X70管道現場焊接技術和質量控制要點講解學習

1、X70管道現場焊接技術和質量控制要點2011-11-11 10:31:39| 分類： 默認分類|標簽：|字號大中小訂閱自西氣東輸開始采用 X70管道用于長輸管道后，很多管線都采用了 X70管道用于輸送油氣。本文以 西氣東輸管道材質為例，分析X70管道焊接的特點。1 X70管線的特點X70管線鋼是按照API 5L管線鋼管的標準，其最低屈服強度達到或超過70300psi，即485兆帕（MPa ）的管線鋼管。實際上在API 5L的標準中，將管線鋼管分為兩個等級，即只要求強度等級的PLS1級鋼管和要求更多性能參數的PSL2級鋼管，PSL2級的鋼管要求標注它的軋制方法，如熱機械控軋，用M標識，淬火的要用

2、Q標示。對它們的要求見表 1和表2 :表1 PSL1級鋼管的性能要求PSL1級鋼管 最小屈服強度最小抗拉強度焊縫最小抗拉強度MPa （ psi） MPa （ psi）MPa （ psi）L485 或 X70485（ 70300） 570（ 82700）570（82700 ）表2 PSL2級鋼管的性能要求PSL2級鋼管屈服強度抗拉強度屈強比焊縫抗拉強度MPa （ psi） MPa （ psi）MPa （ psi）L485或X70 最小 最大 最小 最大 最大最小4856355707600.93570（70300）（ 92100）（ 82700）（ 110200）（ 82700）注：直徑為1219

3、的管道要求Kv=54J，一般D1422mm 直徑的沖擊功要求為 27J，0° C目前的X70管線鋼管都是屬于控扎的微合金碳錳鋼，微合金以Nb、V、Ti為主，微合金的含量總和不超過0.15%。因此管道的組織以針狀鐵素體和貝氏體組成，一般具有良好的焊接性能。根據文獻，為了避免裂紋的出現，都要求最低為100。C的焊接預熱要求。2 X70鋼管線環(huán)峰焊接工藝方法概述自西氣東輸大面積采用了 X70鋼管以后，對現場環(huán)縫的焊接試驗了多種焊接工藝的組合，主要有以下兩種(1 )纖維素焊條根焊加藥芯焊絲自保護焊填充蓋面工藝該工藝普遍用于除了西部部分采用的全自動焊接以外的所有主干線的焊接，屬于半自動焊接方式

4、。(2 )全自動焊接組合用混合氣體保護自動焊焊接根焊和其它焊道。由于采用的是無襯墊焊接根焊，因此有采用多頭內 焊機焊接根焊，或用小車爬行外焊，或用林肯STT技術焊接根焊等方法焊接。3藥芯焊絲自保護焊接的歷史及特點藥芯焊絲自保護焊是使用藥芯焊絲作為焊接材料的一種熔化極氣體保護焊或自保護焊法，在我國 管道施工中用于全位置半自動下向焊焊接工藝。1 9 9 2年，美國林肯公司向管道局推出半自動FCAW下向焊接工藝的同時，重點推出了兩種焊 接設備組合：林肯DC 4 0 0弧焊電源+LN23P送絲機和SAE- 4 0 0柴油發(fā)電機式弧焊電源+ LN23P送絲機。1995年在突尼斯環(huán)城管線使用半自動FCAW

5、下向焊接工藝成功后，1996年 在庫鄯線平原地段進行了推廣。蘇丹工程、利比亞工程、澀寧蘭工程、蘭成渝工程、陜京二線工程施工中， 管線熱焊、填充、蓋面焊基本上采用了該焊接工藝。 西氣東輸工程2 5 0 0公里左右也基本上采用此工藝， 余下的1 5 0 0公里采用自動焊接完成。近10年的工程實踐證明，半自動FCAW下向焊接工藝，在大 口徑長輸管道施工中得到了大力推廣和使用。與半自動CO2氣體保護下向焊接工藝相比，半自動FCAW下向焊接具有工藝性能優(yōu)良、電弧穩(wěn) 定、生產效率高、飛濺小、焊縫成型美觀、鋼種與空間位置適應性好、抗風能力強等優(yōu)點。與傳統(tǒng)的下向 焊條電弧焊工藝相比，它把熱焊、填充焊、蓋面焊焊

6、口一次合格率平均提高到10%左右，生產率提高1. 25至1.5倍左右。與自動焊相比，它具有設備投資少、成本回收快、綜合成本低等優(yōu)點。焊工培訓時間 短，易掌握。在十幾年的工程施工中焊接質量穩(wěn)定，經過X射線拍片檢查，焊口一次合格率平均在9 5% 至9 8%左右。采用半自動FCAW下向焊接工藝在管道施工中達到了國內外工程業(yè)主提岀的四高”標準,完全適合于各種管徑管道全位置下向焊接工藝要求。所以，備受業(yè)主、監(jiān)理、施工單位的青睞。半自動FCAW下向焊接的電弧擴散角較大，造成了電弧電壓徑向能量梯度大，幅度減小，分布趨 于平緩，熔深較淺，所以不太適于深層熔透要求場合下的焊接。但是，其焊縫成型系數大、飛濺率低、

7、焊 縫平緩圓滑，適用于管道下向焊接工藝。在半自動FCAW下向焊接工藝中，有7個主要工藝參數是在焊接中最受關注的問題。這7個工藝 參數分別是電弧電壓、電流、送絲速度、焊絲角度、焊接速度、推力電流和焊絲的干伸長度。在7種工藝 參數完全匹配時，才能實現穩(wěn)定的焊接過程，才能實現小飛濺、焊縫成型好、生產效率高的優(yōu)越性。在焊接過程中，電弧電壓是自保護的重要參數之一。在管道全位置半自動FCAW下向焊工藝中， 電弧電壓一般控制在182 2伏之間。如果電壓過高，則熔渣太稀，不易存留在焊縫表面，失去其焊縫 金屬表面保護作用，產生氣孔。電壓過低，則電弧過程失穩(wěn)、易頂絲，且焊道鼓、飛濺增大，熱焊、填充 焊時岀現夾角，

8、產生夾渣缺陷。推力電流在焊接過程中往往容易被忽視，因為在焊接工藝參數中，它的變化反應最不明顯，但推力 電流在焊接中卻起著很大作用。因為熔滴過渡會頻繁斷路鍎不同的焊條直徑、焊條牌號、焊絲直徑、焊絲 牌號、焊縫空間位置及不同的操作者鍎都會對推力電流有不同的要求。推力電流越小，電弧越軟，但飛濺 小，適合于小電流下手焊操作。推力電流越大，電弧越硬，但飛濺稍大，適用于全位置焊接，并利于電弧 連續(xù)穩(wěn)定。焊絲的干伸長度，即焊絲在導電嘴與工件產生的電弧之間伸岀的長度。干伸長度越長，則電弧電壓 越低；干伸長度越短，則電弧電壓越高。一般干伸長度應控制在192 5. 4毫米之間為宜。如果干伸長度小于19毫米，則因電

9、弧電壓增高，焊絲鋼皮電阻熱增大，焊絲因電阻熱增加變化導致送絲在導電嘴 受阻，減緩送絲速度，又因電阻熱增高，焊絲藥芯顆粒細化，也能造成自保護壓力下降和熔池冷凝快產生 氣孔。如果干伸長度大于2 5. 4毫米，電弧電壓隨之降低，常伴隨著焊絲爆斷，岀現頂絲、穿絲現象。 一般焊絲干伸長度小于19毫米，常常發(fā)生在平焊和立焊位置；干伸長度大于2 5. 4毫米，則易發(fā)生在 仰焊位置。焊絲的干伸長度控制，在焊接過程中對確保焊接質量至關重要。半自動FCAW下向焊接在不同的工藝參數下操作，大致會產生三種熔滴過渡現象。即短路過渡、 大顆粒過渡、細顆粒過渡。在管道全位置下向焊接工藝中，通用的是綜合工藝參數。這個參數適用

10、于立焊 要求，平焊相對較低，仰焊相對較高。在小參數下，如在電弧電壓低、推力電流小、送絲速度快等不匹配 的參數下操作，為短路過渡。由于電壓較低、弧長縮短，熔滴還未縮頸便與熔池金屬接觸，則在表面張力、重力作用下完成過渡、爆炸和再引弧產生沖擊力，使熔池向斜上方拋岀。其中較大尺寸顆粒會落入熔池， 較小顆粒的液態(tài)金屬則飛岀焊接區(qū)，形成飛濺，在中等參數下，產生大顆粒過渡。由于電壓升高，弧長變 長，熔滴在焊絲端部長得較大。當熔滴向熔池方向運動大于其運動方向的阻力時，熔滴脫離焊絲端部，一 般沿著稍偏離焊絲軸線的路徑，自由落入熔池。在強參數下，即大電流、高電壓焊接時，會發(fā)生細顆粒過 渡。這時，熔滴尺寸均勻，過渡

11、路徑為非軸向過渡，電弧弧根直徑大于焊絲端部熔滴直徑，弧根覆蓋在熔 滴的下表面。此時，焊絲端部與熔滴之間的縮頸加快、熔滴尺寸減小，沿非軸向路徑呈細顆粒狀滴落過渡 到熔池中。細顆粒過渡易造成焊縫增寬、焊縫薄、蓋面焊咬邊、熔池因失去自保護產生氣孔或金屬冷凝速 度過快、焊縫中的氫氣來不及排岀產生氣孔等現象。4藥芯焊絲自保護半自動焊技術藥芯焊絲適用于各種位置的焊接， 其連續(xù)性適于自動化過程生產。工藝參數見表3,表4，表5所示（以X70鋼管焊接為例）。表3藥芯焊絲自保護半自動下向焊不同壁厚鋼管焊道層數管壁厚度，mm焊道46778911112.8.3.1.9.7.50.31.12.79.10.9根焊1111

12、1111111熱焊111111111111111111填充焊4810補充焊道1111144（25點處）蓋面焊1 1111122233合計11234444556080表4藥芯焊絲自保護半自動下向焊參考工藝參數鋼管厚度(S，mm主要參數4.812.7送絲速度u，mm min-12.293.30電流(1),A245300電壓(U)，V19 2021 22干伸長度(L)，mm19 2519 25層間溫度(T)，°C20 13520 135表5全纖維素型下向焊接工藝參數焊焊條焊條直極流(1)，焊接電A電弧電壓(U)，V焊接速度u cm - m-n運條方法道型號徑(d)，mm性根0E6013.2

13、CD70 9022亠3010 20直拉焊0E7014.0CD1407022亠3015 30直拉焊熱0E8014.8CD18014022亠3020 30直拉或小幅擺動5 X70管線管藥芯焊絲自保護焊現場焊接材料的選擇(1) 纖維素型焊條根焊根焊焊條現在都采用 E6010，根據壁厚的不同和管徑的大小， 一般選用3.2直徑或4.0直徑的焊條, 對大管徑來說，通常選用4.0直徑的焊條以提高效率。目前比較成熟的有奧地利伯樂焊條， 美國林肯焊條, 美國赫伯特焊條，我國的大西洋牌焊條，它們在工程上都有不同程度的應用。(2 )自保護藥芯焊絲焊接X70管道使用的藥芯焊絲主要是美國赫伯特公司的81N1和81N2，

14、林肯和伯樂公司也有相應的焊絲產品，我國的天津金橋公司也生產相應的焊絲。焊絲的直徑為2.0mm。6 X70管線焊接的質量控制要點及控制方法(1) 重視對焊接工藝評定的控制焊接工藝評定是保證管道焊接質量的前提，它的意義主要是評定所設計的焊接工藝能否達到管線設計的質量要求。管道工程焊接工藝一般至少要求有干線管道的主管線焊接工藝，返修焊接工藝，站場管道 焊接工藝等，或由根據標準要求的重要因素的改變，而分別制定的焊接工藝，如不同壁厚管的對接，連頭 焊接工藝等。對標準規(guī)范要求進行焊接工藝評定的工藝則必須進行評定，以確保焊接質量滿足標準規(guī)范的 相應規(guī)定。根據上述要求，在進行焊接工藝評定時，有下述幾個必須才能

15、保證評定的目的：A必須采用該工程使用的訂貨鋼管進行試驗。因為鋼管雖然都是X70級，實際上每個廠家提供的符合X70級的鋼管化學成分及處理方式不同，供貨狀態(tài)都是不同的，所以采用別人的焊接工藝評定，或采用 非本工程使用的鋼管進行試驗，其試驗結果很難證明該工程使用的焊接工藝是否符合本工程的質量要求。B必須采用質量穩(wěn)定的和指定牌號的焊接材料多個焊接材料的生產廠家可以生產符合所需標準型號的焊接材料，同理，原材料配方和生產方式在 各個廠家都不同，因此如果焊接工藝評定時采用的焊材生產廠家和實際工程使用時的焊接材料生產廠家不 同，則實際環(huán)縫的性能會和工藝評定出的性能就可能不同，因此不能證明焊接工藝評定結果一定適

16、用。即使是同一廠家提供的材料，也會因批次不同，岀現質量問題。問題是，一般在焊接材料驗收的時 候，客戶和焊接材料廠家同意的驗收方法是按照焊接材料生產標準試驗和驗收的，尤其是焊接工藝性能沒 有適合的管道焊接評價方法，因此驗收合格的焊接材料并不一定代表能夠焊接管道。為了控制質量，評定時盡量采用和工程一致的焊材。焊材盡量選擇成熟的廠家，對不同批次的焊材 要制定針對管道焊接工藝性能的驗收方法。C焊接工藝評定必須由參加工程施工的隊伍中進行，參加評定的焊工應是工程隊伍焊工中挑選的中 等水平的焊工，且具有該水平的焊工應具有至少組成一個機組的人員。事實上焊接工藝評定的另一個目的是檢驗參加施工的隊伍能否掌握相應的

17、焊接技能，以確保整個施 工隊伍的整體焊接質量。D最重要的是工程必須要有焊接質量控制和驗收方法的標準。國內長輸管線的焊接標準一般都是根 據美國石油學會的 API 1104的標準進行少量條款的相應改良而成， 改良的目的是使采用的方法和指標符合 工程施工和使用條件的要求。(2) 焊工資格的控制任何管道工程都是由人來完成的，所以工程質量的保障的根本在于具體參與工程的人的技能水平和 整體隊伍的施工管理水平。管道環(huán)縫的焊接是需要掌握合格技術的人來完成，因此如何判定焊接工人確實掌握了這項技能，并 且能夠忠實的執(zhí)行規(guī)定的焊接工藝，就要通過焊工資格認定考試來確定。根據規(guī)范，不同地段，不同類型 的焊口需要有不同的

18、焊工技能。管道現場焊工的資格認定一般分為兩類：一類是正常的干線管道流水焊接的資格，可以分為5G位置和6G位置。因為是流水作業(yè)，甚至可以按照每一層進行資格認定。另一類是返修焊口的資格，要求焊工能夠按照返修工藝進行獨立的焊口切割，組對，進行修補焊接 的能力。焊工應至少具備 6G位置的干線焊口的焊接資格。對施工隊伍的現場管理任務從根本上來說就是：具備資格的人干相應資格的事；保證具有該資格的 人員處于正常的工作狀態(tài)；對所做的工作承擔責任；并保證記錄可以追溯。從中國的國情來說，焊接質量問題主要岀現在以下三個方面：A使用沒有相應資格的人干需要相應資格人干的活，因此不能保證焊接質量；B雖然具有相應資格，卻處

19、于非正常工作狀態(tài)，如過度疲勞或帶病工作等， 其工作也不能保證焊接質 量；C主觀故意不執(zhí)行工藝紀律，如為了趕工期或進度等，這屬于故意損害質量。因此，現場管理的主要內容就是其管理制度要合理健全，避免岀現人為的由于趨利避害的原因而造 成對焊接質量的難以控制和損害。(3) 焊接設備和材料的控制使用的焊接設備必須完好， 其焊接參數的指示儀表應在合格的誤差之內。但是焊接設備盡管在工程前處于完好的狀態(tài)，但每天的工作前一定要檢查調試，這樣做的目的一是確認設備的持續(xù)完好性，其二也 防止意外的參數改變而不知，從而影響焊接質量。事實上，焊工焊接時對焊接設備的輸岀是否正常是非常敏感的，當有異議時，應用另外合格的電 流電壓鉗形表或其它儀表進行驗證。焊接材料必須按照標準或合同規(guī)定進行驗收，驗收應按照批次進行。焊接材料的發(fā)放、現場保管及 作廢都應按照生產廠家的建議執(zhí)行，以確保焊接質量。當然鋼管的質量更加重要，但其現場質量控制和管理方法不屬于本文所涉及的內容。在此不再贅述。(4) 焊口的外觀檢查標準執(zhí)行的焊接規(guī)范中對焊接完成后的焊縫制定了相應的驗收標準，按照標準執(zhí)行即可。但是在執(zhí)行中有幾點注意原則：A焊縫的余高控制可以在焊后立即將余高打磨到標準規(guī)定的范圍，B