一种薄壁钢管的焊接研究与应用

2021-11-26苏景富

设备管理与维修 2021年20期

马谦，苏景富，成蕾，汪超

（渤海装备南京巨龙钢管有限公司，江苏南京 210061）

0 引言

公司主要产品大口径直缝埋弧焊钢管，适用于石油、天然气长输高压油气管道等的建设。但是针对薄壁（10 mm 以下）低钢级（X65 以下）JCOE 直缝焊管焊接缺陷比例较高问题进行深入研究，这类钢管在生产过程中，各大钢管制造厂焊接工艺一般采用三丝焊接工艺，因此，钢管焊接缺陷基本上在内焊道上产生较多的咬边和气孔缺陷问题，造成钢管的生产效率降低、材耗增加，生产经营成本直接增加，导致项目难以有效进行。经过反复实验研究三丝、双丝两种不同焊接工艺参数，在分别优化两种焊接工艺的基础上，对两种方案的焊缝缺陷类型、数量及理化性能进行分析和比较。

根据公司生产薄壁厚钢管的实际情况，通过焊接工艺的优化后，钢管的理化性能均能满足项目标准要求，但双丝焊接工艺焊接质量更好，焊接一通率更高，经济效益更加明显，在数千根钢管的批量生产中得到成功验证。

1 现状调查

对近年来壁厚在10 mm 以下钢管焊接一通率、管端焊缝切除率，从焊接岗位生产记录进行统计，焊接缺陷统计见表1。

表1 焊接缺陷统计

通过薄壁钢管焊接缺陷率统计，发现薄壁钢管的焊接切除率高，焊接一通率低，造成钢管生产效率降低、材耗增加。通过薄壁钢管焊缺陷类型统计，发现影响薄壁钢管焊接质量的主要焊接缺陷为夹渣、气孔和咬边。

2 原因分析

导致薄壁钢管焊接一通率偏低、焊接质量不好的原因较多，分别从人、机、料、法、环5 个方面进行原因调查和分析。导致焊接缺陷的因果图如图1 所示。

图1 焊接缺陷因果图

根据因果图分析出5 条原因，制定相应的确认方法，并进行确认；根据确认的结果确定要因，要因评价见表2。

表2 要因评价表

3 实施对策

通过原因分析确认焊接缺陷多的主要原因是：焊前工序的准备、焊接工艺的优化、完善，针对主要原因，经过反复分析与研究，制定如下措施。

3.1 焊接工艺优化措施

钢板为X60M 钢级、壁厚为7.9 mm 的开平板，经过JCO 成型方式成规格为Ф610 mm×7.9 mm 钢管。焊丝型号为H08Mn－MoTiB，焊剂采用氟碱性烧结焊剂，型号为JH-SJ101G。

焊接坡口形式采用X 形，钝边高度约为4.8 mm（优化前高度为3.7 mm），内坡口深度约为1.5 mm，内外焊坡口角度分别为80～90°。通过采用方案Ⅰ焊接工艺利用三丝、方案Ⅱ工艺采用双丝的两种焊接方法进行焊接实验，焊接工艺参数见表3。

表3 焊接工艺参数

3.1.1 两种焊接工艺措施焊缝宏观形貌对比

两种焊接工艺措施焊缝宏观形貌对比如图2 所示，两种措施均能满足该项目标准要求的内外焊道中心偏离≤3.0 mm、内外焊道熔透深度≥1.5 mm 要求。焊缝余高方面，三丝焊接工艺措施的焊接焊缝余高在3.0 mm 左右，双丝焊接工艺措施的焊接焊缝余高在2.6 mm 左右，双丝焊接工艺措施的焊接余高比三丝焊接工艺措施的焊接余高有所降低，因此，双丝焊接工艺有利于控制生产成本，提高生产效率。

图2 两种焊接工艺措施焊缝宏观形貌对比

3.1.2 两种焊接工艺方案焊接理化性能方面

两种焊接工艺措施的焊缝抗拉强度均能满足项目标准要求，且均≥520 MPa，双丝焊的焊接工艺措施的焊缝平均抗拉强度较三丝的焊接工艺措施的焊缝平均抗拉强度提高约18 MPa。焊接后的焊缝及热影响区冲击功性能均能达到项目标准要求，且单值＞30 J 和均值＞40 J 的要求，焊接接头及热影响区均具有良好的抗断裂韧性。同时，双丝焊接工艺措施的焊缝及热影响区冲击功单值和平均值均比三丝焊接工艺措施分别提高38 J 和68 J。