L450M管線鋼穿越段焊縫返修焊接工藝

姜歡歡 王紹智 喬虎

1. 概述

濟南-青島輸氣管線工程全長402km，橫跨山東省7個地級市，由干線和聯絡線組成。本工程干線穿越大中型河流共27條，長度為20 750.4m。在施工過程由于受地理環境、焊工操作水平和工藝參數設置不合理等因素的影響，焊接過程中易出現氣孔、夾渣、未熔合等缺陷，故需對不合格焊縫進行返修。本文針對工程中L450M、 φ813mm×20mm 管線鋼水平定位焊SMAW全壁厚返修進行了工藝試驗，探索出了合理的返修工藝，可用于指導焊接施工。

2. 母材及焊接材料

（1）母材焊接性及力學性能 L450M管線鋼為控軋控冷鋼，主要用于輸送石油天然氣的管線，屬于低合金高強度鋼。其化學成分和力學性能如表1、表2所示。

采用IIW推薦使用的碳當量計算公式得到CE= 0.366%，冷裂紋敏感系數P = 0.16%，母材碳當量＜0.4%，冷裂紋敏感系數＜0.2%，說明鋼材具有較好的焊接性和抗裂性能。

（2）焊接材料的確定 根據L450M管線鋼的化學成分及力學性能，返修工藝打底焊采用伯樂公司生產的BOEHLER FOX CEL E6010、 φ3.2mm焊條，填充、蓋面焊采用低氫型焊條E5515—G ，φ3.2mm，熔敷金屬的化學成分如表3所示。

坡口形式

表1 化學成分（質量分數） （%）

表2 力學性能

表3 熔敷金屬化學成分（質量分數） （%）

3. 返修工藝

（1）缺陷的清除和坡口制備 根據射線底片上的缺陷種類、位置、深度及缺陷大小測量出缺陷所在的位置，并根據缺陷的性質和部位，使用角向磨光機對缺陷進行徹底的清除，并把坡口兩邊50mm區域內及坡口面的油銹等雜質清理干凈。對清理完的地方，還要通過表面探傷加以確認，合格后方可施焊。清除缺陷后，用角向磨光機將返修部位打磨，打磨后的兩端及表面過渡要平緩，寬度要均勻，便于施焊緩坡凹槽。如需全壁厚返修，應開V形坡口，坡口形式如附圖所示。

（2）返修工藝 為了滿足焊接施工的需要，保證返修后能得到良好的焊縫成形和接頭性能，必須采用合適的焊接參數。具體焊接參數如表4所示。

（3）返修工藝要點 主要包括以下幾個方面：第一，為避免出現冷裂紋，焊前必須將返修部位坡口兩側100mm區域預熱，預熱溫度為120~160℃，坡口兩邊預熱要均勻，施焊過程中層間溫度控制在120~250℃內。

第二，焊前焊條應進行350~400℃烘干 ，纖維素焊條烘干溫度70~80℃，并在保溫筒內存放，隨用隨取。坡口附近的鐵銹、油污應仔細清理干凈，以降低焊縫的含氫量，避免產生冷裂紋。

第三， 返修時SMAW根焊、填充蓋面都采用向上焊。根焊時，采用小鋸齒形運條方式，短弧向上焊接。焊接過程中控制熔孔大小始終保持一致，以保證焊縫成形良好。

第四，必須嚴格按照焊接工藝要求進行返修，要一次性完成返修焊縫，焊層焊接的時間間隔要＜10min。如焊道中出現的非裂紋性缺陷，可直接返修。裂紋長度小于焊縫長度8%，采用返修工藝進行返修；裂紋長度大于焊縫長度8%時，所有帶裂紋焊縫必須切除。焊縫在同一部位的返修不得超過一次，否則將全部焊縫切除。

第五，為保證返修一次合格，返修工作要選擇技術水平較高的、責任心強的焊工進行返修。完成返修工作后，焊縫余高不應低于母材，打磨圓滑過渡，去除渣皮、飛濺物等，清理干凈焊縫表面。

第六，返修時只有在環境溫度≥-20℃，環境風速≤8m/s，環境濕度≤90%RH的條件下才能進行，如出現其中任一情況不符合要求，應采取可靠的防護措施，否則禁止進行返修。

4. 焊接試驗

（1）無損檢測 根據SY/T4109—2005標準，返修焊縫進行X射線探傷，未發現缺陷，達到標準中Ⅱ級要求。

（2）力學性能試驗 根據SY/T4103—2006《鋼制管道焊接及驗收》標準，并結合本工程設計文件的要求，對返修焊口試樣進行了拉伸、彎曲試驗、低溫沖擊、刻槽錘斷試驗。

拉伸試驗：取4塊試樣進行拉伸試驗，試驗結果如表5所示。試樣抗拉強度數值較高，滿足標準要求。

彎曲試驗：彎曲試樣8塊，進行側彎試驗。試驗結果如表6所示。焊接接頭沒有出現裂紋，試驗結果合格。

低溫沖擊試驗：低溫沖擊試驗結果如表7所示。結果表明，焊縫中心是焊接接頭低溫沖擊性能較低的部位，但是滿足設計文件要求。

刻槽錘斷試驗：刻槽試樣長約230mm，寬25mm，用鋼鋸在試樣兩側焊縫端面中心（以根焊道為準）鋸槽，每個刻槽深度約為3mm。刻槽錘斷試樣斷裂面完全熔合和焊透，無其他缺陷，刻槽試驗結果如表8所示。

表4 焊接參數

表5 拉伸試驗結果

表6 彎曲試驗結果

表7 沖擊試驗結果

表8 刻槽試驗結果

5. 結語

在濟南-青島輸氣管道二線工程管道干線穿越黃河焊縫返修施工中，采取以上返修工藝，返修 后的焊縫經外觀檢查和無損檢測均合格，且焊接接頭的各項性能指標都達到了標準要求，返修一次合格率100%，說明本返修工藝可行性良好，可用于指導管線的返修施工。

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