的化学成分(质量分数) %

钢号

C

Si

Mn

Nb

V

Ti

S

P

N

O

207

0.025

0.24

1.56

0.039

0.019

—

0.0006

0.002

0.0062

0.0043

5502

0.031

0.28

1.26

0.049

0.035

0.014

0.0006

0.0009

0.0020

0.0009

二、焊前准备

1. 焊接方法和焊接材料选择

焊接过程中，基于对焊缝区合金成分的保护，根焊时采用的是郝伯特公司的METALLOY 80N1金属粉芯焊丝打底，来保证焊缝区的合金成分和强度。焊接方法采用最新的RMD焊接工艺，减小热影响区的范围。填充和盖面采用自保护药芯焊丝半自动焊，焊丝使用HO-BART的E81T8-Ni2J自保护药芯焊丝。

2. 坡口和接头形式

管材直径为1219mm，壁厚18.4mm。焊接位置为水平固定5G位管道向下立焊。复合坡口形式如图1所示。

3. 主要焊接参数

X80钢主要焊接参数见表2。

三、焊接过程

焊接前将坡口面及坡口两侧20mm范围内用钢刷打磨出金属光泽。

1. 预热及层间温度

焊前清理完毕后，利用火焰将工件预热到100 ~ 110℃后，再进行施焊。焊接时，层间温度≥60℃。

2. 焊接

焊层

焊接电流 / A

电弧电压 / V

干伸长 / mm

保护气体

气体流量 / L·mm-1

极性

焊丝直径 / mm

根焊

160 ~ 180

14 ~ 17

10 ~ 15

80%Ar + 20%CO2

25

直流反接

1.2

热焊

180 ~ 200

18 ~ 20

15 ~ 25

—

—

直流正接

2.0

填充

200 ~ 270

18 ~ 22

15 ~ 25

—

—

直流正接

2.0

盖面

200 ~ 270

18 ~ 22

15 ~ 25

—

—

直流正接

2.0

(1)根焊 引弧时，焊丝干伸长控制在10mm左右，与工件间应保持一定的距离。在坡口的一侧，采用撞击引弧，防止产生气孔。平位焊接时焊枪与焊接方向的夹角约为70° ~ 80°，立位焊接时焊枪与焊接方向的夹角约为85° ~ 90°，仰位焊接时焊枪与焊接方向的夹角约为80° ~ 90°。接头时，将待焊接头处用磨光机打磨成?a href='http://www.anystandards.com/special/pump.html' target='_blank'>泵妫?谛泵娑ゲ?/span>10mm处引弧。引燃电弧后，将电弧移至斜面底部进行接头。焊接结束前，在弧坑已填满、电弧已熄灭的情况下，使焊枪在弧坑处停留几秒钟后移开，保证熔池凝固时得到可靠的保护。

(2)热焊、填充焊 根焊结束后的第一道填充称为热焊，根焊与热焊的间隔时间不超过10min。① 引弧。引弧点在管上方12点位置。起弧点与根焊接头错开10 ~ 20mm，以避免焊道重叠产生缺陷。接头时，在收弧弧坑焊接方向反方向5 ~ 10mm引燃电弧，如图2所示。② 运弧。引弧后做锯齿形摆动。焊枪角度为70° ~ 80°，焊丝位于熔池的前沿朝焊接方向移动。焊丝摆动至坡口两侧时稍做停留，保证坡口两侧熔合良好。立焊时焊速要快，防止焊速过慢造成铁液下淌。当焊接到仰脸位5 ~ 6点位时，焊枪角度为100° ~ l10°，如图3所示。此时采用U形挑弧摆动焊接法，如图4所示。仰焊时在保证电弧稳定燃烧的同时，可适当增加焊丝的干伸长，以降低焊接电流强度，利于控制熔池温度及形状。最后一遍填充焊时不能过高，以填充厚度低于母材表面1.0mm为宜。可根据坡口情况适当摆动，但不能破坏坡口边缘，以保证盖面焊缝成形美观。焊缝两侧立焊位置熔敷金属因重力作用下流造成两侧焊缝焊层较薄，随着填充层数的增加会越加明显。因此，在进行盖面层的焊接前，可在两侧3点和9点立焊位置进行补焊即立填焊，使填充焊道距母材表面不低于0.5mm，以保证盖面焊时立缝成形饱满。每层填充焊后必须用角向磨光机和电动钢丝刷将焊缝表面的熔渣、飞溅及表面缺陷清理干净，将焊道打磨成两边稍高、中心略低的U形，可有效防止夹渣等缺陷的产生，如图5所示。③收弧。焊接过程中收弧时松开焊枪开关熄灭电弧，后半周与前半周扣头收弧时将弧坑添满再熄弧。

(3)盖面焊 引弧、运弧和收弧过程同热焊、填充焊。盖面焊时焊丝摆动以满足焊缝外观成形的目的，即做锯齿形摆动电弧，以使坡口两侧母材充分熔化，焊缝宽度以坡口每侧熔化1.5 ~ 2mm为宜。注意母材两侧停留时间，减少焊缝表面咬边缺陷，保证焊缝顺直。

四、焊后清理及外观检验

1. 焊后清理

利用钢丝轮和角向磨光机清理焊道表面的熔渣、粉尘及飞溅。打磨时不得伤及母材，不得破坏焊道原始表面。

2. 焊接检验

(1) 焊缝外观成形均匀一致，焊缝及其附近表面不得有裂纹、未熔合、气孔、夹渣、飞溅、焊瘤和末焊透等缺陷。

(2) 焊缝表面不应低于母材表面，焊缝余高≤1.6mm，局部不得> 4mm。

(3) 焊后错边量≤1.6 mm。

(4) 焊缝宽度比外表面坡口宽度每侧增加0.5 ~ 2.5mm。

(5) 咬边深度不得超过0.5 mm；咬边深度< 0.3mm 为合格；咬边深度为0.3 ~ 0.5mm时，其单个长度不得超过30mm，累计长度不得大于焊缝全长的15% 。

(6) 背面凹坑深度≤1.4mm，总长度≤68mm。

(7) x射线探伤需达到Ⅱ级片标准。