保障海底管线钢管接头综合性能的多丝埋弧焊焊接工艺的制作方法
【专利摘要】一种保障海底管线钢管接头综合性能的多丝埋弧焊焊接工艺，属于管线钢焊接【技术领域】。其解决了28.8mmX65MS管线钢管焊缝金属和熔合线冲击功和接头硬度不能满足工程要求的问题。采用三丝埋弧自动焊完成内、外焊缝的焊接，内焊缝1丝和2丝以及外焊缝焊丝选用H08C，内焊缝的3丝选用H08E；1丝和2丝直径为Φ4.0mm，3丝直径为Φ3.2mm。接头坡口角度尽量小，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，坡口角度选用60°～70°，留8-10mm钝边。本发明通过优化坡口角度和焊材不同匹配，满足厚径比为0.0354海底管线对钢管焊接接头综合性能苛刻要求，而且经济、简便、易行，有利于推广。
【专利说明】保障海底管线钢管接头综合性能的多丝埋弧焊焊接工艺
【技术领域】
[0001]本发明属于管线钢焊接【技术领域】，特别是提供了一种保障海底管线钢管接头综合性能的多丝埋弧焊焊接工艺，适用于28.8mmX65MS海底管线钢的焊接。
【背景技术】
[0002]管线运输是长距离输送石油和天然气最经济、合理的运输方式。海底管线管作为管线钢管中的一种，主要是供酸性环境服役的海底管线、陆上地面集输管线用钢管。由于工作环境的特殊性，要求其具有高强度、高的低温止裂韧性以及良好的焊接性.对特殊地区的管线钢管还要求其具有抗H2S腐蚀及抗大应变的能力。对钢管接头各项机械性能的要求更为严格，例如国外某条海底管线钢选用28.8mm的X65MS管线钢，要求钢管接头的抗拉强度≥530MPa，焊缝金属、熔合线、焊接热影响区-30°C冲击吸收功均值≥45J，单值≥38J，焊接接头各部位的维氏硬度HVlO ≤248。
[0003]此条管线钢的管径为Φ813πιπι，钢管最大壁厚为28.8mm，厚径比大为0.0354，属于厚径比大的埋弧焊管，不仅钢管成型难度大，同时增加了制管焊接的难度。国内制管厂用于制管的埋弧焊丝主要有焊接X70及以下级别管线钢的H08C焊丝(H08MnMoTiB)和焊接X70管线钢的BGH06H1，以及由H08C演变的其他埋弧焊丝。H08C焊丝匹配SJlOlG焊剂焊缝金属具有优良的综合性能，不仅具有较高的抗拉强度和良好的低温韧性，而且还具有良好抗H2S腐蚀和氢致开裂性能，因此用户在制管过程中选用H08C焊丝匹配SJlOlG焊接X65MS。在焊接评定过程中，钢管接头强度、冷弯、冲击性能满足工程的技术要求，但内焊缝硬度超过了工程技术要求的248。为了降低内焊缝的硬度，提高焊接热输入后，接头硬度满足了技术要求，但焊缝金属和熔合线的冲击韧性显著下降，而且冲击吸收功的离散度加大。
[0004]因此，通过优化坡口角度和焊材的不同匹配提出了一种满足厚径比为0.0354海底管线对钢管焊接接头综合性能有苛刻要求的多丝埋弧焊工艺，具有着重要的工程实际意义。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种保障海底管线钢管接头综合性能的多丝埋弧焊焊接工艺，解决了 28.8mmX65MS管线钢在制管过程中焊缝金属和熔合线冲击功和接头硬度不能满足工程技术要求的问题；而且经济、简便、易行，有利于推广。
[0006]由于海底管管工作环境的特殊性，要求其管线钢用钢不仅具有高强度、高的低温止裂韧性以及良好的焊接性.对特殊地区的管线钢还要求其具有抗H2S腐蚀及抗大应变的能力。对钢管接头各项机械性能的要求更为严格，要求钢管接头的抗拉强度> 530MPa，焊缝金属、熔合线、焊接热影响区_30°C冲击吸收功均值> 45J，单值> 38J，焊接接头各部位的维氏硬度HVlO ( 248。本发明要解决的问题是通过优化坡口角度和焊材的不同匹配提出了一种经济、简便、易行，满足厚径比为0.0354海底管线对钢管焊接接头综合性能苛刻要求多丝埋弧焊工艺。具体工艺步骤如下:[0007](I)采用熔化极气体保护焊进行预焊打底；匹配的焊接材料为JM-58，焊丝直径为1.6mm ;采用三丝埋弧自动焊完成内、外焊缝的焊接，焊丝选用H08C焊丝和H08E，焊丝直径Φ4.0/Φ3.2mm，焊剂为SJ101G。H08C焊丝匹配SJlOlG焊剂熔敷金属的力学性能:抗拉强度≥620MPa，屈服强度≥575MPa，伸长率≥27%，-20°C冲击功≥111J，_40°C冲击功≥64J ；
[0008](2)接头处开双面对称X型坡口，坡口角度在制管生产线允许的范围内尽可能的小，以提高母材的熔合比，通过母材对焊缝金属稀释来保障接头的综合性能，故坡口角度选用60°?70°，留8-10_钝边；
[0009](3)施焊前采用机械处理方法将坡口表面清理干净，去除油污和铁锈；
[0010](4)内焊缝焊丝的选用为I丝和2丝选用H08C焊丝，焊丝直径为Φ 4.0mm，3丝选用H08E焊丝，焊丝直径为Φ3.2mm ;外焊缝所有焊丝均选用H08C焊丝，I丝和2丝焊丝直径为Φ 4.0mm, 3焊丝直径为Φ 3.2mm ;
[0011](5)施焊时内焊缝焊接工艺参数为，I丝电流/电压为:1150A/38-39V，2丝电流/ 电压为:800A/39-40V，3 丝电流 / 电压为:650A/42-44V,焊接速度 700 ?1000mm/min ；施焊时外焊缝焊接工艺参数为，I丝电流/电压为:1250A/38-39V，2丝电流/电压为:850A/41-43V，3 丝电流 / 电压为:750A/43_45V，焊接速度 800 ?1000mm/min。
[0012]本发明所提出的焊接工艺方法采用H08C焊丝，H08C焊丝匹配SJlOlG焊剂焊缝金属具有优良的综合性能，不仅具有较高的抗拉强度和良好的低温韧性，而且还具有良好抗H2S腐蚀和氢致开 裂性能。H08C焊丝匹配SJlOlG焊剂焊接X65MS，属于高强匹配，接头强度偏高。H08E焊丝由于S、P含量较低，主要是用于焊接强度级别较低，但对冲击韧性要求较高的钢种。在内焊缝的焊接中，3丝选用H08E，可降低内焊缝的硬度。本发明所提出的焊接工艺方法 采用较小的坡口角度，可以提高母材的熔合比，X65MS母材的屈服强度平均为48IMPa (475-486 MPa)，母材的抗拉强度平均为559MPa (555-565 MPa)，母材-30冲击吸收功平均为435J，单值在458以上，母材的硬度平均为192，最低值为185，最高值为207。由于母材具有良好的综合性能，通过母材对焊缝金属的稀释，可以降低焊缝金属的硬度，同时不降低焊缝金属的冲击韧性。采用本发明提出的焊接工艺方法可保证焊接接头的力学性能满足工程技术要求，焊缝接头的力学性能:抗拉强度545MPa，接头各部位的硬度值HVlO在230以下，焊缝金属、熔合线、HAZ-30°C冲击吸收功均值在57J以上，单值在47以上。
【具体实施方式】
[0013]实施例1:
[0014](I)采用TMCP工艺生产的屈服强度450?610MPa，抗拉强度≥530MPa, _30°C冲击功≥IOOJ的X65MS海底管线钢，钢板厚度14.3-28.8mm，钢管直径Φ 813mm ；
[0015]焊丝匹配为:内焊缝焊丝的选用为I丝和2丝选用H08C焊丝，焊丝直径为Φ4.0mm，3丝选用H08E焊丝，焊丝直径为Φ3.2mm ;外焊缝所有焊丝均选用H08C焊丝，I丝和2丝焊丝直径为Φ4.0mm，3焊丝直径为Φ3.2mm ;
[0016]H08C焊丝匹配SJlOlG焊剂熔敷金属的力学性能:抗拉强度620MPa，屈服强度575MPa，伸长率 27%，_20°C冲击功 111J, _40°C冲击功 64J ；
[0017] (2)接头处开双面对称X型坡口，坡口角度在制管生产线允许的范围内尽可能的小，以提高母材的熔合比，通过母材对焊缝金属稀释来保障接头的综合性能，故坡口角度选用60°C，留9mm钝边；
[0018](3)施焊时采用内外三丝埋弧焊完成内外焊缝的焊接，内焊缝焊接工艺参数为，I丝电流/电压为:1150A/38-39V，2丝电流/电压为:800A/39_40V，3丝电流/电压为:650A/42-44V，焊接速度850mm/min ;施焊时外焊缝焊接工艺参数为，I丝电流/电压为:1250A/38-39V，2丝电流/电压为:850A/41_43V，3丝电流/电压为:750A/43_45V，焊接速度950mm/min ；
[0019]经对采用上述焊接工艺焊接X65MS钢管焊接接头进行力学性能检验，其焊接接头的抗拉强度为545MPa，断在母材处，接头180°正反弯合格，焊缝中心_30°C冲击功为77J，熔合线-30°C冲击功为68J，热影响区(熔合线外2mm) _30°C冲击功为159J，接头各部位的硬度值HVlO在230以下，焊缝金属、熔合线、热影响区(熔合线外2mm) _30°C冲击功均值在68J以上，单值在55以上。
[0020]实施例2:
[0021](I)采用TMCP工艺生产的屈服强度450?610MPa，抗拉强度≥530MPa, _30°C冲击功≥100J的X65MS海底管线钢，钢板厚度14.3-28.8mm，钢管直径Φ 813mm ；
[0022]焊丝匹配为:内焊缝焊丝的选用为I丝和2丝选用H08C焊丝，焊丝直径为Φ4.0mm，3丝选用H08E焊丝，焊丝直径为Φ3.2mm ;外焊缝所有焊丝均选用H08C焊丝，I丝和2丝焊丝直径为Φ4.0mm，3焊丝直径为Φ3.2mm ;
[0023]H08C焊丝匹配SJlOlG焊剂熔敷金属的力学性能:抗拉强度620MPa，屈服强度575MPa，伸长率 27%，_20°C冲击功 111J, _40°C冲击功 64J ；
[0024](2)接头处开双面对称X型坡口，坡口角度在制管生产线允许的范围内尽可能的小，以提高母材的熔合比，通过母材对焊缝金属稀释来保障接头的综合性能，故坡口角度选用70°C，留9mm钝边；
[0025](3)施焊时采用内外三丝埋弧焊完成内外焊缝的焊接，内焊缝焊接工艺参数为，I丝电流/电压为:1150A/38-39V，2丝电流/电压为:800A/39_40V，3丝电流/电压为:650A/42-44V，焊接速度800mm/min ;施焊时外焊缝焊接工艺参数为，I丝电流/电压为:1250A/38-39V，2丝电流/电压为:850A/41_43V，3丝电流/电压为:750A/43_45V，焊接速度QOOmm/miη ；
[0026]经对采用上述焊接工艺焊接X65MS钢管焊接接头进行力学性能检验，其焊接接头的抗拉强度为575MPa，断在母材处，接头180°正反弯合格，焊缝中心_30°C冲击功为66J，熔合线-30°C冲击功为57J，热影响区(熔合线外2mm) _30°C冲击功为145J，接头各部位的硬度值HVlO在230以下，焊缝金属、熔合线、热影响区(熔合线外2mm) _30°C冲击功均值在57J以上，单值在48以上。
【权利要求】
1.一种保障海底管线钢管接头综合性能的多丝埋弧焊焊接工艺，其特征在于，步骤如下: (1)采用熔化极气体保护焊进行预焊打底；匹配的焊接材料为JM-58，焊丝直径为.1.6mm ;采用三丝埋弧自动焊完成内、外焊缝的焊接，焊丝选用H08C焊丝和H08E，焊丝直径Φ4.0/Φ3.2mm，焊剂为SJlOlG ;H08C焊丝匹配SJlOlG焊剂熔敷金属的力学性能:抗拉强度≥620MPa，屈服强度≥575MPa，伸长率≥27%，_20°C冲击功≥111J，_40°C冲击功≥64 ； (2)接头处开双面对称X型坡口，坡口角度在制管生产线允许的范围内尽可能的小，以提高母材的熔合比，通过母材对焊缝金属稀释来保障接头的综合性能，故坡口角度选用.60° ?70。，留 8-10mm 钝边； (3)施焊前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)内焊缝焊丝的选用为I丝和2丝选用H08C焊丝，焊丝直径为Φ4.0mm，三丝选用H08E焊丝，焊丝直径为Φ3.2mm ;外焊缝所有焊丝均选用H08C焊丝，I丝和2丝焊丝直径为Φ 4.0mm, 3焊丝直径为Φ 3.2mm ; (5)施焊时内焊缝焊接工艺参数为，I丝电流/电压为:1150A/38-39V，2丝电流/电压为:800A/39-40V，3丝电流/电压为:650A/42_44V，焊接速度700?1000mm/min ;施焊时外焊缝焊接工艺参数为，I丝电流/电压为:1250A/38-39V，2丝电流/电压为:850A/41_43V，3丝电流/电压为:750A/43-45V，焊接速度800?1000mm/min。
【文档编号】B23K33/00GK103433604SQ201310363373
【公开日】2013年12月11日 申请日期:2013年8月20日 优先权日:2013年8月20日
【发明者】陈延清, 郭占山, 张熹, 刘宏, 齐建, 鞠建斌, 张飞虎, 牟淑坤, 董现春, 张楠 申请人:首钢总公司