[发明专利]高钢级油气输送管线的预精焊焊接工艺

说明书

本发明涉及一种高钢级油气输送管线的预精焊焊接工艺，属于油气输送钢管制造技术领域，适用于X80及以上钢级的管线钢的制管焊接。本发明工艺通过改进预焊保护气体参数与选用高性能的数字脉冲电源，重新设计内外焊坡口，改变内外焊焊接顺序，并制定优化的内外焊焊接工艺，焊接接头的综合性能得到提升的同时，生产效率也得到了提高。

技术领域

本发明涉及一种高钢级油气输送管线的预精焊焊接工艺，属于油气输送钢管制造技术领域。

背景技术

当下，为了提高螺旋缝埋弧焊管的生产效率和质量，中石化、中石油下属的几家大型钢管制造企业正在积极引入或自主研发预精焊螺旋缝焊管生产技术。随着我国油气管网建设的逐步深入，螺旋焊管预精焊工艺得到了广泛的推广，且经过几年的发展我国预精焊技术已达到国际领先水平，业内也有大量关于预精焊技术的设备、工艺、焊缝质量控制等方面的研究，这体现出了预精焊工艺自动化程度高、焊缝性能优异、残余应力小、成型焊接互不干扰等优势。但是，随着对该技术的深入研究以及实际生产经验，发现该工艺也存在一定的缺点，如预焊缝缺陷对精焊质量的影响、钢管管端焊缝质量不稳定等。

现有预精焊钢管的主要制备工艺流程为：拆卷→对头→矫平→铣边→成型→预焊→飞剪→预修补→内焊→外焊，其中与焊接过程相关的工序是预焊、內焊、外焊，预焊的主要焊接工艺为Ar+CO₂的熔化极气体保护焊(MAG)；內焊与外焊合称为精焊，其焊接工艺为先内焊后外焊，且均采用埋弧焊工艺，内焊为2丝串列，外焊为2丝串列。传统的预精焊焊接工艺坡口如图1所示，目前存在以下问题：

(1)预焊工艺为MAG，主要参数如下：气体配比Ar+20～50％的CO₂，气体流量80～100L/min，电压22～25V，送丝速度140～170in/min，焊速2.5～5.0m/min，Ar成分的添加可以减少预焊过程中飞溅物的产生，但焊速最高仅为5.0m/min，大大降低了生产效率；

(2)如图1所示，预精焊的坡口大部分为X型对称坡口，内外焊的坡口角度一般相等，多为60°，钝边厚度一般为7-9mm，具体由板厚决定，预焊缝熔深一般为2-3mm，内外焊均采用双丝串列埋弧焊接工艺，这种坡口形式所使用的内外焊热输入基本相当：前丝电流800～1100A，电压30～34V，后丝电流400～600A，电压33～36V，内焊缝和外焊缝的熔深基本相等且重合量较大，形成的焊接接头如图2所示。由图2可以看出，内外焊缝的热影响区不可避免的形成了交叉，存在几个亚区，其中，粗晶区和临界再热粗晶区是热影响区最为薄弱的环节，粗晶区存在晶粒严重的长大，出现粗晶脆化现象，而临界再热粗晶区为内焊缝粗晶区受到外焊缝的热循环的影响，温度在Ac₁～Ac₃之间，由粗大的原奥氏体晶粒加上沿晶界连续分布的M-A组元组成，晶粒内部的组织为粗大的上贝氏体或者粒状贝氏体，形成局部脆性区，其韧性损失可达40％～60％，实际生产实践中热影响区冲击不稳定的原因主要在此，一旦夏比冲击式样的缺口正好经过此区，会出现低于40J的冲击值，不能满足标准要求，导致整根钢管不合格；

(3)虽然预精焊工艺避免了成型应力对焊接过程的影响，但预焊完后的预焊缝仍受到较大的残余应力的影响，先内焊后外焊的工艺不利于应力的释放，内焊过程中预焊缝的残余拉应力较大处往往会形成裂纹源，在内焊缝出现焊接裂纹的倾向偏大，尤其是在焊接X80及以上的高强钢时，组织热敏感性较大，需特别关注内焊裂纹的形成，当焊接过程中的电流、电压等参数出现较大波动的时候，很容易形成裂纹；

(4)内外焊均采用双丝焊接，焊速一般在1.5m/min以下，导致生产效率下降。

综上所述，传统的预精焊焊接工艺急需进行改进，以提高管线钢双面螺旋埋弧自动焊焊接接头的整体性能与生产效率。

发明内容

本发明的目的是提供一种高钢级油气输送管线的预精焊焊接工艺，通过合理设计焊接坡口型式与内外焊的顺序，提高了焊管的生产效率及接头的弯曲性能。