一种适用于x70厚壁直缝钢管焊接的多丝埋弧焊接工艺的利记博彩app
【专利摘要】本发明公开了一种适用于X70厚壁直缝钢管焊接的多丝埋弧焊接工艺，通过JCOE成型工艺完成对钢板的制管成型及合缝后，采用大功率混合气体保护焊进行钢管预焊，形成连续、规范、质量稳定的预焊焊缝；采用内焊四丝外焊五丝埋弧自动焊分别完成钢管内焊、外焊缝的焊接；内焊、外焊丝全部采用H08C焊丝，直径为φ4.0mm；焊剂采用998N。解决了在多丝共熔池大线能量焊接条件下，焊接接头热影响区软化和脆化问题，通过本发明制造出的X70厚壁直缝埋弧焊管焊接接头具有良好的低温韧性及断裂韧性，较强的抗裂纹和抗气孔的能力，满足深海服役工况对深海油气输送管道焊接接头在高强韧性、高塑性、耐疲劳、耐腐蚀等多方面综合性能的特殊要求。
【专利说明】一种适用于X70厚壁直缝钢管焊接的多丝埋弧焊接工艺
【技术领域】：
[0001] 本发明属于深海石油天然气输送管道用管线钢管焊接【技术领域】，涉及一种保障深 海管线用X70厚壁直缝钢管焊接接头具有综合性能优异的多丝埋弧焊接工艺，尤其是适用 于对焊接接头在高强韧性、高塑性、耐疲劳、耐腐蚀等多方面综合性能有特殊要求的深海管 线用壁厚为31. 8mm?36. 5mm的X70厚壁直缝埋弧钢管的焊接。
【背景技术】：
[0002] 能源问题已经成为未来社会发展的关键问题。随着陆地、近海油气开发程度越来 越高，已探明油气储量逐年下降，油气产量增长缓慢。海洋占地球总面积的70. 8%，已探明 的油气储量丰富，近年全球获得的重大勘探发现中，有近50%来自深水，深海将成为未来油 气开发的主战场。近年来世界石油勘探重点已由陆地转向海洋，由浅海转向深海，深海油气 勘探开发技术已成为当前全球能源领域研宄的热点问题。
[0003] 海底油气输送管道作为海洋石油天然气最快捷、最经济和最有效的运输方式，是 海上油气田开发与生产的不可或缺的生命线工程。随着能源开发逐渐从陆地走向海洋甚至 深海，要求油气输送管线钢管具有可靠性高、强度高、韧性好（特别是低温冲击韧性和断裂 韧性好）、焊接性良好、抗腐蚀（SCC应力腐蚀开裂和HIC氢致开裂）和抗大变形等性能，深 海厚壁管线钢管开发是亟待解决的一个重要问题。为了提高深水管线的安全性，节省管线 的建设投资，降低运输费用，采用高强度等级、大直径、厚壁的管线管更加经济、合理。因此， 高强度等级、大直径、小径厚比是深水油气管道发展的一个重要趋势。
[0004] 大口径直缝埋弧焊管以其壁厚大、材质好、加工工艺稳定，多用于管道工程建设中 地形情况复杂、环境恶劣的重要地段，也成为目前国内外深海油气输运管道工程的首选焊 管。在大直径直缝埋弧焊管焊接接头中，焊缝和热影响区是最容易产生各种缺陷的地方，而 焊接咬边、气孔、夹渣、未熔合、焊瘤、烧穿、焊接裂纹是主要的焊接缺陷形式，也常常是使直 缝埋弧焊管发生质量事故的起源。因此厚壁直缝埋弧焊管的焊接接头质量是对钢管质量要 求中的重中之重。
【发明内容】
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[0005] 本发明的目的在于提供一种适用于X70厚壁直缝钢管焊接的多丝埋弧焊接工艺， 用于壁厚为31. 8mm?36. 5mm的深海管线用X70厚壁直缝埋弧钢管的多丝埋弧焊接工艺。 解决了随着钢管厚壁增加，钢管成型及焊接的难度增大，在进行厚壁钢管埋弧焊接时，焊接 坡口加深、熔池深度增加，焊接时熔池中的气体、夹渣等缺陷因素上浮的时间增加，焊接缺 陷的几率增加的问题。通过合理设计焊接坡口、焊接材料的不同匹配试验、优化焊接工艺参 数等方法，在进行壁厚为31. 8mm?36. 5mm的X70厚壁直缝埋弧钢管焊接时，采用内焊四丝 外焊五丝埋弧自动焊工艺，合理匹配焊接材料，焊接接头具有优良的综合性能，不仅强度、 冷弯、冲击、断裂韧性、硬度满足工程的技术要求，而且还具有良好抗H 2S腐蚀和氢致开裂性 能。焊接接头抗拉强度彡625MPa ;-20°C下焊缝、熔合线（FL)、FL+2mm及FL+5mm位置处V 型缺口夏比冲击功多150J ;0°C下焊接接头CTOD特征值δ m多0. 25mm ;焊接接头具有良好 的抗H2S腐蚀和氢致开裂能力。
[0006] 为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是采用如下的具体工艺步骤：
[0007] 1、X70厚壁管线钢板材成分：按照质量百分比，深海管线用X70厚壁（31. 8mm? 36. 5mm)直缝埋弧焊管管线钢的化学成份为C 0. 04%?0. 07%，Si 0. 20 %?0. 35%，Mn L 40%?L 70%，P 彡 0.015%，S 彡 0.003%，Ni 0.10%?0.30%，Cr 0.10%?0.30%， Cu 彡 0. 35 %，Mo 0. 10 % ?0. 30 %，Nb 0. 04 % ?0. 07 %，V 彡 0. 06 %，Ti 彡 0. 02 %， Al 彡 0· 04%，N 彡 0· 005%，B 彡 0· 0005%，A1/N 彡 3，Nb+V+Ti 彡 0· 12%，余量为铁和不可 避免的杂质，其冷裂纹系数Pcm < 0. 20。
[0008] 2、钢板板边坡口加工：钢管成型前对定尺钢板两侧边坡口角度及钝边的加工，坡 口型式为双面对称X型，钢板上下面坡口角度均为35±Γ，钝边为10?12mm ;采用机械处 理方法将坡口表面清理干净，去除油污和铁锈。
[0009] 3、钢管成型、合缝及预焊：通过JCOE成型工艺完成对钢板的制管成型及合缝后， 采用大功率混合气体保护焊进行钢管预焊，形成连续、规范、质量稳定的预焊焊缝。
[0010] 4、内焊：采用四丝埋弧自动焊在钢管内侧焊接坡口进行焊接，四丝埋弧自动焊的 第一丝为直流反接，第二丝、第三丝和第四丝为交流。内焊四丝全部采用H08C焊丝，直径为 Φ 4. Omm ;焊剂采用998N。内焊焊接工艺参数为：第一丝电流1000?1200A、电压32?36V， 第二丝电流900?1100A、电压34?38V，第三丝电流800?1000A、电压36?40V，第四丝 电流700?900A、电压38?42V，焊丝间距为17?21_，焊接速度为110?150cm/min。
[0011] 5、外焊：外焊采用五丝埋弧焊在钢管外侧焊接坡口进行焊接，第一丝采用直流 反接，第二丝、第三丝、第四丝和第五丝为交流。外焊五丝全部采用H08C焊丝，直径为 Φ4. Omm ;焊剂采用998N。外焊焊接工艺参数为：第一丝电流1150?1350A、电压31?35V， 第二丝电流900?1100A、电压32?36V，第三丝电流850?1050A、电压35?39V，第四丝 电流700?900A、电压36?38V，第五丝电流700?850A、电压37?39V，焊丝间距为17? 21mm，焊接速度为120?160cm/min。
[0012] 6、超声波检测：对焊接后的钢管内外焊缝及焊缝两侧热影响区部分进行100%的 检查。
[0013] 7、X射线检查：采用图像处理系统对焊接后的钢管内外焊缝进行100%的X射线工 业电视检查，保证探伤的灵敏度。
[0014] 8、焊接接头性能检测：按照DNV-0S-F101《海底管道规范》及相关性能检测试验方 法、标准对焊接接头进行强度、导向弯曲、冲击、断裂韧性、硬度及抗H 2S腐蚀和氢致开裂性 能进行综合性能评价。
[0015] 本发明通过合理设计焊接坡口、优选工艺性能良好的高品质埋弧焊剂、优化焊接 工艺参数等方法，保证了壁厚为31. 8mm?36. 5mm的厚壁X70管线钢管在埋弧焊接时焊缝 与母材的强韧性匹配，解决了在多丝共熔池大线能量焊接条件下，焊接接头热影响区软化 和脆化问题，焊接缺陷得到有效控制。采用内焊四丝、外焊五丝埋弧自动焊分别完成内、夕卜 焊缝的焊接方案。内焊四丝焊接用1#?4#焊丝和外焊五丝焊接用1#?5#焊丝均采用含 有适量合金元素、能显著提高焊缝韧性的H08C焊丝，所有焊丝直径规格全部为Φ4. Omm ;焊 剂采用了洁净度高、S、P含量以及H含量低、工艺性、力学性能均明显优异的998N埋弧焊剂， 在匹配H08C焊丝和相适应的焊接工艺合理的条件下，焊接过程中电弧燃烧稳定，焊缝成形 良好，脱渣容易。为了提高母材熔合比，通过母材对焊缝稀释保障接头的综合性能，采用双 面对称X型坡口，坡口角度采用70±2°，钝边为10?12mm。本发明通过合理设计焊接坡 口、优选工艺性能良好的高品质焊丝和焊剂、优化焊材匹配和优化焊接工艺参数等方法，解 决了厚壁直缝钢管埋弧焊接时，随着钢管厚壁增加，焊接坡口加深、熔池深度增加，焊接时 熔池中的气体、夹渣等缺陷因素上浮的时间增加，产生焊接缺陷几率增加的问题。通过本发 明制造出的X70厚壁直缝埋弧焊管焊接接头具有良好的低温韧性及断裂韧性，较强的抗裂 纹和抗气孔的能力，满足深海服役工况对深海油气输送管道焊接接头在高强韧性、高塑性、 耐疲劳、耐腐蚀等多方面综合性能的特殊要求。
[0016] 由于采用了上述技术方案，本发明取得的技术进步是：
[0017] (1)本发明通过合理设计焊接坡口，钢管成型前对定尺钢板两侧边坡口角度及 钝边的加工，坡口型式为双面对称X型，钢板上下面坡口角度均为35± Γ，钝边为10? 12mm，有效提高了母材的熔合比，通过母材对焊缝金属稀释保障了接头的综合性能。
[0018] (2)本发明通过焊接工艺性能试验优选的焊接性和工艺性良好匹配的H08C焊丝 和998N埋弧焊剂作为厚壁钢管埋弧焊接的匹配焊接材料，通过焊丝、焊剂中的微量元素过 度保证焊缝良好的强度、韧性和塑性，实现了 X70厚壁埋弧焊管焊接接头性能显著提高。
[0019] (3)本发明通过充分考虑厚壁钢管在多丝埋弧焊接中各丝的作用，通过合理设定 各丝电流、电压、角度、焊丝间距及焊接速度等焊接工艺参数，使得焊缝获得合适熔透深度 和良好的形貌，同时有利于焊接过程中气体及熔渣上浮，解决了厚壁钢管埋弧焊接缺陷频 现的问题。
[0020] (4)本发明通过对多丝埋弧焊接各丝电流、电压及焊丝间距等焊接工艺参数的优 化，采用较低的热输入，从而避免热量集中，减小焊接热量对焊缝周围热影响区的影响，保 证焊接热影响区的性能，解决了焊管在焊接过程中局部受热导致强韧性降低的问题。
[0021] (5)通过本发明制造出的壁厚为31. 8mm?36. 5mm厚壁X70厚壁直缝钢管焊接 接头具有较高的抗拉强度、良好的低温韧性、断裂韧性及耐腐蚀性能。焊接接头抗拉强 度彡625MPa ;-20°C下焊缝、熔合线（FL)、FL+2mm及FL+5mm位置处V型缺口夏比冲击功 多150J ;0°C下焊接接头CTOD特征值δ m多〇. 25mm ;焊接接头具有良好的抗H2S腐蚀和氢 致开裂能力。焊接接头综合性能优异，满足深海服役工况对深海油气输送管道焊接接头在 高强韧性、高塑性、耐疲劳、耐腐蚀等多方面综合性能的特殊要求。
【专利附图】
【附图说明】：
[0022] 图1为焊接接头硬度检验位置示意图（其中：a为母材；b为热影响区；c为焊缝）。
[0023] 图2为厚壁埋弧钢管焊接用坡口形式示意图。其中：α为内焊坡口角度（° )，β 为外焊坡口角度（° )，a为外坡口高度（mm)，b为钝边高度（mm)，t为钢管壁厚，1为内焊 坡口，2为外焊坡口，3为上坡口，4为下坡口。
[0024] 图3为厚壁埋弧钢管焊接接头金相形貌。
【具体实施方式】：
[0025] 下面结合X70 Φ765. 2mmX31. 8mm和X70 〇914mmX36. 5mm厚壁深海管线直缝埋 弧焊管焊接接头制造实例及附图对本发明做进一步详细描述：
[0026] 参见图1、图2和图3,本发明的实施例如下：
[0027] 1.X70厚壁管线钢板材成分：按照质量百分比，深海管线用X70厚壁（31. 8mm? 36. 5mm)直缝埋弧焊管管线钢的化学成份为C 0. 04%?0. 07%，Si 0. 20 %?0. 35%，Mn L 40%?L 70%，P 彡 0.015%，S 彡 0.003%，Ni 0.10%?0.30%，Cr 0.10%?0.30%， Cu 彡 0. 35 %，Mo 0. 10 % ?0. 30 %，Nb 0. 04 % ?0. 07 %，V 彡 0. 06 %，Ti 彡 0. 02 %， Al 彡 0· 04%，N 彡 0· 005%，B 彡 0· 0005%，A1/N 彡 3，Nb+V+Ti 彡 0· 12%，余量为铁和不可 避免的杂质，其冷裂纹系数Pcm < 0. 20。
[0028] 2、钢板板边坡口加工：钢管成型前对定尺钢板两侧边坡口角度及钝边的加工，坡 口型式为双面对称X型，钢板上下面坡口角度均为35±Γ，钝边为10?12mm。对厚度为 31. 8mm的钢板，钝边高度为10. 0±0· 25mm，下坡口高度为12±0· 5mm。对厚度为36. 5mm的 钢板，钝边高度为12. 0±0. 25mm，下坡口高度为13. 5±0. 5mm。采用机械处理方法将坡口表 面清理干净，去除油污和铁锈。
[0029] 3、钢管成型、合缝及预焊：通过JCOE成型工艺完成对钢板的制管成型及合缝后， 采用大功率混合气体保护焊进行钢管预焊，形成连续、规范、质量稳定的预焊焊缝。
[0030] 4、内焊：采用四丝埋弧自动焊在钢管内侧焊接坡口进行焊接，四丝埋弧自动焊的 第一丝为直流反接，第二丝、第三丝和第四丝为交流。内焊四丝全部采用H08C焊丝，直径为 Φ4. Omm ;焊剂采用998N。X70 Φ765. 2X31. 8_厚壁直缝埋弧焊管四丝埋弧内焊工艺参数 为：第一丝电流1050A、电压34V，第二丝电流950A、电压37V，第三丝电流850A、电压40V， 第四丝电流750A、电压42V，焊丝间距为20_，焊接速度为140cm/min。X70 Φ914Χ36. 5_ 厚壁直缝埋弧焊管四丝埋弧内焊工艺参数为：第一丝电流1150A、电压33V，第二丝电流 1000A、电压34V，第三丝电流900A、电压36V，第四丝电流800A、电压38V，焊丝间距为18mm， 焊接速度为120cm/min。
[0031] 5、外焊：外焊采用五丝埋弧焊在钢管外侧焊接坡口进行焊接，第一丝采用直流 反接，第二丝、第三丝、第四丝和第五丝为交流。外焊五丝全部采用H08C焊丝，直径为 Φ 4. Omm ;焊剂采用998N。X70 Φ 765. 2 X 31. 8mm厚壁直缝埋弧焊管五丝埋弧外焊焊接工 艺参数为：第一丝电流1300A、电压33V，第二丝电流1050A、电压34V，第三丝电流950A、电 压37V，第四丝电流800A、电压40V，第五丝电流700A、电压42V，焊丝间距为18mm，焊接速度 为150cm/min。X70 Φ914Χ36. 5mm厚壁直缝埋弧焊管五丝埋弧外焊工艺参数为：第一丝 电流1200A、电压33V，第二丝电流1000A、电压34V，第三丝电流900A、电压36V，第四丝电流 850A、电压37V，第五丝电流750A、电压38V，焊丝间距为17mm，焊接速度为130cm/min。
[0032] 6、超声波检测：对焊接后的钢管内外焊缝及焊缝两侧热影响区部分进行100%的 检查。
[0033] 7、X射线检查：采用图像处理系统对焊接后的钢管内外焊缝进行100%的X射线工 业电视检查，保证探伤的灵敏度。
[0034] 8、焊接接头性能检测：按照DNV-0S-F101《海底管道规范》及相关性能检测试验方 法、标准对焊接接头进行强度、导向弯曲、冲击、断裂韧性、硬度及抗H 2S腐蚀和氢致开裂性 能进行综合性能评价。
[0035] 表1、表2、表3、表4、表5、表6和表7给出的是本实例X70 〇765.2X3L8mm和 X70 Φ914Χ36. 5mm厚壁直缝埋弧焊管实物的焊接接头性能试验检测结果，由表中可看出， 利用本发明的制造技术制造的X70厚壁直缝埋弧焊管焊接接头具有良好的低温韧性及断 裂韧性，较强的抗裂纹和抗气孔的能力，满足深海服役工况对深海油气输送管道焊接接头 在高强度、高塑性、耐疲劳、耐腐蚀等多方面综合性能的特殊要求。
[0036] 表1钢管焊接接头拉伸性能试验结果
[0037]
【权利要求】
1. 一种适用于X70厚壁直缝钢管焊接的多丝埋弧焊接工艺，其特征在于：通过JCOE成 型工艺完成对钢板的制管成型及合缝后，采用大功率混合气体保护焊进行钢管预焊，形成 连续、规范、质量稳定的预焊焊缝；采用内焊四丝外焊五丝埋弧自动焊分别完成钢管内焊、 外焊缝的焊接；内焊、外焊丝全部采用H08C焊丝，直径为￠4. Omm ;焊剂采用998N。
2. 如权利要求1所述的多丝埋弧焊接工艺，其特征在于：所述X70厚壁直缝钢管的壁 厚为31. 8mm?36. 5mm ;按照质量百分比，所述X70厚壁直缝钢管的化学成份为C 0. 04 %? 0. 07 %，Si 0. 20 % ?0. 35 %，Mn 1. 40 % ?1. 70 %，P 彡 0. 015 %，S 彡 0. 003 %，Ni 0? 10%?0? 30%，Cr 0? 10%?0? 30%，Cu 彡 0? 35%，Mo 0? 10%?0? 30%，Nb 0? 04%? 0. 07%, V ^ 0. 06%, Ti ^ 0. 02%, A1 ^ 0. 04%, N ^ 0. 005%, B ^ 0. 0005%, A1/N ^ 3, Nb+V+Ti < 0. 12%，余量为铁和不可避免的杂质，其冷裂纹系数Pcm< 0. 20。
3. 如权利要求1所述的多丝埋弧焊接工艺，其特征在于：钢管成型前对定尺钢板两侧 边坡口角度及钝边的加工，坡口型式为双面对称X型，钢板上下面坡口角度均为35± 1°， 钝边为10?12mm ;采用机械处理方法将坡口表面清理干净，去除油污和铁锈。
4. 如权利要求1所述的多丝埋弧焊接工艺，其特征在于：所述内焊采用四丝埋弧自动 焊在钢管内侧焊接坡口进行焊接，第一丝采用直流反接，第二丝、第三丝和第四丝为交流； 内焊焊接工艺参数为：第一丝电流1〇〇〇?1200A、电压32?36V，第二丝电流900?1100A、 电压34?38V，第三丝电流800?1000A、电压36?40V，第四丝电流700?900A、电压38? 42V，焊丝间距为17?21mm，焊接速度为110?150cm/min。
5. 如权利要求1所述的多丝埋弧焊接工艺，其特征在于：所述外焊采用五丝埋弧焊在 钢管外侧焊接坡口进行焊接，第一丝采用直流反接，第二丝、第三丝、第四丝和第五丝为交 流；外焊焊接工艺参数为：第一丝电流1150?1350A、电压31?35V，第二丝电流900? 1100A、电压32?36V，第三丝电流850?1050A、电压35?39V，第四丝电流700?900A、 电压36?38V，第五丝电流700?850A、电压37?39V，焊丝间距为17?21mm，焊接速度 为 120 ?160cm/min。
6. 如权利要求1所述的多丝埋弧焊接工艺，其特征在于：所述内焊采用与H08C焊丝匹 配998N焊剂，焊接接头的力学性能：抗拉强度多625MPa ;-20°C下焊缝、熔合线、FL+2mm及 FL+5mm位置处V型缺口夏比冲击功彡150J ;0°C下焊接接头CT0D特征值Sm彡〇. 25mm;焊 接接头具有良好的抗H2S腐蚀和氢致开裂能力。
【文档编号】B23K101/10GK104475941SQ201410724462
【公开日】2015年4月1日 申请日期:2014年12月3日 优先权日:2014年12月3日
【发明者】毕宗岳, 牛爱军, 牛辉, 黄晓辉, 刘海璋, 赵红波, 张万鹏, 刘斌, 陈长青, 包志刚, 赵勇, 杨军, 刘刚伟, 杨耀彬 申请人:宝鸡石油钢管有限责任公司