一种管线钢管现场环缝焊接性评估方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及钢管焊接技术，特别设及一种管线钢管现场环缝焊接性评估方法。
【背景技术】
[0002] 焊接是管线钢管现场施工的关键工序，焊接质量与效率决定了整个工程项目的质 量与效率，而管线钢管现场环缝焊接性的优劣将直接影响到环缝接头的焊接质量。一般的， 材料的焊接性包括工艺焊接性和使用焊接性，前者主要是指焊接过程中避免焊接缺陷、得 到连续完整焊接接头的能力，后者主要是指焊接接头的使用性能。其中，工艺焊接性是首要 解决的问题，对于低合金管线钢管现场施工焊接来说，一般是焊接冷裂纹产生的倾向。也就 是说，针对管线钢管现场施工环缝焊接性的评价，就是对其焊接冷裂纹敏感性的评价。
[0003] 当前，针对钢铁材料焊接裂纹敏感性的评价方法很多，如：ISO17642-2标准提出 了用于板材冷裂纹敏感性评估的TEH(EN试验，与GB4675.1所述斜Y型坡口焊接裂纹试验方 法类似，在高拘束条件下进行小尺度试验焊缝的焊接，W此评价材料在一定焊接条件下的 冷裂纹敏感性。然而，该种评价方法拘束条件过于苛刻，加之试验焊缝为不规则形状的单道 焊缝，存在较高的焊接残余应力，更加有利于诱发冷裂纹，所W，运种评价方法过于保守，W 此指导现场管线钢管施工焊接将增加不必要的施工成本，不符合合于使用原则。GB/T 13817提供了一种刚性拘束焊接裂纹试验方法，其将试验钢板完全固定在一块厚度非常大 的底板上，焊接过程中残余应力得不到释放，容易在接头区域诱发冷裂纹，运种方法同样偏 保守，且焊接接头型式和试验焊缝与管线钢管现场施工环缝焊接也存在很大差异，不能用 于管线钢管现场环缝焊接性评估。
[0004] 中国专利申请号201110253869.3公开了一种异种钢再热裂纹敏感性试验方法，中 国专利申请号200910205754.X公开了一种再热裂纹敏感性的评价方法，主要应用于需要焊 后热处理的基于沉淀强化机理的碳钢或合金钢，它们的应用条件和场合决定了其对低合金 管线钢管现场施工环缝焊接性评估没有直接的指导作用。中国专利申请号为US4763521的 专利公开了一种奥氏体不诱钢焊接热裂纹倾向的评价方法，同样不适用于低合金管线钢管 现场施工环缝焊接性评估。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于提供一种管线钢管现场环缝焊接性评估方法，基于现场施工合 于使用原则，利用小尺度管线钢板间接评估管线钢管现场施工环缝焊接性，对钢管现场施 工环缝焊接具有重要的指导意义，实现管道现场环缝焊接工艺优化，从而提高焊接质量，节 约施工成本。
[0006] 为达到上述目的，本发明的技术方案是：
[0007] -种管线钢管现场环缝焊接性评估方法，包括如下步骤：
[0008] 1)采用T形多维拘束机构，其包括加固板及其上的拘束支撑板;加固板和拘束支撑 板结合处通过加固角焊缝组装在一起，呈T形结构；
[0009] 2)在拘束支撑板上端面沿长度方向对称放置两块薄垫板，并将两块试验板分别置 于薄垫板上;试验板相对一端形成焊接接头坡口，坡口角度α= 90~150°，坡口纯边R= 0.8 ~1.5mm，坡 口间距G= 1.0~1.5mm;
[0010] 3)在两试验板的两侧焊接形成共四条拘束角焊缝，将试验板拘束在拘束支撑板上 面;在试验板接近焊接接头位置留出一定长度未经焊接拘束的自由端，两侧试验板自由端 与坡口间距构成了试验板未拘束段，并在该位置设置引弧板/收弧板；
[0011] 4)试验板焊接，试验焊缝垂直于钢板社制方向，即模拟钢管环焊缝方向；试验焊缝 选用纤维素焊条，焊接电流、焊接电压和焊接速度可W根据需要适当调节，满足热输入要求 即可；
[0012] 5)试验板焊接完成后在室溫下将整个机构放置48小时W上，然后按照沿试验焊缝 焊接方向对其进行四等分，并对其中的四个焊缝截面进行50~150倍金相观察；W试验焊缝 厚度为Hw，试验焊缝截面的裂纹长度即焊缝厚度方向为出，试验焊缝裂纹率α=(Σ出/SHw) X100;如果最终的试验焊缝裂纹率Cw不超过5%，则认为该管线钢材料没有明显的冷裂纹 敏感倾向，同等材料的管线钢管应用的电弧焊接方法在施工现场进行环缝焊接时具有良好 的可焊性。
[OOU]优选的，所述试验板厚度为t，宽度50~150mm，长度120~160mm;所述加固板厚度 为1.2~2.化，宽度80~200mm，长度300~450mm;所述拘束支撑板为1.2~2.化，宽度80~ 200mm，长度300~450mm;所述薄垫板厚度为3~6mm，宽度40~120,长度110~140mm。
[0014] 优选的，所述引弧板/收弧板厚度3~6mm，长度15~25,长度25~40mm。
[001引优选的，所述拘束角焊缝焊脚高度MOmm，加固角焊缝焊脚高度M5mm，试验板未 拘束段长度为20~40mm。
[0016] 优选的，所述拘束角焊缝和加固角焊缝选用低氨型焊接材料，包括低氨型焊条或 实忍焊丝。
[0017] 优选的，试验焊缝选用纤维素焊条的型号包括AWSA5.1EeOlCKETOlO-PUESOlO-pi'EgOlO-G。
[0018] 优选的，所述试验板焊接工艺为：
[0019] 板厚<l2mm，预热溫度60 ± 15°C，焊条直径2.4~3.2mm，焊接热输入0.55~0.65kJ/ mm，焊接电流100~135A，焊接电压22~26V，焊接速度250~350mm/min;
[0020] 板厚> 12mm，预热溫度75 ±25°C，焊条直径3.2~5.0mm，焊接热输入0.65~ 0.75kJ/mm，焊接电流120~160A，焊接电压21~25V，焊接速度250~350mm/min。
[0021] 在实际的管线钢管现场施工环缝焊接时，焊缝中存在两种主要的拉伸应力，一种 是钢管轴向拉应力，一种是钢管径向拉应力。轴向拉应力使钢管有向长度方向伸长的倾向， 并在该过程中能够得到部分释放。径向拉应力有使钢管沿径向产生向外侧的翅曲变形的倾 向，但在长距离钢管很大的拘束作用下运种变形几乎不会发生，所W，径向拉应力几乎得不 到释放，存在焊后诱发焊接冷裂纹的风险。
[0022] 基于此，本发明采用T字形多维拘束机构与试板结构，进行管线钢管现场环缝焊接 性特别是冷裂纹敏感性评估。
[0023]本发明加固板和拘束支撑板通过加固角焊缝组装在一起，从而增强了整个结构的 稳定性;然后在拘束支撑板的上面对称放置两块薄垫板，并将两块试验板分别置于薄垫板 上面，一者为后续的试验焊缝背面成型创造了条件，再者可w适当降低该机构对试验板的 拘束度。试验焊接接头坡口采用大角度焊接坡口，可W更加方便操作者在试验过程中观察 焊接烙池，从而采取适当的控制措施，保证焊接质量。利用两侧共四条拘束角焊缝将试验板 拘束在拘束支撑板上面。
[0024] 在试验板接近焊接接头位置，留出一定长度的试验板自由端，一者为试验板留出 了添加引弧板和收弧板的空间，再者适当降低了该机构对试验板的拘束度。运种拘束方法 可W很好的模拟管道现场施工环缝焊接过程，试验板厚度方向（相当于钢管环焊时径向）的 焊接拉伸应力由于加固板和拘束支撑板的联合拘束而得不到释放，长度方向（相当于钢管 环焊时轴向）的拉伸应力可W部分释放，运符合现场合于使用原则。
[0025] 为了保证本发明所述拘束机构的有效性，各部件的几何尺度需要限制。加固板和 拘束支撑板尺度要适中，既要保证一定的拘束度，又不能使拘束力过大，防止使评估试验变 得太保守。薄垫片的厚度选择非常重要，如果厚度太薄，不利于试验焊缝背面成型，也不能 保证引收弧板将焊缝始末的不稳定区域引出。如果厚度太厚，会增加焊接拘束角焊缝的难 度，同时降低了机构的拘束度。试验板的宽度方向（试验焊缝长度方向）精度需要严格限制， 从而使评估试验具有良好的重现性。引收弧板尺寸需要保证将焊缝始末的不稳定区域引出 试验焊缝。拘束角焊缝和加固角焊缝主要为了保证机构的稳定性。
[0026] 为了保证拘束机构的稳定性，拘束角焊缝和加固角焊缝选用低氨型焊接材料，包 括低氨型焊条、实忍焊丝等，并采用焊接材料厂家推荐的焊接工艺进行焊接。试验焊缝选用 纤维素焊条，焊条型号包括AWSA5.化6010、E7010-P1、E8010-P1、E9010-G，根据试验管线钢 板材料强度级别选择对应型号的纤维素焊条。
[0027] 采用纤维素焊条进行试验焊缝的焊接，一者可W很好的模拟管线钢管现场施工环 焊根焊缝，包括焊接工艺过程、焊缝形貌和应力状态，再者，纤维素焊条焊缝氨含量高，具有 较大的脆性，容易诱发焊接冷裂纹。焊接热输入需要严格限制在规定范围内，而焊接电流、 焊接电压和焊接速度可W根据需要适当调节，满足热输入要求即可。
[0028] 本发明所述管线钢管现场环缝焊接性评估技术具有W下优点：
[0029] 本发明多维拘束机构中，试验板与拘束部件的合理尺寸匹配能够较好的模拟实际 的钢管现场施工焊接过程中管道结构整体对环焊缝的拘束情形，无论模拟钢管轴向拉应力 还是径向拉应力，均有诱发焊缝产生冷裂纹的倾向，但鉴于整个机构的尺寸控制与匹配，运 种拘束作用也不会过大，整体来看拘束度适中，符合现场合于使用原则，运种评估结果可W 直接用于指导现场施工环焊，降低了工艺设计过程中的保守度，有利于节约施工焊接成本。