長(zhǎng)輸管線X80鋼管道的焊接

文海慶

(中石油第二建設(shè)公司，甘肅 蘭州 730060)

中緬天然氣管道是我國(guó)“十一五”期間規(guī)劃的重大天然氣管道項(xiàng)目之一，與同期擬建的中緬原油管道共同構(gòu)成我國(guó)油氣進(jìn)口的西南戰(zhàn)略通道。管道起自緬甸西海岸皎漂市，從云南瑞麗市進(jìn)入中國(guó)境內(nèi)，終點(diǎn)到達(dá)廣西貴港市。中緬天然氣管道工程（國(guó)內(nèi)段）干線全長(zhǎng)1 726.8 km，其中與中緬原油管道并行1 101.2 km。全線管徑Ф1 016mm，設(shè)計(jì)壓力10MPa，采用X80級(jí)鋼管。長(zhǎng)輸管道是國(guó)家能源安全的一個(gè)重要保證，由于牽涉地域廣，輸送介質(zhì)壓力高，具有高的可燃性，一旦泄漏可能造成巨大的災(zāi)難性后果，因此，保證長(zhǎng)輸管道的焊接品質(zhì)是一項(xiàng)長(zhǎng)期和艱巨的任務(wù)。

1 鋼焊接接頭性能

1.1 力學(xué)性能

中緬管線X80鋼屬于針狀鐵素體（貝氏體）超純凈、超低碳型管線鋼，含碳量較低，淬硬傾向不大，其化學(xué)成分見(jiàn)表1，其力學(xué)性能見(jiàn)表2。硬度試驗(yàn)性能要求所有硬度測(cè)定點(diǎn)的硬度值不應(yīng)大于300 HV10；沖擊試驗(yàn)性能要求試樣的沖擊吸收功應(yīng)大于等于表3中的規(guī)定值。

表1 化學(xué)成分（品質(zhì)分?jǐn)?shù)）(%)

表2 力學(xué)性能

表3 X 8 0鋼沖擊韌性實(shí)驗(yàn)要求

1.2 工藝性能

（1）彎曲試驗(yàn)要求

在彎曲后，試樣拉伸彎曲表面上的焊縫和熔合線區(qū)域所發(fā)現(xiàn)的任何方向上的任一裂紋或其它缺陷尺寸，應(yīng)不大于鋼管公稱壁厚的1/2，且不大于3 mm。除非發(fā)現(xiàn)其它缺陷，由試樣邊緣上產(chǎn)生的裂紋長(zhǎng)度在任何方向上應(yīng)不大于6mm。在彎曲試驗(yàn)中，每個(gè)試件均應(yīng)滿足評(píng)定要求；

（2）刻槽錘斷試驗(yàn)要求

每個(gè)刻槽錘斷試樣的斷裂面完全焊透和熔合。任何氣孔的最大尺寸應(yīng)不大于1.6mm，且所有氣孔的累計(jì)面積應(yīng)不大于斷裂面積的2%。夾渣深度應(yīng)小于0.8mm，長(zhǎng)度應(yīng)不大于鋼管公稱壁厚的1/2，且小于3mm。相鄰?qiáng)A渣間應(yīng)至少相距13mm無(wú)缺陷的焊縫金屬。白點(diǎn)不做為不合格的原因。

（3）宏觀金相檢驗(yàn)要求

宏觀檢驗(yàn)面不允許存在裂紋和未熔合，其它缺陷應(yīng)符合刻槽錘斷試驗(yàn)的要求。

（4）焊接接頭抗氫致裂紋（HIC）性能試驗(yàn)應(yīng)符合下列要求：

裂紋敏感率（CSR）小于或等于2%；

裂紋長(zhǎng)度率（CLR）小于或等于15%；

裂紋厚度率（CTR）小于或等于5%。

2 X80鋼的焊接工藝

2.1 焊接方法

針對(duì)X80鋼的性能和成分，目前國(guó)內(nèi)開(kāi)發(fā)出了幾種焊接X(jué)80鋼的焊接工藝：

一是，采用低氫性手工焊根焊+自保護(hù)藥芯半自動(dòng)焊填充蓋面工藝；

二是，用半自動(dòng)焊根焊+自保護(hù)藥芯焊絲半自動(dòng)焊填充蓋面工藝；

三是，采用全自動(dòng)焊工藝。中緬管線天然氣管道施工現(xiàn)場(chǎng)地勢(shì)復(fù)雜，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工環(huán)境和施工特點(diǎn)，選擇了第一種施工方案，即根部焊接采用焊條電弧焊方法，熱焊、填充焊、蓋面焊選擇自保護(hù)藥芯半自動(dòng)焊。

2.2 焊接材料

X80鋼采用低匹配進(jìn)行焊接時(shí)焊縫會(huì)產(chǎn)生應(yīng)變，因而需要焊縫具有更高的韌性以防止在缺陷處產(chǎn)生裂紋，在焊接材料的選擇上采用和母材金屬高匹配高匹配時(shí)缺陷容限大于低匹配，這一限度隨屈服強(qiáng)度與拉伸強(qiáng)度比率增加而降低。因此，在根部焊接時(shí)，選擇的焊接材料為焊條E7016直徑3.2mm，熱焊、填充及蓋面焊接選擇E81T8-Ni2j焊絲，直徑2.0mm。

2.3 焊接工藝規(guī)程及參數(shù)

X80鋼選擇采用低氫焊條手工焊根焊+自保護(hù)藥芯半自動(dòng)焊填充蓋面工藝，其具體工藝規(guī)程和參數(shù)見(jiàn)下表4、表5。

表4 X80鋼管焊接工藝規(guī)程列表

表5 X80鋼管焊接工藝參數(shù)

（1）焊接破口

焊接坡口應(yīng)按焊接工藝規(guī)程的要求執(zhí)行，其要求如圖1所示。

圖1 V型坡口形式

當(dāng)厚度差小于或等于3.0mm的不等壁厚鋼管對(duì)接焊時(shí)，可直接進(jìn)行焊接，如圖2所示。當(dāng)厚度差大于3.0mm且δ2/δ1不大于1.5的不等壁厚鋼管對(duì)接焊時(shí)，可在厚度大的部件上進(jìn)行削薄處理（圖3 a））或在內(nèi)部進(jìn)行封底焊（圖3b））。

圖2 厚度差小于或等于3.0mm的不等壁厚鋼管對(duì)接焊

圖3 厚度差大于3.0mm且厚度比δ2/δ1不大于1.5的不等壁厚鋼管對(duì)接焊根部的處理

（2）焊接預(yù)熱

預(yù)熱可以降低焊接接頭的冷裂紋敏感性，提高X80鋼抗冷裂性能提高，X80鋼管焊接的預(yù)熱溫度為100℃~200℃。當(dāng)返修焊接時(shí)，預(yù)熱溫度為150℃~200℃。當(dāng)環(huán)境溫度在5℃以上時(shí)，預(yù)熱寬度在坡口兩側(cè)各50mm。環(huán)境溫度低于5℃時(shí)，采用火焰加熱的方法進(jìn)行管口預(yù)熱，預(yù)熱寬度為坡口兩側(cè)各75mm。預(yù)熱后應(yīng)清除表面污垢，在距管口25mm處的圓周上均勻測(cè)量預(yù)熱溫度，保證預(yù)熱溫度均勻，預(yù)熱時(shí)不能破壞鋼管的防腐層。

2.4 保護(hù)氣體

保護(hù)氣體有惰性氣體、活性氣體或者兩者混合氣體，這些氣體的干燥度、純度和成分比例應(yīng)滿足焊接品質(zhì)的要求，中緬管線采用20%Ar+80%CO2混合氣體進(jìn)行保護(hù)。保護(hù)氣體提高了焊縫金屬的缺口韌性和斷裂韌性，同時(shí)減小了焊接飛濺，使電弧更加穩(wěn)定。

3 結(jié)束語(yǔ)

中緬管線X80鋼根焊方法采用低氫焊條E7016上向焊接，填充、蓋面采用自保護(hù)藥芯半自動(dòng)焊填向下焊接，使用20%Ar+80%CO2混合保護(hù)氣體，焊接前進(jìn)行預(yù)熱。本焊接工藝保證了焊縫性能，保證了管線施工正常進(jìn)行，為高強(qiáng)度鋼的焊接提供了有利的依據(jù)。

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