【正文】 焊前預(yù)熱50℃；3)焊前預(yù)熱100℃；4)焊前預(yù)熱130℃(2)試驗結(jié)果： 試驗結(jié)果見表3．33。=0．3640％3．1．3預(yù)熱溫度的理論計算通常使用的預(yù)熱溫度計算公式都與其冷裂判據(jù)一冷裂敏感指數(shù)Pc有 關(guān)，計算公式如下： 。=C+(Si／30)+(Mn+Cu+Cr)／20+(Ni／60)+(Mo／5)+(v／lo)+5B(H)——擴散氫含量(ml／1009)卜板厚(mm)選取(H)=20m]／lOOg 板厚h=17．5mm天津大學(xué)工程碩士學(xué)位論文計算得到：P。+[(H)／60]+(h／600) 其中P?？紤]到了化學(xué)成分、擴散氫含 量及板厚的影響，其計算公式如下：P。表3I X70鋼的碳當(dāng)量值(％)I 碳當(dāng)量 CE(IIW) Ceq(AWS) ‘Ceq(WES)II X70 O．371 0．393 0．363從以上結(jié)果，初步分析，X70鋼冷裂傾向不大，主要原因是降低了含碳量。(^嵋)=C+Mn／6+Si／24+N：i∥15+Cr／5+Mo／4+(Cu／13+P／2)(％)(3)日本焊接協(xié)會 C。3．1．1碳當(dāng)量的計算分別采用國際焊接學(xué)會(IIW)、美國焊接學(xué)會(AWS)、日本焊接協(xié)學(xué) 會(WES)推薦的鋼材碳當(dāng)量計算方法計算了碳當(dāng)量：(1)國際焊接協(xié)會11w的CE值CE=C+Mn／6+(Cr+Mo+V)／5+(Cu+Ni)／15(％)(2)美國焊接學(xué)會AIVS的C。 X70鋼作為高強度級別鋼種，工作在高壓力下(IOMPa)，對冷裂紋有一定天津大學(xué)工程碩士學(xué)位論文敏感性，主要與鋼種的淬硬傾向、接頭的擴散氫含量及其分布、接頭的應(yīng) 力狀態(tài)有關(guān)。3．1焊接冷裂敏感性分析焊接結(jié)構(gòu)趨向大型化，大容器、高參數(shù)方向發(fā)展，工作在低溫、深 冷、高溫、腐蝕介質(zhì)等環(huán)境下工作。熱影響區(qū)的 最高硬度值是評定鋼淬硬傾向的一種簡單的方法，在熱影響區(qū)的過熱區(qū)會 產(chǎn)生少量的鐵素體、貝氏體和大量的馬氏體組織，使過熱區(qū)的最高硬度值 升高。主要有 焊縫及接頭的拉伸、彎曲、沖擊等力學(xué)性能試驗。焊接性 實驗方法有三類直接模擬試驗類 即仿照實際焊接條件，直觀評價焊接性的優(yōu)劣，如 焊接冷裂紋試驗中的插銷實驗和斜Y坡口焊接裂紋試驗方法等；間接推算類是根據(jù)材料、化學(xué)成分、金相組織、力學(xué)性能之間關(guān)系， 聯(lián)系熱循環(huán)過程進行推測或評估，如碳當(dāng)量法、焊接裂紋敏感指數(shù)法、 連續(xù)冷卻組織轉(zhuǎn)變曲線法、焊接熱一應(yīng)力模擬法等。工藝焊接性就是金屬在一定的工藝條件下形成具有一定使用性 能的焊接接頭的能力。天津大學(xué)工程碩士學(xué)位論文第三章X70鋼焊接性研究焊接性指材料在一定工藝條件下(方法、材料、參數(shù)、結(jié)構(gòu))獲得完 整焊接接頭的難易程度以及該接頭能否在使用條件下可靠運行的能力。2)環(huán)境濕度 在潮濕的環(huán)境中進行焊接，空氣中的水汽容易進入焊縫金屬從而引天津大學(xué)工程碩士學(xué)位論文起氣孔甚至產(chǎn)生焊接裂紋，所以一般要求環(huán)境相對濕度不大90％RH。O／SY XQ42003《西氣東輸管道工程焊接施工及驗收規(guī)范》規(guī)定：環(huán) 境溫度低于5C時，無有效的保護措施，嚴(yán)禁施焊。 ’．SY 04022000《石油天然氣站內(nèi)工藝管道施工及驗收規(guī)范》規(guī)定常用 管材允許焊接的最低環(huán)境溫度：低碳鋼為20℃，低合金鋼為一15℃，低合 金高強鋼為一5℃。GB5023698《現(xiàn)場設(shè)備、工業(yè)管道焊接工程施工及驗收規(guī)范》規(guī)定： 當(dāng)焊件溫度低于O39。的坡口。 的坡口角度，以利于焊槍深入擺動，上部考慮自動焊機機頭的擺動范圍及 節(jié)省材料，所以采用26。工藝方案二采用復(fù)合坡口，主 要考慮STT半自動根焊時焊槍的深入角度和擺動，故底部采用55。時，既 節(jié)省焊接材料、降低焊接工作量、提高施工速度，又可保證焊接強度，因 此，工藝方案一采用坡口角度40。 根據(jù)相關(guān)實驗研究，大口徑、大壁厚管線坡口角度采用40。通常管線焊接坡口角度為55。焊接材料成分的選擇應(yīng)考慮到板厚和坡口形式 的影響。焊縫化學(xué)成分不僅取決于焊接材料，而且與母材的熔入量即熔合比有很大關(guān)系；而焊縫組織的過飽和度則與冷卻速度有很大關(guān)系。焊縫表面平滑，飛濺較 少，熔深適中，熔敷效率高。傳統(tǒng)手工上向焊方法由于焊接速度慢、焊接質(zhì)量低己不再適宜在大口徑的長輸管道建設(shè)中應(yīng)用，而纖 維素根焊上向焊主要用于連頭碰死口，主線路中采用纖維素下向焊接，主 要是利用其根焊適應(yīng)性強，根焊速度快，工人容易掌握，有較大的熔透能 力和優(yōu)異的填充間隙性能，對管子的對口間隙要求不很嚴(yán)格，焊縫背面成 形好，氣孔敏感性小，容易獲得高質(zhì)量的焊縫，射線探傷合格率高；自保 護藥芯焊絲的焊接工藝性能優(yōu)良，電弧穩(wěn)定，成形美觀，能實現(xiàn)全位置(下 向)焊接； STT焊接工藝和全自動氣體保護焊工藝都是以氣體為保護、 短路過渡為主要特點，下向焊時熔池體積小、可實現(xiàn)全位置焊接。薩。且不得超過管體防腐層所許可的容限溫度4)施焊環(huán)境要求環(huán)境溫度：大于5C。表2．7 工藝方案二焊接工藝參數(shù)焊接電 電弧 送絲 焊接 保護氣體 焊 焊材 直徑 極流 電壓 速度 速度 流量 道 牌號 (mm) 性 氣體配比A V (m／min) (cm／min) (L／min)Imax2360—根 (7590)％Ar+JM．58 1．2 DC+ 420 16．25 2．54．3．56 9，15 15．25焊 (25l 0)％C02Imin=60—85填(7590)％Ar+充 JM．68 0．9 DC+ 160．240 18．25 7．12 17—25 15—25(251 0)％C02 焊蓋(75—90)％Ar+面 JM．68 O．9 DC+ 150．230 18．24 6．10 12—25 15．25(25—1 0)％C02焊DC+表示焊條或焊絲接正3)工藝要求天津大學(xué)工程碩士學(xué)位論文焊接方向：下向 每層焊工數(shù)：2—4名 層間溫度：≥IOOC。且不得超過管體防腐層所許可的容限溫度4)施焊環(huán)境要求 環(huán)境溫度：大于5C。130 24．37 9．1 5E6010HOBART DC填充焊 2．O 160．270 17．22 70．130 17．2581NlHOBART DC蓋面焊 2．O 150．260 17．22 70．130 12．2581N1DC一表示焊條或焊絲接負(fù)3)工藝要求焊接方向：下向 每層焊工數(shù)：2—4名 層間溫度：≥IOOC。2．4．1工藝方案一1)坡口型式 工藝方案一坡口型式如圖22所示．2)工藝參數(shù) 所用的焊接工藝參數(shù)見表26。試驗結(jié)果見表2表25， 試驗結(jié)果表明焊材均符合AwS的規(guī)定。根焊采用JM．58 AWS A5．18 ER70S．G焊絲，填充焊和蓋面 焊采用錦泰JM．68 AWS A5．28 ER80S．G焊絲。 根據(jù)以上原則及分析確定焊接材料如下：方案一為BOHLER FOX CEL AWS A5．1 E6010焊條進行根焊，HOBAI玎81N1 AWS A5．29 E71T8Nil自保護藥芯進行填充和蓋面 焊接。STT和自動焊是熔化極氣體保護焊，這種焊接方法含氫量 低．加上焊絲的成分和制造要求比較嚴(yán)格，焊縫金屬韌性好，根焊 采用低強匹配，填蓋采用等強匹配。因 此，焊接此類鋼時，選擇焊接材料的主要依據(jù)是保證焊縫金屬的強 度、塑性和韌性等力學(xué)性能與母材相匹配。焊接合金結(jié)構(gòu)鋼時，焊 縫中的主要缺陷是裂紋問題。 焊接材料的選用原則是對于普通結(jié)構(gòu)鋼，通常要求焊份金屬與母材等強度，應(yīng)選用抗拉強度等于或高于母材的強度的焊條；對于 合金結(jié)構(gòu)鋼通常要求焊縫金屬的主要合金成分與母材金屬相同或 相近；被焊結(jié)構(gòu)剛性較大，接頭應(yīng)力高，焊縫容易產(chǎn)生裂紋的情況 下，可以考慮選用比母材強度低一級的焊條；當(dāng)母材中C、S、P等 元素含量偏高，焊縫容易產(chǎn)生裂紋，應(yīng)選用抗裂性能好的低氫焊接 材料。因此，本研究采用這兩種組合的焊接方法進行試驗。值得注意的是，與焊條電弧焊相比，熔化極氣體保護焊 系統(tǒng)的投資大，設(shè)備和人員要求高，必須考慮所要求的高級維護，要考慮 配件和符合衛(wèi)生要求的混合氣體的供應(yīng)。該方法廣泛被采用的重天津大學(xué)工程碩士學(xué)位論文要原因是安裝焊接質(zhì)量可以得到保證，尤其是焊接高強度等級的管線。該方法己使用25 年了，對于世界上大直徑管線，包括陸上和水下管組都得到廣泛認(rèn)可。焊條藥皮的重 量系數(shù)約為30％40％，大量的熱被用來熔化藥皮，而藥芯焊絲的藥芯 重量系數(shù)為15％左右，用于熔化礦物粉的熱量比焊條少，而電流密度比 實芯焊絲的高，所以熔化速度快，效率高。藥芯焊 絲的迅速發(fā)展，除了它具有技術(shù)先進外，同時和它具有良好的經(jīng)濟性和生 產(chǎn)效率有密切的關(guān)系。再 者電弧熱效率高，加上焊接電流密度比手弧焊大，焊絲熔化快，生產(chǎn)效率 可為手弧焊的35倍，又由于熔深大，焊接坡口可以比手弧焊小，鈍邊 高度可以增大，因此具有生產(chǎn)效率高，周期短，節(jié)能綜合成本低，調(diào)整熔 敷金屬成分方便的特點。填充焊、蓋面焊采用藥芯焊絲下向半自動焊，藥芯焊 絲與焊條相比具有十分明顯的特點優(yōu)勢。 焊接時，有機物在電弧區(qū)分解產(chǎn)生大量的氣體保護熔敷金屬，電弧吹力大， 熔深較深，熔化速度快，熔渣少，脫渣容易，飛濺一般。 即焊條電弧焊+藥芯焊絲半自動焊組合焊接方法和STT根焊+外焊機填蓋 組合焊接方法。自動焊(內(nèi)焊機+外焊機)工方法： 采用JM58焊絲，使用NOREAST內(nèi)焊機，進行根焊+JM68焊絲，使用NOI通AST外焊機或PAW2000外焊機進行填充、蓋面焊接。自動焊(焊條電弧焊+外焊機)方法： 采用E6010根焊+JM68焊絲使用PAW2000外焊機進行填充、蓋面焊接。焊條電弧焊+藥芯焊絲半自動焊工藝：．采用E6010焊條根焊+E7lT8．Nil焊絲填充、蓋面焊接。西氣東輸管道工程的干線主要焊接工藝有以下幾種方案： l、焊條電弧焊方法：采用E6010焊條根焊+E8010焊條熱焊但局限于預(yù)制場地和運輸方 式，國內(nèi)較少使用。埋弧焊雙聯(lián)管技術(shù) 在西方國家，如中東、俄羅斯已經(jīng)較普遍 應(yīng)用。自動焊 在西氣東輸工程中，全自動氣體保護焊工藝的使用己經(jīng)日趨成熟。 其優(yōu)點是連續(xù)送絲、生產(chǎn)效率高、焊接質(zhì)量好、特別是自保護藥芯焊絲的 焊接工藝性能優(yōu)良，電弧穩(wěn)定，成形美觀，能實現(xiàn)全位置(下向)焊接， 抗風(fēng)能力強，尤其適宜于野外施工。經(jīng)過培訓(xùn)，將該工藝于1995年首次在突尼斯工程中 應(yīng)用，在以后的庫鄯線、鄯烏線、蘇丹工程及澀寧蘭、蘭成渝等管道工程 中是主要的焊接方法。2)低氫下向焊 低氫下向焊接的顯著特點是焊縫質(zhì)量好，適合于 焊接較為重要的部件，工人掌握的難度較大，根焊適應(yīng)性較纖維素焊條差， 多用來進行填充蓋面焊接。但由于焊條熔敷金屬擴散氫含量高，焊接時應(yīng)注意預(yù)熱溫度和 層間溫度的控制，以防止冷裂紋的產(chǎn)生。1)纖維素下向焊 纖維素下向焊接顯著特點是根焊適應(yīng)性強，根焊 速度快，工人容易掌握，射線探傷合格率高，普遍用于混合焊接工藝的根天津大學(xué)工程碩士學(xué)位論文焊。2．2焊接方法2．2．1管線常用焊接方法l、傳統(tǒng)手工上向焊方法施工，該焊接方法由于焊接速度慢、焊接質(zhì) 量低已不再適宜在大口徑的長輸管道建設(shè)中應(yīng)用，主要在站場建設(shè)中使 用。目前獲得了“有效晶?！背叽?—3呦，因而賦予了針狀鐵素體優(yōu)良的強韌性，同時貝氏體鐵素體具有條 狀亞結(jié)構(gòu)，其中有較高的位錯密度，而且貝氏體鐵素體中的島狀組織或碳 化物彌散細(xì)小，不易激發(fā)裂紋，并經(jīng)常成為裂紋擴張的障礙，因此具有高 強高韌性的特點。針狀鐵素體是微合金化鋼在控軋控冷過程 中，在稍高于上貝氏體溫度范圍，通過切變相變和擴散相變而形成的具有 高密度位錯的非等軸貝氏體鐵素體，它是由高密度位錯的貝氏體鐵素體板 條(即針狀鐵素體)和在板條內(nèi)或板條之間的富碳馬氏體和殘余奧氏體小 島組成。天津大學(xué)工程碩士學(xué)位論文第二章試驗材料及工藝表21 國產(chǎn)X70管線鋼管的化學(xué)成分(wt％)ix70 o 26 l 43 o ol 3 o 002 o 22 0 04 ol 7 o 014 o 046 o 2l袁22 國產(chǎn)X70管線鋼管的力學(xué)性能X70管線鋼是國內(nèi)一種新發(fā)展起來的微臺金控軋鋼，在國外是成熟的 鋼種，在長輸管線工程中廣泛應(yīng)用，是采用了微臺金化(加入微量№、V、 Tl、Ncr、Mo等合金元素)和控制軋制等新技術(shù)，同時從冶金工藝上降 低了C、S、P等雜質(zhì)，改變夾雜物形態(tài)，提高鋼的純凈度等措施，使鋼材 具有均勻的細(xì)晶粒等軸鐵素體基體，得到了一種針狀鐵素體(即低碳貝氏天津大學(xué)工程碩士學(xué)位論文體)組織．因此這種鋼在軋制狀態(tài)下就有相當(dāng)于正火鋼的質(zhì)量，具有高韌 性、高強度和良好焊接性的管線鋼。本課題是西氣東輸管道工程研究的一部分，焊接工作者針對該工程擬 采用的國產(chǎn)X70管線管進行了大量的試驗研究，為焊接工藝的制定、焊接 材料的選擇及焊接規(guī)程和驗收規(guī)范的制訂提供科學(xué)依據(jù)。一些地區(qū)晝夜溫差變化10一20℃，最大可達(dá)30℃；冬季最低溫度34℃，夏季地表最高溫度可達(dá)7080℃。1．3本研究工作的內(nèi)容、意義及技術(shù)路線西氣東輸管道工程是“十五”期間國家規(guī)劃的特大型基礎(chǔ)建設(shè)項目，總 投資超過1700億元，管道橫貫我國東西，起點是新疆塔里木的輪南，終 點是上海市西郊的白鶴鎮(zhèn)，其主要任務(wù)