X70管道現(xiàn)場(chǎng)焊接技術(shù)和質(zhì)量控制要點(diǎn)講解學(xué)習(xí)

1、X70管道現(xiàn)場(chǎng)焊接技術(shù)和質(zhì)量控制要點(diǎn)2011-11-11 10:31:39| 分類(lèi)： 默認(rèn)分類(lèi)|標(biāo)簽：|字號(hào)大中小訂閱自西氣東輸開(kāi)始采用 X70管道用于長(zhǎng)輸管道后，很多管線都采用了 X70管道用于輸送油氣。本文以 西氣東輸管道材質(zhì)為例，分析X70管道焊接的特點(diǎn)。1 X70管線的特點(diǎn)X70管線鋼是按照API 5L管線鋼管的標(biāo)準(zhǔn)，其最低屈服強(qiáng)度達(dá)到或超過(guò)70300psi，即485兆帕（MPa ）的管線鋼管。實(shí)際上在API 5L的標(biāo)準(zhǔn)中，將管線鋼管分為兩個(gè)等級(jí)，即只要求強(qiáng)度等級(jí)的PLS1級(jí)鋼管和要求更多性能參數(shù)的PSL2級(jí)鋼管，PSL2級(jí)的鋼管要求標(biāo)注它的軋制方法，如熱機(jī)械控軋，用M標(biāo)識(shí)，淬火的要用

2、Q標(biāo)示。對(duì)它們的要求見(jiàn)表 1和表2 :表1 PSL1級(jí)鋼管的性能要求PSL1級(jí)鋼管 最小屈服強(qiáng)度最小抗拉強(qiáng)度焊縫最小抗拉強(qiáng)度MPa （ psi） MPa （ psi）MPa （ psi）L485 或 X70485（ 70300） 570（ 82700）570（82700 ）表2 PSL2級(jí)鋼管的性能要求PSL2級(jí)鋼管屈服強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度屈強(qiáng)比焊縫抗拉強(qiáng)度MPa （ psi） MPa （ psi）MPa （ psi）L485或X70 最小 最大 最小 最大 最大最小4856355707600.93570（70300）（ 92100）（ 82700）（ 110200）（ 82700）注：直徑為1219

3、的管道要求Kv=54J，一般D1422mm 直徑的沖擊功要求為 27J，0° C目前的X70管線鋼管都是屬于控扎的微合金碳錳鋼，微合金以Nb、V、Ti為主，微合金的含量總和不超過(guò)0.15%。因此管道的組織以針狀鐵素體和貝氏體組成，一般具有良好的焊接性能。根據(jù)文獻(xiàn)，為了避免裂紋的出現(xiàn)，都要求最低為100。C的焊接預(yù)熱要求。2 X70鋼管線環(huán)峰焊接工藝方法概述自西氣東輸大面積采用了 X70鋼管以后，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)縫的焊接試驗(yàn)了多種焊接工藝的組合，主要有以下兩種(1 )纖維素焊條根焊加藥芯焊絲自保護(hù)焊填充蓋面工藝該工藝普遍用于除了西部部分采用的全自動(dòng)焊接以外的所有主干線的焊接，屬于半自動(dòng)焊接方式

4、。(2 )全自動(dòng)焊接組合用混合氣體保護(hù)自動(dòng)焊焊接根焊和其它焊道。由于采用的是無(wú)襯墊焊接根焊，因此有采用多頭內(nèi) 焊機(jī)焊接根焊，或用小車(chē)爬行外焊，或用林肯STT技術(shù)焊接根焊等方法焊接。3藥芯焊絲自保護(hù)焊接的歷史及特點(diǎn)藥芯焊絲自保護(hù)焊是使用藥芯焊絲作為焊接材料的一種熔化極氣體保護(hù)焊或自保護(hù)焊法，在我國(guó) 管道施工中用于全位置半自動(dòng)下向焊焊接工藝。1 9 9 2年，美國(guó)林肯公司向管道局推出半自動(dòng)FCAW下向焊接工藝的同時(shí)，重點(diǎn)推出了兩種焊 接設(shè)備組合：林肯DC 4 0 0弧焊電源+LN23P送絲機(jī)和SAE- 4 0 0柴油發(fā)電機(jī)式弧焊電源+ LN23P送絲機(jī)。1995年在突尼斯環(huán)城管線使用半自動(dòng)FCAW

5、下向焊接工藝成功后，1996年 在庫(kù)鄯線平原地段進(jìn)行了推廣。蘇丹工程、利比亞工程、澀寧蘭工程、蘭成渝工程、陜京二線工程施工中， 管線熱焊、填充、蓋面焊基本上采用了該焊接工藝。 西氣東輸工程2 5 0 0公里左右也基本上采用此工藝， 余下的1 5 0 0公里采用自動(dòng)焊接完成。近10年的工程實(shí)踐證明，半自動(dòng)FCAW下向焊接工藝，在大 口徑長(zhǎng)輸管道施工中得到了大力推廣和使用。與半自動(dòng)CO2氣體保護(hù)下向焊接工藝相比，半自動(dòng)FCAW下向焊接具有工藝性能優(yōu)良、電弧穩(wěn) 定、生產(chǎn)效率高、飛濺小、焊縫成型美觀、鋼種與空間位置適應(yīng)性好、抗風(fēng)能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。與傳統(tǒng)的下向 焊條電弧焊工藝相比，它把熱焊、填充焊、蓋面焊焊

6、口一次合格率平均提高到10%左右，生產(chǎn)率提高1. 25至1.5倍左右。與自動(dòng)焊相比，它具有設(shè)備投資少、成本回收快、綜合成本低等優(yōu)點(diǎn)。焊工培訓(xùn)時(shí)間 短，易掌握。在十幾年的工程施工中焊接質(zhì)量穩(wěn)定，經(jīng)過(guò)X射線拍片檢查，焊口一次合格率平均在9 5% 至9 8%左右。采用半自動(dòng)FCAW下向焊接工藝在管道施工中達(dá)到了國(guó)內(nèi)外工程業(yè)主提岀的四高”標(biāo)準(zhǔn),完全適合于各種管徑管道全位置下向焊接工藝要求。所以，備受業(yè)主、監(jiān)理、施工單位的青睞。半自動(dòng)FCAW下向焊接的電弧擴(kuò)散角較大，造成了電弧電壓徑向能量梯度大，幅度減小，分布趨 于平緩，熔深較淺，所以不太適于深層熔透要求場(chǎng)合下的焊接。但是，其焊縫成型系數(shù)大、飛濺率低、

7、焊 縫平緩圓滑，適用于管道下向焊接工藝。在半自動(dòng)FCAW下向焊接工藝中，有7個(gè)主要工藝參數(shù)是在焊接中最受關(guān)注的問(wèn)題。這7個(gè)工藝 參數(shù)分別是電弧電壓、電流、送絲速度、焊絲角度、焊接速度、推力電流和焊絲的干伸長(zhǎng)度。在7種工藝 參數(shù)完全匹配時(shí)，才能實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的焊接過(guò)程，才能實(shí)現(xiàn)小飛濺、焊縫成型好、生產(chǎn)效率高的優(yōu)越性。在焊接過(guò)程中，電弧電壓是自保護(hù)的重要參數(shù)之一。在管道全位置半自動(dòng)FCAW下向焊工藝中， 電弧電壓一般控制在182 2伏之間。如果電壓過(guò)高，則熔渣太稀，不易存留在焊縫表面，失去其焊縫 金屬表面保護(hù)作用，產(chǎn)生氣孔。電壓過(guò)低，則電弧過(guò)程失穩(wěn)、易頂絲，且焊道鼓、飛濺增大，熱焊、填充 焊時(shí)岀現(xiàn)夾角，

8、產(chǎn)生夾渣缺陷。推力電流在焊接過(guò)程中往往容易被忽視，因?yàn)樵诤附庸に噮?shù)中，它的變化反應(yīng)最不明顯，但推力 電流在焊接中卻起著很大作用。因?yàn)槿鄣芜^(guò)渡會(huì)頻繁斷路鍎不同的焊條直徑、焊條牌號(hào)、焊絲直徑、焊絲 牌號(hào)、焊縫空間位置及不同的操作者鍎都會(huì)對(duì)推力電流有不同的要求。推力電流越小，電弧越軟，但飛濺 小，適合于小電流下手焊操作。推力電流越大，電弧越硬，但飛濺稍大，適用于全位置焊接，并利于電弧 連續(xù)穩(wěn)定。焊絲的干伸長(zhǎng)度，即焊絲在導(dǎo)電嘴與工件產(chǎn)生的電弧之間伸岀的長(zhǎng)度。干伸長(zhǎng)度越長(zhǎng)，則電弧電壓 越低；干伸長(zhǎng)度越短，則電弧電壓越高。一般干伸長(zhǎng)度應(yīng)控制在192 5. 4毫米之間為宜。如果干伸長(zhǎng)度小于19毫米，則因電

9、弧電壓增高，焊絲鋼皮電阻熱增大，焊絲因電阻熱增加變化導(dǎo)致送絲在導(dǎo)電嘴 受阻，減緩送絲速度，又因電阻熱增高，焊絲藥芯顆粒細(xì)化，也能造成自保護(hù)壓力下降和熔池冷凝快產(chǎn)生 氣孔。如果干伸長(zhǎng)度大于2 5. 4毫米，電弧電壓隨之降低，常伴隨著焊絲爆斷，岀現(xiàn)頂絲、穿絲現(xiàn)象。 一般焊絲干伸長(zhǎng)度小于19毫米，常常發(fā)生在平焊和立焊位置；干伸長(zhǎng)度大于2 5. 4毫米，則易發(fā)生在 仰焊位置。焊絲的干伸長(zhǎng)度控制，在焊接過(guò)程中對(duì)確保焊接質(zhì)量至關(guān)重要。半自動(dòng)FCAW下向焊接在不同的工藝參數(shù)下操作，大致會(huì)產(chǎn)生三種熔滴過(guò)渡現(xiàn)象。即短路過(guò)渡、 大顆粒過(guò)渡、細(xì)顆粒過(guò)渡。在管道全位置下向焊接工藝中，通用的是綜合工藝參數(shù)。這個(gè)參數(shù)適用

10、于立焊 要求，平焊相對(duì)較低，仰焊相對(duì)較高。在小參數(shù)下，如在電弧電壓低、推力電流小、送絲速度快等不匹配 的參數(shù)下操作，為短路過(guò)渡。由于電壓較低、弧長(zhǎng)縮短，熔滴還未縮頸便與熔池金屬接觸，則在表面張力、重力作用下完成過(guò)渡、爆炸和再引弧產(chǎn)生沖擊力，使熔池向斜上方拋岀。其中較大尺寸顆粒會(huì)落入熔池， 較小顆粒的液態(tài)金屬則飛岀焊接區(qū)，形成飛濺，在中等參數(shù)下，產(chǎn)生大顆粒過(guò)渡。由于電壓升高，弧長(zhǎng)變 長(zhǎng)，熔滴在焊絲端部長(zhǎng)得較大。當(dāng)熔滴向熔池方向運(yùn)動(dòng)大于其運(yùn)動(dòng)方向的阻力時(shí)，熔滴脫離焊絲端部，一 般沿著稍偏離焊絲軸線的路徑，自由落入熔池。在強(qiáng)參數(shù)下，即大電流、高電壓焊接時(shí)，會(huì)發(fā)生細(xì)顆粒過(guò) 渡。這時(shí)，熔滴尺寸均勻，過(guò)渡

11、路徑為非軸向過(guò)渡，電弧弧根直徑大于焊絲端部熔滴直徑，弧根覆蓋在熔 滴的下表面。此時(shí)，焊絲端部與熔滴之間的縮頸加快、熔滴尺寸減小，沿非軸向路徑呈細(xì)顆粒狀滴落過(guò)渡 到熔池中。細(xì)顆粒過(guò)渡易造成焊縫增寬、焊縫薄、蓋面焊咬邊、熔池因失去自保護(hù)產(chǎn)生氣孔或金屬冷凝速 度過(guò)快、焊縫中的氫氣來(lái)不及排岀產(chǎn)生氣孔等現(xiàn)象。4藥芯焊絲自保護(hù)半自動(dòng)焊技術(shù)藥芯焊絲適用于各種位置的焊接， 其連續(xù)性適于自動(dòng)化過(guò)程生產(chǎn)。工藝參數(shù)見(jiàn)表3,表4，表5所示（以X70鋼管焊接為例）。表3藥芯焊絲自保護(hù)半自動(dòng)下向焊不同壁厚鋼管焊道層數(shù)管壁厚度，mm焊道46778911112.8.3.1.9.7.50.31.12.79.10.9根焊1111

12、1111111熱焊111111111111111111填充焊4810補(bǔ)充焊道1111144（25點(diǎn)處）蓋面焊1 1111122233合計(jì)11234444556080表4藥芯焊絲自保護(hù)半自動(dòng)下向焊參考工藝參數(shù)鋼管厚度(S，mm主要參數(shù)4.812.7送絲速度u，mm min-12.293.30電流(1),A245300電壓(U)，V19 2021 22干伸長(zhǎng)度(L)，mm19 2519 25層間溫度(T)，°C20 13520 135表5全纖維素型下向焊接工藝參數(shù)焊焊條焊條直極流(1)，焊接電A電弧電壓(U)，V焊接速度u cm - m-n運(yùn)條方法道型號(hào)徑(d)，mm性根0E6013.2

13、CD70 9022亠3010 20直拉焊0E7014.0CD1407022亠3015 30直拉焊熱0E8014.8CD18014022亠3020 30直拉或小幅擺動(dòng)5 X70管線管藥芯焊絲自保護(hù)焊現(xiàn)場(chǎng)焊接材料的選擇(1) 纖維素型焊條根焊根焊焊條現(xiàn)在都采用 E6010，根據(jù)壁厚的不同和管徑的大小， 一般選用3.2直徑或4.0直徑的焊條, 對(duì)大管徑來(lái)說(shuō)，通常選用4.0直徑的焊條以提高效率。目前比較成熟的有奧地利伯樂(lè)焊條， 美國(guó)林肯焊條, 美國(guó)赫伯特焊條，我國(guó)的大西洋牌焊條，它們?cè)诠こ躺隙加胁煌潭鹊膽?yīng)用。(2 )自保護(hù)藥芯焊絲焊接X(jué)70管道使用的藥芯焊絲主要是美國(guó)赫伯特公司的81N1和81N2，

14、林肯和伯樂(lè)公司也有相應(yīng)的焊絲產(chǎn)品，我國(guó)的天津金橋公司也生產(chǎn)相應(yīng)的焊絲。焊絲的直徑為2.0mm。6 X70管線焊接的質(zhì)量控制要點(diǎn)及控制方法(1) 重視對(duì)焊接工藝評(píng)定的控制焊接工藝評(píng)定是保證管道焊接質(zhì)量的前提，它的意義主要是評(píng)定所設(shè)計(jì)的焊接工藝能否達(dá)到管線設(shè)計(jì)的質(zhì)量要求。管道工程焊接工藝一般至少要求有干線管道的主管線焊接工藝，返修焊接工藝，站場(chǎng)管道 焊接工藝等，或由根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要求的重要因素的改變，而分別制定的焊接工藝，如不同壁厚管的對(duì)接，連頭 焊接工藝等。對(duì)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求進(jìn)行焊接工藝評(píng)定的工藝則必須進(jìn)行評(píng)定，以確保焊接質(zhì)量滿(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的 相應(yīng)規(guī)定。根據(jù)上述要求，在進(jìn)行焊接工藝評(píng)定時(shí)，有下述幾個(gè)必須才能

15、保證評(píng)定的目的：A必須采用該工程使用的訂貨鋼管進(jìn)行試驗(yàn)。因?yàn)殇摴茈m然都是X70級(jí)，實(shí)際上每個(gè)廠家提供的符合X70級(jí)的鋼管化學(xué)成分及處理方式不同，供貨狀態(tài)都是不同的，所以采用別人的焊接工藝評(píng)定，或采用 非本工程使用的鋼管進(jìn)行試驗(yàn)，其試驗(yàn)結(jié)果很難證明該工程使用的焊接工藝是否符合本工程的質(zhì)量要求。B必須采用質(zhì)量穩(wěn)定的和指定牌號(hào)的焊接材料多個(gè)焊接材料的生產(chǎn)廠家可以生產(chǎn)符合所需標(biāo)準(zhǔn)型號(hào)的焊接材料，同理，原材料配方和生產(chǎn)方式在 各個(gè)廠家都不同，因此如果焊接工藝評(píng)定時(shí)采用的焊材生產(chǎn)廠家和實(shí)際工程使用時(shí)的焊接材料生產(chǎn)廠家不 同，則實(shí)際環(huán)縫的性能會(huì)和工藝評(píng)定出的性能就可能不同，因此不能證明焊接工藝評(píng)定結(jié)果一定適

16、用。即使是同一廠家提供的材料，也會(huì)因批次不同，岀現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題。問(wèn)題是，一般在焊接材料驗(yàn)收的時(shí) 候，客戶(hù)和焊接材料廠家同意的驗(yàn)收方法是按照焊接材料生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)和驗(yàn)收的，尤其是焊接工藝性能沒(méi) 有適合的管道焊接評(píng)價(jià)方法，因此驗(yàn)收合格的焊接材料并不一定代表能夠焊接管道。為了控制質(zhì)量，評(píng)定時(shí)盡量采用和工程一致的焊材。焊材盡量選擇成熟的廠家，對(duì)不同批次的焊材 要制定針對(duì)管道焊接工藝性能的驗(yàn)收方法。C焊接工藝評(píng)定必須由參加工程施工的隊(duì)伍中進(jìn)行，參加評(píng)定的焊工應(yīng)是工程隊(duì)伍焊工中挑選的中 等水平的焊工，且具有該水平的焊工應(yīng)具有至少組成一個(gè)機(jī)組的人員。事實(shí)上焊接工藝評(píng)定的另一個(gè)目的是檢驗(yàn)參加施工的隊(duì)伍能否掌握相應(yīng)的

17、焊接技能，以確保整個(gè)施 工隊(duì)伍的整體焊接質(zhì)量。D最重要的是工程必須要有焊接質(zhì)量控制和驗(yàn)收方法的標(biāo)準(zhǔn)。國(guó)內(nèi)長(zhǎng)輸管線的焊接標(biāo)準(zhǔn)一般都是根 據(jù)美國(guó)石油學(xué)會(huì)的 API 1104的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行少量條款的相應(yīng)改良而成， 改良的目的是使采用的方法和指標(biāo)符合 工程施工和使用條件的要求。(2) 焊工資格的控制任何管道工程都是由人來(lái)完成的，所以工程質(zhì)量的保障的根本在于具體參與工程的人的技能水平和 整體隊(duì)伍的施工管理水平。管道環(huán)縫的焊接是需要掌握合格技術(shù)的人來(lái)完成，因此如何判定焊接工人確實(shí)掌握了這項(xiàng)技能，并 且能夠忠實(shí)的執(zhí)行規(guī)定的焊接工藝，就要通過(guò)焊工資格認(rèn)定考試來(lái)確定。根據(jù)規(guī)范，不同地段，不同類(lèi)型 的焊口需要有不同的

18、焊工技能。管道現(xiàn)場(chǎng)焊工的資格認(rèn)定一般分為兩類(lèi)：一類(lèi)是正常的干線管道流水焊接的資格，可以分為5G位置和6G位置。因?yàn)槭橇魉鳂I(yè)，甚至可以按照每一層進(jìn)行資格認(rèn)定。另一類(lèi)是返修焊口的資格，要求焊工能夠按照返修工藝進(jìn)行獨(dú)立的焊口切割，組對(duì)，進(jìn)行修補(bǔ)焊接 的能力。焊工應(yīng)至少具備 6G位置的干線焊口的焊接資格。對(duì)施工隊(duì)伍的現(xiàn)場(chǎng)管理任務(wù)從根本上來(lái)說(shuō)就是：具備資格的人干相應(yīng)資格的事；保證具有該資格的 人員處于正常的工作狀態(tài)；對(duì)所做的工作承擔(dān)責(zé)任；并保證記錄可以追溯。從中國(guó)的國(guó)情來(lái)說(shuō)，焊接質(zhì)量問(wèn)題主要岀現(xiàn)在以下三個(gè)方面：A使用沒(méi)有相應(yīng)資格的人干需要相應(yīng)資格人干的活，因此不能保證焊接質(zhì)量；B雖然具有相應(yīng)資格，卻處

19、于非正常工作狀態(tài)，如過(guò)度疲勞或帶病工作等， 其工作也不能保證焊接質(zhì) 量；C主觀故意不執(zhí)行工藝紀(jì)律，如為了趕工期或進(jìn)度等，這屬于故意損害質(zhì)量。因此，現(xiàn)場(chǎng)管理的主要內(nèi)容就是其管理制度要合理健全，避免岀現(xiàn)人為的由于趨利避害的原因而造 成對(duì)焊接質(zhì)量的難以控制和損害。(3) 焊接設(shè)備和材料的控制使用的焊接設(shè)備必須完好， 其焊接參數(shù)的指示儀表應(yīng)在合格的誤差之內(nèi)。但是焊接設(shè)備盡管在工程前處于完好的狀態(tài)，但每天的工作前一定要檢查調(diào)試，這樣做的目的一是確認(rèn)設(shè)備的持續(xù)完好性，其二也 防止意外的參數(shù)改變而不知，從而影響焊接質(zhì)量。事實(shí)上，焊工焊接時(shí)對(duì)焊接設(shè)備的輸岀是否正常是非常敏感的，當(dāng)有異議時(shí)，應(yīng)用另外合格的電 流電壓鉗形表或其它儀表進(jìn)行驗(yàn)證。焊接材料必須按照標(biāo)準(zhǔn)或合同規(guī)定進(jìn)行驗(yàn)收，驗(yàn)收應(yīng)按照批次進(jìn)行。焊接材料的發(fā)放、現(xiàn)場(chǎng)保管及 作廢都應(yīng)按照生產(chǎn)廠家的建議執(zhí)行，以確保焊接質(zhì)量。當(dāng)然鋼管的質(zhì)量更加重要，但其現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量控制和管理方法不屬于本文所涉及的內(nèi)容。在此不再贅述。(4) 焊口的外觀檢查標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行的焊接規(guī)范中對(duì)焊接完成后的焊縫制定了相應(yīng)的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，按照標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行即可。但是在執(zhí)行中有幾點(diǎn)注意原則：A焊縫的余高控制可以在焊后立即將余高打磨到標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的范圍，B