X70管道现场焊接技术和质量控制要点

1、X70管道现场焊接技术和质量控制要点2011-11-1110:31:39|分类：默认分类|标签：|字号大中小订阅自西气东输开始采用X70管道用于长输管道后，很多管线都采用了X70管道用于输送油气。本文以西气东输管道材质为例，分析X70管道焊接的特点。1X70管线的特点X70管线钢是按照API5L管线钢管的标准，其最低屈服强度达到或超过70300psi,即485兆帕(MPa)的管线钢管。实际上在API5L的标准中，将管线钢管分为两个等级，即只要求强度等级的PLS1级钢管和要求更多性能参数的PSL2级钢管，PSL2级的钢管要求标注它的轧制方法，如热机械控轧，用M标识，淬火的要用Q标示。对它们的要求

2、见表1和表2:表1PSL1级钢管的性能要求PSL1级钢管最小屈服强度最小抗拉强度焊缝最小抗拉强度MPa(psi)MPa(psi)MPa(psi)L485或X70485(70300)570(82700)570(82700)表2PSL2级钢管的性能要求屈强比焊缝抗拉强度MPa(psi)最大最小570PSL2级钢管屈服强度抗拉强度MPa(psi)MPa(psi)L485或X70最小最大最小最大4856355707600.93(70300)(92100)(82700)(110200)(82700)注：直径为1219的管道要求Kv=54J,一力D«1422mm直径的冲击功要求为27J,0

3、76;C目前的X70管线钢管都是属于控扎的微合金碳镒钢，微合金以Nb、V、Ti为主，微合金的含量总和不超过0.15%o因此管道的组织以针状铁素体和贝氏体组成，一般具有良好的焊接性能。根据文献，为了避免裂纹的出现，都要求最低为100C的焊接预热要求。2X70钢管线环峰焊接工艺方法概述自西气东输大面积采用了X70钢管以后，对现场环缝的焊接试验了多种焊接工艺的组合，主要有以下两种(1)纤维素焊条根焊加药芯焊丝自保护焊填充盖面工艺该工艺普遍用于除了西部部分采用的全自动焊接以外的所有主干线的焊接，属于半自动焊接方式。(2)全自动焊接组合用混合气体保护自动焊焊接根焊和其它焊道。由于采用的是无衬垫焊接根焊，

4、因此有采用多头内焊机焊接根焊，或用小车爬行外焊，或用林肯STT技术焊接根焊等方法焊接。3药芯焊丝自保护焊接的历史及特点药芯焊丝自保护焊是使用药芯焊丝作为焊接材料的一种熔化极气体保护焊或自保护焊法，在我国管道施工中用于全位置半自动下向焊焊接工艺。1992年，美国林肯公司向管道局推出半自动FCAW下向焊接工艺的同时，重点推出了两种焊接设备组合：林肯DC40。弧焊电源十LN23P送丝机和SAE40。柴油发电机式弧焊电源十LN23P送丝机。1995年在突尼斯环城管线使用半自动FCAW下向焊接工艺成功后，1996年在库都线平原地段进行了推广。苏丹工程、利比亚工程、涩宁兰工程、兰成渝工程、陕京二线工程施工

5、中，管线热焊、填充、盖面焊基本上采用了该焊接工艺。西气东输工程250。公里左右也基本上采用此工艺，余下的150。公里采用自动焊接完成。近10年的工程实践证明，半自动FCAW下向焊接工艺，在大口径长输管道施工中得到了大力推广和使用。与半自动CO2气体保护下向焊接工艺相比，半自动FCAW下向焊接具有工艺性能优良、电弧稳定、生产效率高、飞溅小、焊缝成型美观、钢种与空间位置适应性好、抗风能力强等优点。与传统的下向焊条电弧焊工艺相比，它把热焊、填充焊、盖面焊焊口一次合格率平均提高到10%左右，生产率提高1.25至1.5倍左右。与自动焊相比，它具有设备投资少、成本回收快、综合成本低等优点。焊工培训时间短，

6、易掌握。在十几年的工程施工中焊接质量稳定，经过X射线拍片检查，焊口一次合格率平均在95%至98%左右。采用半自动FCAW下向焊接工艺在管道施工中达到了国内外工程业主提出的四高”标准,完全适合于各种管径管道全位置下向焊接工艺要求。所以，备受业主、监理、施工单位的青睐。半自动FCAW下向焊接的电弧扩散角较大，造成了电弧电压径向能量梯度大，幅度减小，分布趋于平缓，熔深较浅，所以不太适于深层熔透要求场合下的焊接。但是，其焊缝成型系数大、飞溅率低、焊缝平缓圆滑，适用于管道下向焊接工艺。在半自动FCAW下向焊接工艺中，有7个主要工艺参数是在焊接中最受关注的问题。这7个工艺参数分别是电弧电压、电流、送丝速度

7、、焊丝角度、焊接速度、推力电流和焊丝的干伸长度。在7种工艺参数完全匹配时，才能实现稳定的焊接过程，才能实现小飞溅、焊缝成型好、生产效率高的优越性。在焊接过程中，电弧电压是自保护的重要参数之一。在管道全位置半自动FCAW下向焊工艺中，电弧电压一般控制在1822伏之间。如果电压过高，则熔渣太稀，不易存留在焊缝表面，失去其焊缝金属表面保护作用，产生气孔。电压过低，则电弧过程失稳、易顶丝，且焊道鼓、飞溅增大，热焊、填充焊时出现夹角，产生夹渣缺陷。推力电流在焊接过程中往往容易被忽视，因为在焊接工艺参数中，它的变化反应最不明显，但推力电流在焊接中却起着很大作用。因为熔滴过渡会频繁断路缩不同的焊条直径、焊条

8、牌号、焊丝直径、焊丝牌号、焊缝空间位置及不同的操作者缩都会对推力电流有不同的要求。推力电流越小，电弧越软，但飞溅小，适合于小电流下手焊操作。推力电流越大，电弧越硬，但飞溅稍大，适用于全位置焊接，并利于电弧连续稳定。焊丝的干伸长度，即焊丝在导电嘴与工件产生的电弧之间伸出的长度。干伸长度越长，则电弧电压越低；干伸长度越短，则电弧电压越高。一般干伸长度应控制在19-25.4毫米之间为宜。如果干伸长度小于19毫米，则因电弧电压增高，焊丝钢皮电阻热增大，焊丝因电阻热增加变化导致送丝在导电嘴受阻，减缓送丝速度，又因电阻热增高，焊丝药芯颗粒细化，也能造成自保护压力下降和熔池冷凝快产生气孔。如果干伸长度大于2

9、5.4毫米，电弧电压随之降低，常伴随着焊丝爆断，出现顶丝、穿丝现象。一般焊丝干伸长度小于19毫米，常常发生在平焊和立焊位置；干伸长度大于25.4毫米，则易发生在仰焊位置。焊丝的干伸长度控制，在焊接过程中对确保焊接质量至关重要。半自动FCAW下向焊接在不同的工艺参数下操作，大致会产生三种熔滴过渡现象。即短路过渡、大颗粒过渡、细颗粒过渡。在管道全位置下向焊接工艺中，通用的是综合工艺参数。这个参数适用于立焊要求，平焊相对较低，仰焊相对较高。在小参数下，如在电弧电压低、推力电流小、送丝速度快等不匹配的参数下操作，为短路过渡。由于电压较低、弧长缩短，熔滴还未缩颈便与熔池金属接触，则在表面张力、重力作用下

10、完成过渡、爆炸和再引弧产生冲击力，使熔池向斜上方抛出。其中较大尺寸颗粒会落入熔池，较小颗粒的液态金属则飞出焊接区，形成飞溅，在中等参数下，产生大颗粒过渡。由于电压升高，弧长变长，熔滴在焊丝端部长得较大。当熔滴向熔池方向运动大于其运动方向的阻力时，熔滴脱离焊丝端部，一般沿着稍偏离焊丝轴线的路径，自由落入熔池。在强参数下，即大电流、高电压焊接时，会发生细颗粒过渡。这时，熔滴尺寸均匀，过渡路径为非轴向过渡，电弧弧根直径大于焊丝端部熔滴直径，弧根覆盖在熔滴的下表面。此时，焊丝端部与熔滴之间的缩颈加快、熔滴尺寸减小，沿非轴向路径呈细颗粒状滴落过渡到熔池中。细颗粒过渡易造成焊缝增宽、焊缝薄、盖面焊咬边、熔

11、池因失去自保护产生气孔或金属冷凝速度过快、焊缝中的氢气来不及排出产生气孔等现象。4药芯焊丝自保护半自动焊技术药芯焊丝适用于各种位置的焊接，其连续性适于自动化过程生产。工艺参数见表3,表4,表5所示（以X70钢管焊接为例）。表3药芯焊丝自保护半自动下向焊不同壁厚钢管焊道层数管壁厚度，mm焊道46.8.3.1778.9.7.511110.31.12.79.10.9根焊111111热焊111111111填充焊补充焊道111（25点处）盖面焊111111合计344445表4药芯焊丝自保护半自动下向焊参考工艺参数钢管厚度（S）mm主要参数4.812.7送丝速度u,mmmin-12.293.30电流（I）

12、,A245300电压（U）,V19202122干伸长度（L）,mm19251925层间温度（T）,C2013520135焊焊条焊条直极流(I),焊接电A电弧电压（U）,V焊接速度运条方道型号径(d),mm性ucmm-n法根0E6013.2CD709022-301020直拉焊0E7014.0CD1407022-301530直拉焊热0E8014.8CD18014022-302030直拉或小幅摆动表5全纤维素型下向焊接工艺参数表5全纤维素型下向焊接工艺参数5X70管线管药芯焊丝自保护焊现场焊接材料的选择（1）纤维素型焊条根焊根焊焊条现在都采用E6010,根据壁厚的不同和管径的大小，一般选用3.2直径

13、或4.0直径的焊条,对大管径来说，通常选用4.0直径的焊条以提高效率。目前比较成熟的有奥地利伯乐焊条，美国林肯焊条,美国赫伯特焊条，我国的大西洋牌焊条，它们在工程上都有不同程度的应用。（2）自保护药芯焊丝焊接X70管道使用的药芯焊丝主要是美国赫伯特公司的81N1和81N2,林肯和伯乐公司也有相应的焊丝产品，我国的天津金桥公司也生产相应的焊丝。焊丝的直径为2.0mmo6X70管线焊接的质量控制要点及控制方法（1）重视对焊接工艺评定的控制焊接工艺评定是保证管道焊接质量的前提，它的意义主要是评定所设计的焊接工艺能否达到管线设计的质量要求。管道工程焊接工艺一般至少要求有干线管道的主管线焊接工艺，返修焊

14、接工艺，站场管道焊接工艺等，或由根据标准要求的重要因素的改变，而分别制定的焊接工艺，如不同壁厚管的对接，连头焊接工艺等。对标准规范要求进行焊接工艺评定的工艺则必须进行评定，以确保焊接质量满足标准规范的相应规定。根据上述要求，在进行焊接工艺评定时，有下述几个必须才能保证评定的目的：A必须采用该工程使用的订货钢管进行试验。因为钢管虽然都是X70级，实际上每个厂家提供的符合X70级的钢管化学成分及处理方式不同，供货状态都是不同的，所以采用别人的焊接工艺评定，或采用非本工程使用的钢管进行试验，其试验结果很难证明该工程使用的焊接工艺是否符合本工程的质量要求。B必须采用质量稳定的和指定牌号的焊接材料多个焊

15、接材料的生产厂家可以生产符合所需标准型号的焊接材料，同理，原材料配方和生产方式在各个厂家都不同，因此如果焊接工艺评定时采用的焊材生产厂家和实际工程使用时的焊接材料生产厂家不同，则实际环缝的性能会和工艺评定出的性能就可能不同，因此不能证明焊接工艺评定结果一定适用。即使是同一厂家提供的材料，也会因批次不同，出现质量问题。问题是，一般在焊接材料验收的时候，客户和焊接材料厂家同意的验收方法是按照焊接材料生产标准试验和验收的，尤其是焊接工艺性能没有适合的管道焊接评价方法，因此验收合格的焊接材料并不一定代表能够焊接管道。为了控制质量，评定时尽量采用和工程一致的焊材。焊材尽量选择成熟的厂家，对不同批次的焊材

16、要制定针对管道焊接工艺性能的验收方法。C焊接工艺评定必须由参加工程施工的队伍中进行，参加评定的焊工应是工程队伍焊工中挑选的中等水平的焊工，且具有该水平的焊工应具有至少组成一个机组的人员。事实上焊接工艺评定的另一个目的是检验参加施工的队伍能否掌握相应的焊接技能，以确保整个施工队伍的整体焊接质量。D最重要的是工程必须要有焊接质量控制和验收方法的标准。国内长输管线的焊接标准一般都是根据美国石油学会的API1104的标准进行少量条款的相应改良而成，改良的目的是使采用的方法和指标符合工程施工和使用条件的要求。(2)焊工资格的控制任何管道工程都是由人来完成的，所以工程质量的保障的根本在于具体参与工程的人的

17、技能水平和整体队伍的施工管理水平。管道环缝的焊接是需要掌握合格技术的人来完成，因此如何判定焊接工人确实掌握了这项技能，并且能够忠实的执行规定的焊接工艺，就要通过焊工资格认定考试来确定。根据规范，不同地段，不同类型的焊口需要有不同的焊工技能。管道现场焊工的资格认定一般分为两类：一类是正常的干线管道流水火接的资格，可以分为5G位置和6G位置。因为是流水作业，甚至可以按照每一层进行资格认定。另一类是返修焊口的资格，要求焊工能够按照返修工艺进行独立的焊口切割，组对，进行修补焊接的能力。焊工应至少具备6G位置的干线焊口的焊接资格。对施工队伍的现场管理任务从根本上来说就是：具备资格的人干相应资格的事；保证

18、具有该资格的人员处于正常的工作状态；对所做的工作承担责任；并保证记录可以追溯。从中国的国情来说，焊接质量问题主要出现在以下三个方面：A使用没有相应资格的人干需要相应资格人干的活，因此不能保证焊接质量；B虽然具有相应资格，却处于非正常工作状态，如过度疲劳或带病工作等，其工作也不能保证焊接质量；C主观故意不执行工艺纪律，如为了赶工期或进度等，这属于故意损害质量。因此，现场管理的主要内容就是其管理制度要合理健全，避免出现人为的由于趋利避害的原因而造成对焊接质量的难以控制和损害。(3)焊接设备和材料的控制使用的焊接设备必须完好，其焊接参数的指示仪表应在合格的误差之内。但是焊接设备尽管在工程前处于完好的

19、状态，但每天的工作前一定要检查调试，这样做的目的一是确认设备的持续完好性，其二也防止意外的参数改变而不知，从而影响焊接质量。事实上，焊工焊接时对焊接设备的输出是否正常是非常敏感的，当有异议时，应用另外合格的电流电压钳形表或其它仪表进行验证。焊接材料必须按照标准或合同规定进行验收，验收应按照批次进行。焊接材料的发放、现场保管及作废都应按照生产厂家的建议执行，以确保焊接质量。当然钢管的质量更加重要，但其现场质量控制和管理方法不属于本文所涉及的内容。在此不再赘述。(4)焊口的外观检查标准执行的焊接规范中对焊接完成后的焊缝制定了相应的验收标准，按照标准执行即可。但是在执行中有几点注意原则：A焊缝的余高控制可以在焊后立即将余高打磨到标准规定的范围，B少量表面气孔在余高层