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1. 概述 X80高强度管线钢焊接方法包括焊条电弧焊、药芯焊丝半自动焊、熔化极气体保护自动焊以及以上焊接方法的组合。焊条电弧焊和自动焊技术焊接X80钢焊接质量优良，但在地形复杂的施工环境下，管道自动焊方法的使用会受到限制。由于自保护药芯焊丝操作容易，效率高，所以管线施工单位迫切要求开发出性能优良的X80管线钢用自保护药芯焊丝，以满足X80管线钢半自动焊的焊接工艺需求，X80钢的化学成分及力学性能如表1、表2所示。因此为提高自保护药芯焊丝性能，避免由于使用进口焊丝造成焊接成本的提高，我培训中心与国内焊材生产厂家合作，针对自保护药芯焊丝焊缝金属冲击韧性低的主要问题进行研究，通过在焊丝成分中增加镍含量研制出新产品。通过试验，该焊丝在－10℃环境下具有优良的低温韧性，电弧稳定，熔敷效率高，飞溅小，熔池清晰，焊缝成形美观，适于全位置焊接。 2. 焊接工艺试验 （1）焊前准备 第一，试验管材。试验采用API Spec 2L X80M钢级螺旋埋弧焊管，规格φ1219mm×18.4 mm。 第二，焊接方法和设备的选择。焊接方法采用RMD根焊与药芯自保护焊丝半自动焊填充盖面。焊接设备根焊选用美国Miller PipePro 400XC 焊机，填充盖面采用熊谷MPS—500半自动焊机，焊接设备如图1所示。 第三，焊接材料。根焊采用天津金桥公司生产的金属粉芯药芯焊丝E70C—6M H4 ，焊丝φ0.9mm（AWS A5.18）。根焊保护气体为 Ar 和CO2混合气，气体比例为80%∶20%。 填充、盖面焊丝采用新研制的药芯自保护焊丝E91T8—G，焊丝直径2.0mm（AWS A5.29）。具体化学成分及力学性能如表3、表4所示。 第四，坡口加工与清理。利用管道专用坡口机对X80钢管进行坡口加工。坡口尺寸、形式及焊道分布如图2所示。管口组对前用机械方法将坡口内壁和坡口两侧25mm范围内的铁锈等污物清理干净，直至露出金属光泽。 第五，为保证焊后冲击值及焊接接头强度符合标准要求，而且不出现裂纹, X80钢预热温度确定为150～200℃，层间温度≥80℃，不需焊后热处理；焊接时当温度低于层间温度时必须再加热。加热方法采用火焰加热。 第六，根据母材焊接性，选用合理的焊接参数，如表5所示。 （2）焊接 按表5调节好焊接参数，进行根焊、热焊、填充焊和盖面层的焊接。焊接过程中，每层焊道用角向砂轮机清理飞溅及焊渣后再进行下一层焊接。焊接完成后，清除焊缝表面熔渣、飞溅和其他污物；焊缝成形如图3所示。 3. 试验结果与分析 （1）无损检测 根据GB/T31032—2014检查焊缝表面无裂纹、气孔等缺陷，外观检查合格。根据SY/T4109—2013要求进行100%无损探伤，结果合格。 （2）理化试验分析 对接环焊缝进行力学性能试验，结果表明，对接环焊缝的抗拉强度值、低温冲击吸收能量、弯曲试验、HV10硬度值、金相试验等均满足GB/T31032—2014标准要求。尤其是低温冲击试验立焊和平焊位置焊缝的冲击吸收能量值最低90J，最高130J，比原来最低值40J有明显的提高。相关试验结果如表6~表10、图4~图8所示。
4. 结语 （1）通过对新研制的自保护药芯焊丝进行工艺试验，结果表明，各项指标满足X80钢管道技术规格书的要求和GB/T31032—2014标准要求，特别是冲击韧性大幅度提高，虽然弯曲试样出现微裂纹，但没有超标。 （2）试验表明，新研制的焊丝力学性能有所突破，成功解决了焊缝金属的冲击韧性合格率低的问题。但是焊丝的工艺性能方面存在电弧吹力较小、熔池铁液“稀”、熔深浅等问题，下一步将继续研究解决这些问题。 （3）新研制的焊丝综合性能得到了很大程度的提高，虽然焊丝工艺方面存在一些问题，但是满足工程焊接的需要。因此新焊丝的研制获得了较好的效果。 （4）下一步继续对此焊丝进行研究，即针对“X80钢自保护药芯焊丝半自动焊环焊缝韧性影响因素及规律分析”的研究，开展半自动焊药芯焊丝及其焊接工艺可操作性的研究。 作者简介：姜欢欢、谭芳铭、王波、马云军、汤海东，中石化胜利油建工程有限公司职工培训中心。 |
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