長輸管線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“十一五”期間規(guī)劃的重大天然氣管道項目之一，與同期擬建的中緬原油管道共同構(gòu)成我國油氣進口的西南戰(zhàn)略通道。管道起自緬甸西海岸皎漂市，從云南瑞麗市進入中國境內(nèi)，終點到達廣西貴港市。中緬天然氣管道工程（國內(nèi)段）干線全長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)計壓力10MPa，采用X80級鋼管。長輸管道是國家能源安全的一個重要保證，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，保證長輸管道的焊接品質(zhì)是一項長期和艱巨的任務(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)成分見表1，其力學(xué)性能見表2。硬度試驗性能要求所有硬度測定點的硬度值不應(yīng)大于300 HV10；沖擊試驗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)分數(shù)）(%)

表2 力學(xué)性能

表3 X 8 0鋼沖擊韌性實驗要求

1.2 工藝性能

（1）彎曲試驗要求

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)生的裂紋長度在任何方向上應(yīng)不大于6mm。在彎曲試驗中，每個試件均應(yīng)滿足評定要求；

（2）刻槽錘斷試驗要求

每個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，且所有氣孔的累計面積應(yīng)不大于斷裂面積的2%。夾渣深度應(yīng)小于0.8mm，長度應(yīng)不大于鋼管公稱壁厚的1/2，且小于3mm。相鄰夾渣間應(yīng)至少相距13mm無缺陷的焊縫金屬。白點不做為不合格的原因。

（3）宏觀金相檢驗要求

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

（4）焊接接頭抗氫致裂紋（HIC）性能試驗應(yīng)符合下列要求：

裂紋敏感率（CSR）小于或等于2%；

裂紋長度率（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X80鋼的性能和成分，目前國內(nèi)開發(fā)出了幾種焊接X80鋼的焊接工藝：

一是，采用低氫性手工焊根焊+自保護藥芯半自動焊填充蓋面工藝；

二是，用半自動焊根焊+自保護藥芯焊絲半自動焊填充蓋面工藝；

三是，采用全自動焊工藝。中緬管線天然氣管道施工現(xiàn)場地勢復(fù)雜，根據(jù)現(xiàn)場施工環(huán)境和施工特點，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、蓋面焊選擇自保護藥芯半自動焊。

2.2 焊接材料

X80鋼采用低匹配進行焊接時焊縫會產(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缺陷容限大于低匹配，這一限度隨屈服強度與拉伸強度比率增加而降低。因此，在根部焊接時，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+自保護藥芯半自動焊填充蓋面工藝，其具體工藝規(guī)程和參數(shù)見下表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的不等壁厚鋼管對接焊時，可直接進行焊接，如圖2所示。當(dāng)厚度差大于3.0mm且δ2/δ1不大于1.5的不等壁厚鋼管對接焊時，可在厚度大的部件上進行削薄處理（圖3 a））或在內(nèi)部進行封底焊（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，預(yù)熱溫度為150℃~200℃。當(dāng)環(huán)境溫度在5℃以上時，預(yù)熱寬度在坡口兩側(cè)各50mm。環(huán)境溫度低于5℃時，采用火焰加熱的方法進行管口預(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處的圓周上均勻測量預(yù)熱溫度，保證預(yù)熱溫度均勻，預(yù)熱時不能破壞鋼管的防腐層。

2.4 保護氣體

保護氣體有惰性氣體、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混合氣體進行保護。保護氣體提高了焊縫金屬的缺口韌性和斷裂韌性，同時減小了焊接飛濺，使電弧更加穩(wěn)定。

3 結(jié)束語

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

[1]呂彥民，李作文，趙文杰.X80鋼管道焊接技術(shù)[J].油氣田地面工程，2008，27(9):79-80.

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