X80管線鋼的手工電弧焊返修焊接工藝試驗研究

羅全意 魏振寶

長慶油田分公司建設工程處，陜西西安 710086

X80管線鋼的手工電弧焊返修焊接工藝試驗研究

羅全意 魏振寶

長慶油田分公司建設工程處，陜西西安 710086

本文采用斜Y坡口焊接裂紋試驗對三種X80管線鋼材料進行了焊接性研究，之后采用優化的手工電弧焊焊接工藝對X80-1管線鋼進行了返修焊焊接工藝試驗。實驗結果表明：X80-1的焊接性最好，X80-3的焊接性次之：X80-2的焊接性最差。試驗用X80管線鋼具有良好的焊接性，選用的焊接工藝參數合理，采用該工藝參數焊接，可以得到性能良好的接頭。

X80；斜Y坡口；焊接性；焊接工藝試驗

隨著石油工業的發展，現階段新發現的油、氣田大都在邊遠和地理、氣候條件比較惡劣的地帶，油、氣輸送管線所經過的地域更為復雜，如高寒地區、沙漠地區、沼澤地區和海洋地區等。在這些復雜的氣候和地域環境下，要高質量的進行管線施工、節省投資、降低工程費用、確保管線安全可靠運行，就不斷要求提高管線鋼的強度。在管線鋼強度級別提高的同時，除了要求材料應具有良好的韌性、抗疲勞性能、抗斷裂特性和耐腐蝕性能外，同時還要求不應當惡化鋼的焊接性能和加工性能。目前X80管線鋼已經成功應用于西氣東輸二線工程，這表明該材料即將成為我國管道建設的主要用鋼，為此，我們將對不同生產廠家生產的X80管線鋼進行一些相關研究，以期為將來的工程實踐提供幫助。

1 前言

材料焊接性的評價一直是焊接工作者面臨的最艱巨的任務，在焊接過程中，焊接技術非常復雜，焊件質量的優劣與大量參數的相互作用以及焊接過程中的組織轉變有關[1]。為保證焊件無缺陷，并能滿足結構的使用性能要求，就必須對這些相互作用的參數進行控制。焊接性常用的評定方法有以下幾種[2]：（1）經驗公式：如碳當量（Ceq）、裂紋敏感系數（Pcm）等；（2）對實際焊接結構進行觀察、檢測以確定焊接性；（3）通過對焊接CCT圖測定對焊接熱影響區的組織、性能及冷裂紋傾向進行預測；（4）通過對HAZ的硬度測定預測HAZ的冷裂紋傾向及脆化傾向；（5）通過專門的焊接性試驗，如插銷試驗、斜Y坡口試驗等對焊接性進行試驗評價等。本文將選用碳當量和斜Y型坡口焊接裂紋試驗方法來對三種X80管線鋼進行焊接性評價，之后選用焊接性最好的一種X80管線鋼做后續的返修焊焊接工藝試驗。

2、試驗材料與試驗方法

2.1 試驗材料

本文選用的母材以三個不同廠家生產的X80-1、 X80-2和X80-3作為試驗對象，板厚均為18.4mm。分別從各鋼卷板上取樣，各材料的化學成分如表1所示。

表1 三種材料的化學成分（wt%）

2.2 斜Y坡口焊接裂紋試驗方法[3]

本試驗方法所產生的裂紋多出現于焊根尖角處的熱影響區。當焊縫金屬的抗裂性能不好時，裂紋可能擴展到焊縫金屬，甚至貫穿至焊縫表面。裂紋可能在焊后立即出現，也可能在焊后數分鐘，乃至數小時后才開始出現。本次試驗焊接方法選用手工電弧焊，焊條選用SH-J770，在350℃下烘烤1小時保溫使用；焊接規范為：焊接電流為170± 10A，電弧電壓為22±2V，焊接速度為150±l0mm /min。試件的形狀和尺寸、手工焊試驗焊縫位置如圖1。

圖1 試件的形狀和尺寸、手工焊試驗焊縫位置

3 試驗結果及分析

3.1 焊接性試驗

3.1.1 碳當量評價

采用國際焊接學會推薦的碳當量計算公式（4）分別計算了三種試驗鋼的碳當量。

3.1.2 斜Y坡口焊接裂紋試驗

采用肉眼或其他適當的方法來檢查焊接接頭的表面和斷面是否有裂紋，并分別計算出表面裂紋率、根部裂紋率和斷面裂紋率。五個橫斷面的位置是：按試驗焊縫寬度開始均勻處與焊縫弧坑中心之間的距離四等分而確定。計算所得的各種裂紋率如表2所示。

表2 斜Y坡口試驗各種裂紋率 （%）

對于斜Y坡口試驗來講，通常我們認為當裂紋率小于20%時，在實際的焊接過程中就不會產生裂紋，由此來看X80-1和 X80-3的表面裂紋率和根部裂紋率都小于20%，斷面裂紋率大于20%，但綜合裂紋率都在20%以內，因此認為這兩種鋼材的可焊性良好，且適用于該種焊接工藝。而X80-2的各項裂紋率均大于20%，表明該種鋼材的可焊性相比前兩者較差，且不適合該焊接工藝。

3.2 焊接工藝試驗

采用上述相同的焊接工藝對X80-1管線鋼進行了返修焊的焊接工藝試驗（焊接規范參數略）。焊接完成后對焊接接頭進行了各項力學性能試驗和金相組織分析。拉伸試驗采用矩形拉伸試樣，測的抗拉強度為750MPa；導向彎曲結果表明，面彎、背彎均無裂紋；從沖擊韌性試驗結果看，焊縫的沖擊韌性平均值為220J（-10℃），熱影響區的沖擊韌性平均值為242J（-10℃）。從各項力學性能結果看，焊接接頭均符合相關標準的要求。焊接接頭各區域的金相組織如圖2所示。

圖2 焊接接頭各區域的光學金相組織

從圖2可以看出，熔合區的組織為粒狀貝氏體，焊縫的組織為晶內針狀鐵素體+粒狀貝氏體+少量多邊形鐵素體，細晶區組織為細小的多邊形鐵素體+少量的珠光體和M/ A島。均符合相關標準的要求。

4 結論

（1）從碳當量計算結果和斜Y坡口試驗結果可以看出：X80-1的焊接性最好，X80-3的焊接性次之：X80-2的焊接性較差。

（2）X 80-1管線鋼具有良好的焊接性，采用優化后的返修焊工藝參數進行焊接后，可以得到性能良好的焊接接頭。

[1]高惠臨.管線鋼組織、性能、焊接行為[M]. 西安：陜西科學技術出版社.1995: 163- 170

[2]李亞江.焊接冶金學-材料焊接性[M].北京：機械工業出版社.2006,11-21

[3]GB4675.1-84.焊接性試驗 斜Y坡口焊接裂紋試驗方法[S].1984

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.11.074