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机械网--我国大口径X70输气钢管焊接技术和质量现

发布时间:2021-11-19 11:49:34 阅读: 来源:齿轮钢厂家
机械网--我国大口径X70输气钢管焊接技术和质量现

摘 要:X70钢级大口径螺旋缝和直缝埋弧焊钢管被开发出且用于我国的西气东输工程,这是我国第1条高压、大口径和高钢级输送天然气的管线。该工程的设计压力为14MPa,钢管母材为针状铁素体型X70级管线钢。外径1016mm、壁厚14.6~21.0mm的国产X70管线管的焊缝性能到达相当高的水平,特别是焊缝的夏比V型缺口低温冲击性能。本文通过大量的调研、统计,分析了我国目前X70管线钢制管的焊接技术和质量现状。关键词:X70输送钢管焊接技术质量 0 前言 西气东输工程是新世纪开始我国1项大的重点工程。管道全长约4000km,初期输气量为每年120亿立方米,终究输气量每年200亿立方米。设计压力14MPa,运行压力10MPa,钢管用量约160多万吨。她将西部的天然气资源输送到经济发达但能源短缺的东南沿海地区,将大大地促进中国的经济发展,且推动了我国石油天然气输送管制管技术的进步。 X70是国外70年代初发展起来的1种微合金高强度管线钢,采取控轧控冷工艺,得到以针状铁素体为主的组织,强度、韧性和焊接性等性能非常好,已在工程中大量使用,技术已很成熟。我国管线钢的利用研究起步较晚,但是发展很快,80年代之前1直采取A3F、16Mn1类的钢材,直至80年代中后期才开始少量采取X60钢管,且多为进口钢材。80年代初开始,国内钢铁企业、制管厂和科研单位经过量年的努力,研制出X60、X65管线钢。为了国家西气东输工程建设的需要,于2001年又研制出了X70高强度管线钢。[1][4] 油气输送钢管的焊接,是制管厂的关键技术环节之1,焊接质量的优劣关系到管线运行的安全,可以衡量1个国家管线钢焊接技术水平。在研制大口径X70钢管的进程中,攻关单位付出了很大努力,攻克了许多技术难关,掌握了X70管线钢焊接技术,相继于2001年和2002年开发出了大口径(OD.1016mm)X70螺旋埋弧焊管(SSAW)和直缝埋弧焊管(LSAW),约80万吨的国产X70焊管用于国家的西气东输工程建设,生产焊管合格率到达97%以上。本文通过大量的调研、统计,分析研究了我国目前X70管线钢制管的焊接技术和质量现状。1 焊接工艺 西气东输工程用钢管的外径均为1016mm,而钢管厚度根据使用地区种别的不同从14.6到26.2mm乡下房屋被强拆怎么办。该工程用钢管分为直缝和螺旋缝埋弧焊钢管两种,由于历史的缘由,我国的钢管生产线大多为螺旋管生产线,参与西气东输工程钢管生产的螺旋管厂有6家,均为在线焊接。为了西气东输工程的需要,其中的1家管厂新建了1条直缝埋弧焊管生产线,成型方式为JCOE。制作钢管的焊接方法均采取双面埋弧焊,焊接设备为美国Lincoln或德国Messer公司的生产焊机。根据材料厚度的不同,钢管内外焊1般采取2-4丝焊接,也有个别厂家内焊道采取单丝焊。螺旋埋弧焊管采取在线焊接,由于遭到成型机组行进速度的限制,焊接速度不高,而直缝焊管的焊速较高。国内生产φ1016mm X70埋弧焊管的焊接工艺见表1,通过控制焊接线能量来保证钢管焊接接头的性能。表1X70埋弧焊管主要焊接工艺参数

2 焊接材料 制作钢管焊接材料包括埋弧焊丝和焊剂。目前使用的焊丝主要是H08C,这是国家“85”计划期间有关单位研制的高强度高韧性管线钢专用焊丝,属于Mo-B-Ti型合金系,是1种低碳、低硫磷、低气体含量和杂质含量的良好焊丝。通过采取微合金化和细晶粒强韧化机理设计焊丝,使焊缝得到了以针状F为主的组织,同时满足高强度和高韧性的要求。其典型的化学成分和力学性能见表2、表3。采取该焊丝生产钢管焊缝的典型金相组织见图1。也有的制管厂采取JW-9牌号的焊丝,它与H08C焊丝具有相近的化学成分和力学性能。[2]表2H08C焊丝的典型化学成分

使用的焊剂有2种,牌号分别为SJ101和SJ101G,均为国内生产。SJ101焊剂属于氟碱型烧结焊剂,碱度值为1.8左右,粒度10~60目,焊剂成分为Ti-Al2O3-MgO系统。该焊剂具有良好的抗吸潮性,焊接进程电弧燃烧稳定、脱渣容易,所焊焊缝金属的低温冲击韧性较高。SJ101G焊剂也属于氟碱型烧结焊剂,碱度值为1.6~2.0,为氟碱型渣系特点,焊渣成分:CaO+MgO+MnO+CaF2≥50%、SiO2≤20%、CaF2≥15%,通过配合H08C焊丝得到高韧性焊缝。[3]表3H08C焊丝熔敷金属的典型力学性能

图1钢管焊缝的典型金相组织

3 焊接质量 3.1 焊缝外观 焊缝的外观质量包括焊缝的余高、错边、焊缝与母材的过渡、焊缝形状、宽窄均匀性等等。图2为1组典型的螺旋缝与直缝埋弧焊管焊缝外观质量对比。与直缝埋弧焊管焊缝外观质量相比,螺旋埋弧焊管由因此在线焊接,焊接工艺受成型机组的影响而不能调理到最好状态,焊缝的外观质量普遍不好,表现在焊缝与母材过渡不油滑、焊缝马鞍形、余高太高等,这对焊接接头的承载有较大影响,这是国产螺旋焊管需要努力改进的方面之1。 图2螺旋缝与直缝埋弧焊管焊缝外观对比

3.2 焊缝内在质量 焊缝的内在质量指焊缝完好性,即焊缝的无缺点性。焊缝1次探伤合格率可以衡量这1质量水平。本工程国产钢管焊缝1次探伤合格率,螺旋缝埋弧焊管1般约75%,直缝埋弧焊管1般约85%。焊缝的缺点主要为未焊透、夹渣、错边。可见,焊缝1次探伤合格率不高,相当量的钢管需要通过焊接修补来满足技术条件要求,补焊成为制管厂主要工作之1。对国内管厂生产钢管不合格的缘由进行分析统计,结果显示因焊接缺点酿成的不合格螺旋缝埋弧焊管占50~60%,直缝埋弧焊管占月45%。可见,焊接内在质量问题是造成钢管不合格的主要缘由,这是国产焊管质量需要改进的另外1个方面。3.3 焊缝的力学性能 X70钢管焊缝的力学性能可以通过是拉伸、夏比冲击、硬度等实验数据来衡量。表4列出了国内几个主要钢管厂为西气东输工程生产的X70钢管焊接接头的主要性能,为了对比,同时列出了日本某钢管厂某1时期为该工程生产的X70钢管焊接接头的主要性能。国产钢管焊接接头的抗拉强度满足技术条件要求(≥570MPa),平均值比进口钢管明显高。国产钢管焊缝和热影响区的硬度满足技术条件要求(Hv10≤270),平均值适中。钢管韧性是高钢级高压输气管线1个非常重要的指标,国产钢管焊缝和热影响区的冲击功与进口钢管相比在同等水平,平均值很高,但存在很少量钢管焊缝的冲击功低于技术条件要求(-20℃夏比冲击功3个试样平均值不小于90J,单个试样最低值不小于60J)的现象。图3是国产合格钢管焊缝夏比冲击功(-20℃)的几率散布图,可以看出,除17.5mm LSAW钢管外(120J以上钢管的几率约80%),90%以上钢管的夏比冲击功在120J以上。系列温度冲击实验数据也表明,焊缝金属具有良好的低温转变特性。可见国产钢管焊缝具有良好的冲击性能,但是钢管焊缝韧性的稳定性需要进1步提高。a) 14.6mm SSAW管b) 17.5和21.0mm LSAW管图3⑵0℃钢管焊缝夏比冲击功几率散布

3.4 焊接残余应力 众所周知,残余应力对结构的承载能力有很大影响,传统的残余应力测试方法很复杂,在实际工程中实行起来比较困难,特别对管线钢管大批量生产更是如此。西气东输工程技术条件规定,在钢管上切取长度大于100mm的管段,距焊缝100mm处沿轴向切开,通过丈量切口轴向张开量来间接判断焊管的残余应力。残余应力的大小可通过建立的经验公式来估算。这是1种简单、易行、又比较直观的焊管残余应力测试方法。丈量值是焊接和成型质量的综合反应,已在工程中大量使用。[5] 总的来说,直缝埋弧焊管由于焊落后行了扩径处理,残余应力很小,螺旋缝埋弧焊管残余应力较大。但螺旋埋弧焊管经过成型和焊接工艺改进、压力实验等措施,可使其残余应力大幅度降落。本工程用直缝埋弧焊管的切口张开量1般在50mm以下,大多数在20mm左右,螺旋埋弧焊管环切张开量基本保证在技术条件规定的80mm范围。可见,螺旋埋弧焊管的整体残余应力水平相对较高,这是螺旋埋弧焊管需要改进的另外1方面。图4为1组螺旋埋弧焊管的切环试样的照片。图4SSAW焊管残余应力测试切环试样照片

4 结语 通过西气东输工程的推动,我国成功地开发了大口径X70高钢级螺旋埋弧焊钢管和直缝埋弧焊钢管。经过大批量生产,各制管厂已基本掌握了其焊接技术,钢管焊接接头的性能,特别是焊缝的低温冲击韧性到达了国外先进水平。但是,在某些方面,如焊缝外观质量、内在质量、残余应力水同等方面有待进1步改进提高。参考文献 [1]高惠临,管线钢—组织、性能、焊接行动[M],陕西科技出版社 1995:1~5. [2]彭云等,陈武柱,许祖泽,管线钢大电流双面高速埋弧焊接用焊丝研制[J],焊接学报,2001,22(2):62~64. [3]孟润全,任林,王志强等,管线钢管焊接专用SJ101-G烧结焊剂的研制[J],焊管,2001,24(5):17~19. [4]Huo Chunyong, Ma Qiurong, Ma Yingli et al, DEVELOPMENT OF LARGE DIAMETER X70 HIGH TOUGHNESS HSAW LINEPIPE FOR GAS TRANSMMISION[C], 4th International Pipeline Conference, No.IPC2002⑵7155, September 29-October 3, 2002, Calgary, Alberta, Canada. [5] Xiong Qingren, Feng Yaorong, Huo Chunyong et al违章建筑能赔偿吗, THE MEASUREMENT AND CONTROL OF RESIDUAL STRESS IN SPIRAL SUB-MERGED ARC WELDED PIPE[C], 4th International Pipeline Conference, IPC2002⑵7363, September 29-October 3, 2002, Calgary, Alberta, Canada.(end)资讯分类行业动态帮助文档展会专题报道5金人物商家文章