J507焊條在N80管線焊接中的應用探討

刁美峰 刁美琦 汪慧

【摘要】針對管線在焊接過程中出現的延性斷裂現象，本文以J507焊條在N80管線焊接為例，對其焊接性及焊條的選用原則進行了分析，并對焊接缺陷以及管線焊接注意事項進行了論述，以期為如何應對使用J507焊條焊接時出現的問題提供理論與實踐參考。

【關鍵詞】電焊工藝? J507焊條? N80管線? 焊接應用

為壓縮成本、挖潛增效，各單位在一些單井流程的維修換管、水暖盤管、大型貨物架等都使用報廢的管線做材料。報廢的管線多為J55和N8O管線，此類管線在使用1422焊條焊接后，均有延性斷裂現象出現，為此在焊接管線時，都普遍采用J507焊條焊接。以N80管線為例，本文主要結合自身工作實際就如何應對使用J507焊條焊接時出現的問題和注意事項作一簡要探討。

一、原理分析

（一）N8O管線焊接性分析

目前經常在采油廠生產中使用的管線J55、N80級占80%左右，尤其是N80級油井管用量最大，約占50%。N80管線是屬于非調質鋼的一種無縫鋼管，非調質鋼是在中碳錳鋼的基礎上加入釩、鈮、氮等微合金化元素，利用控溫軋制過程中的高溫形變及隨后的冷卻，控制微合金化合物的析出，來產生晶粒細化作用，從而使鋼強化。這類鋼在軋制狀態下的力學性能可接近或達到一般調質狀態鋼的力學性能水平。

從化學成分表里可以得到，N80管線含碳量為0.34～038%屬于中碳鋼（C<0.25%為低碳鋼，C=0.25%-0.60%為中碳鋼，C>0.60%為高碳鋼），碳對焊接性及焊縫金屬組織性能的影響主要表現在提高強度和硬度，但會使其焊縫金屬的塑性、韌性下降，并隨著含碳量的逐漸增加，其焊接性也越來越差

合金元素的增加，降低了焊接性，特別是增大了熱裂傾向。而當碳C含量增加后，Mn也會降低鋼材的焊接性。中碳鋼焊接，由于鋼材含碳量較高，焊接裂紋傾向增大，可選用低氫型焊條或焊縫金屬具有較高塑性、韌性的焊條，而且大多數情況需要預熱和緩冷處理。因此管線對焊接的要求比較高，應選用雜質含量較低且具有一定脫硫能力的堿性低氫型焊條。

（二）焊條的選用原則

焊條的選用須在確保結構安全、可靠使用的前提下，根據被焊材料的化學成分、力學性能、焊接結構特點、板厚、受力狀態等等有針對性的選用焊條。當母材中碳、硫、磷等元素含量偏高時，焊縫中容易產生裂紋，應選用抗裂性能好的堿性低氫型焊條。

通過以上綜合分析，N80管線選用J507焊條焊接，能保證焊縫金屬的化學成分的均勻度、強度、塑性和沖擊韌性等力學性能與母材相匹配。

二、焊接缺陷分析

隨著鋼材強度和厚度的增加，熱影響區脆化傾向增大熔合區的化學及物理不均勻性也更加嚴重。這不僅會影響接頭的使用性能，還會導致生成嚴重的焊接缺陷。因此，對產品來說焊接質量往往取決于焊接接頭熔合區的性能。

熔合區的化學不均勻性：造成化學不均勻性主要原因是焊縫與母材在化學成分上的差異。鋼中的合金元素和某些雜質在液相中的溶解度不同，造成不平衡凝固過程，進而造成裂紋的產生。使用低氫型J507焊條焊接管線能保證焊接接頭化學成分的等強度及均勻分布，最大限度地避免焊接裂紋的產生。

三、管線焊接注意事項

（一）焊前清理

用角向磨光機、銼刀、鋼絲刷等工具將焊口表面及其附近20mm范圍內的氧化皮、鐵銹、油污的雜物清理干凈。2焊接材料及焊接電源選用J507（E5015）焊條，焊條直徑∮3.2mm，焊前須經350-400℃烘干1-2小時，然后放入焊條保溫筒中備用。焊接電源應選用直流焊機。

（二）焊口組對

管子采用ⅴ形坡口，坡口加工現場可采用氧一乙炔焰進行切割。組對后，檢查定位焊縫是否存在裂紋等缺陷，確認無缺陷后，將定位焊縫兩端打磨成緩坡狀。

（三）焊前預熱

N80管線的預熱溫度為100℃-200℃C。當環境溫度低于5℃以上時預熱寬度為破空兩側各50mm，當環境溫度低于5℃以下時，預熱寬度增加，并控制層間溫度（一般不能低于預熱溫度），以降低焊縫金屬和熱影響區的冷卻速度，抑制馬氏體的形成，提高焊接接頭的塑性，減少殘余應力。

（四）焊接工藝參數

所用焊接工藝參數如對口間隙、鈍邊、焊接電流等，尤其是焊接電流，不能過大或過小。過大時，易產生焊瘤、氣孔和咬邊等缺陷;過小時，容易產生夾渣、未焊透及未溶合等缺陷。電源的極性采用反接法，其特點是飛濺少，成形美觀，不易產生氣孔。

四、焊接質量驗收

在管道焊接工程進行的整個過程中，所有的工作人員都應該將管道材料的質量、焊接過程的準確性、和焊接結果的驗收作為質量的關鍵點進行關注.其中管線材料的質量是最大前提，只有保證所采購的管道材料是優質無殘缺的才能保證整個工程系統順利運行，質量是一切行動先決條件。而整個焊接的過程以及焊接結束后的驗收工作則是整個工程順利進行的必要措施.因為管道的焊接是一個龐大、系統的工程，所以在進行工藝制定時一定要非常的嚴謹細微，不能有任何安全隱患以及質量漏洞。也正是因為管道焊接系統相當的龐大所以質量驗收工作只能做抽檢驗證，抽檢就不能保證所有關鍵點都抽檢到位，所以工作人員還應該將工作重點放在管道本身的質量保證以及焊接過程的質量監督上。

五、結束語

J55和N8O管線在使用1422焊條焊接后，均有延性斷裂現象出現，特別是N80管線屬于非調質鋼的一種無縫鋼管，非調質鋼是在中碳錳鋼的基礎上加入釩、鈮、氮等微合金化元素，利用控溫軋制過程中的高溫形變及隨后的冷卻，控制微合金化合物的析出，來產生晶粒細化作用，從而使鋼強化。合金元素的增加，降低了焊接性，增大了熱裂傾向，因此管線對焊接的要求比較高，應選用雜質含量較低且具有一定脫硫能力的堿性低氫型焊條。在對該類管線進行焊接時，應做好焊前清理、焊口組對、預熱等工序，并確保科學的焊接工藝參數。

參考文獻：

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