[发明专利]超高强度高韧性X120级管线钢环形焊缝的焊接工艺

说明书

本发明涉及一种超高强度高韧性X120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)铣边；(4)除锈除油；(5)调节保护气体；(6)组对；(7)启动焊机；(8)点固；(9)预热；(10)根焊；(11)除去渣皮和飞溅；(12)控制层间温度；(13)热焊；(14)除去渣皮和飞溅；(15)控制层间温度；(16)第一次填充焊；(17)除去渣皮和飞溅；(18)控制层间温度；(19)第二次填充焊；(20)除去渣皮和飞溅；(21)控制层间温度；(22)盖面焊；(23)除去渣皮和飞溅。本发明在确保焊接质量满足使用性能要求的同时，明显改善焊接热影响区的晶粒粗化和焊接接头的软化；有利于减少焊接材料的用量，提高焊接效率，降低焊接制造成本；且具有移动性好和适应性广的优点，可适应各种各样复杂的野外施工条件。

技术领域

本发明属于管线钢焊接技术领域，特别是涉及一种超高强度高韧性X120级管线钢环形焊缝的焊接工艺。

背景技术

随着世界范围内石油和天然气需求量的日益增长，选用更为安全、经济可靠的管线钢来降低长距离油气输送管线的建设成本，以及提高输运过程的稳定性、可靠性和安全性显得越来越重要。X120级管线钢与目前管线工程中广泛使用的X80级管线钢相比，在强度上提高了40％，对于降低输送管线的建设成本和确保管道输运的安全具有明显的效果。因此，在不久的将来，超高强度高韧性X120级管线钢将成为石油和天然气输运管线建设的主要用钢。

始于1993年，美国埃克森美孚石油公司(Exxon Mobil)开始着手X120超高强度管线钢的研发，但截至目前，世界范围内生产X120级管线钢板材的企业还为数不多：国外主要有美国埃克森美孚石油公司、日本新日铁(NSC)、住友金属(SMI)、韩国浦项钢铁(POSCO)和欧洲钢管(Europe Pipe)，国内生产过X120级管线钢板材的有宝山钢铁股份有限公司(超高强度高韧性X120管线钢及其制造方法，专利号：CN 101165203 A)、武汉钢铁集团公司(低裂纹敏感性高韧性X120管线钢及其制造方法，专利号：CN 101649425 A)、首钢总公司(一种X120级管线钢及其热轧板卷的生产方法，CN 102851617 A)和莱芜钢铁集团有限公司(X120高钢级管线钢热轧钢板及其制备方法，专利号：CN 103695808 A)。

总体来看，目前对X120级管线钢的研究还主要集中在合金成分设计与控轧控冷板材制造工艺(专利号：CN 101165203 A；CN 101649425 A；CN 102851617 A；CN 103695808A；一种厚规格X120管线钢热轧卷板的低温卷取方法，CN 102962296 A)、从板材到钢管的成型工艺与制管过程中纵向焊缝的埋弧焊接工艺(一种X120管线钢所制直缝埋弧焊管及其制造工艺，CN101205596 A；X120钢级螺旋缝埋弧焊管的制造方法，CN 102205458 A)和X120钢焊接用埋弧焊丝焊剂(一种超高强度管线钢用埋弧焊焊丝及其制备方法，CN 102069320 A；用于X120管线钢焊接的药芯焊丝及其制备方法，CN 104741816 A)的开发和研究。而关于X120级管线钢管口与管口之间环形焊缝的组对焊接工艺，除国际发明专利“对接焊缝和使用熔焊和搅拌摩擦焊的制造方法”(专利号：102264502 A)中介绍了一种熔化焊接+搅拌摩擦焊接工艺外，没有查阅到关于X120级管线钢环形焊缝的焊接工艺的有关专利和文献资料。

国际发明专利(专利号：102264502 A)中环形焊缝的焊接中，根部焊缝采用的是熔化极气体保护焊接工艺从管道内侧施焊，其余部分采用的是搅拌摩擦焊接工艺从管道外侧施焊。该工艺的不足之处有：采用了两套焊接设备，一套是熔化焊接系统，另一套是固相连接的搅拌摩擦焊接系统；而搅拌摩擦焊接系统的野外施工可操作性和灵活性非常受限，因而限制了该工艺在实际野外铺管施工作业中的可行性；整套工艺成本太高。因为搅拌摩擦焊是由搅拌头与母材之间的摩擦生热使焊缝金属达到塑性状态从而形成固相连接的。要使屈服强度在870MPa以上的X120级管线钢达到塑性状态，搅拌头的强度、硬度和使用寿命等都会面临极大的挑战，因而搅拌头的消耗量非常大，这也是目前搅拌摩擦焊接工艺还不能在钢铁焊接领域中获得大规模应用的瓶颈问题之一。