国产X80管线钢焊接技术研究

论文摘要

国内外输气管线的发展都趋向于高强度钢级、大口径管道的方向。已经开工建设的西气东输二线工程、以及筹建的中缅、中俄输气管线等都将采用X80管线钢管。而现场焊接是管道施工的关键环节之一。本课题是以X80级钢管为研究对象,进行了X80管线钢抗裂性研究,以及X80管线钢管自保护药芯焊丝半自动焊焊接接头的性能试验及分析。该项研究成果提出了系统的、全面的X80管线钢管自保护药芯焊丝半自动焊技术的焊接工艺方案。考虑到焊接材料含氢量、预热温度和焊接工艺方法等诸因素对管道环焊缝根部焊接质量的影响,采用斜Y型坡口焊接裂纹试验及插销冷裂纹试验的方法,针对长输管道根焊施工的具体情况进行X80管线钢的抗裂性研究。研究结果表明,扩散氢含量较高的纤维素型焊条的抗裂性较差,在预热温度不足的情况下会产生焊接冷裂纹。因此,本研究首次提出了在X80长输管线的环焊接头根部焊接施工中,不准使用纤维素型焊条电弧焊工艺。扩散氢含量较低的低氢型焊条和实心焊丝具有良好的抗裂性。由于STT焊接方法的热输入量较小,应当采用设计合理的坡口钝边尺寸来避免根部焊接时的焊趾未熔合。环焊缝焊接接头的性能试验、研究及分析结果表明:焊缝金属和HAZ的组织为先共析铁素体、针状铁素体和粒状贝氏体,其焊缝金属中可以清晰地观察到柱状晶和晶内交错分布的针状铁素体;由于焊接过程为多层多道焊,根焊层的组织细小,盖面层组织粗大,填充层为粗大的晶粒与细小的晶粒层叠交替的组织;环焊接头实现了与母材的等强匹配,焊接接头的硬度、韧性、CTOD和抗HIC等性能均满足X80管线的安全要求。根据X80管线的技术要求和焊接接头的CTOD值还对可接受的最大平面型缺欠尺寸提出了相应的焊接施工与验收的技术规定。该项研究成果已被编入到西气东输二线工程的相关企业标准中。研究结果表明,采用本文提出的“低氢型焊条根焊与自保护药芯焊丝填充盖面”的组合焊接工艺方案所完成的X80管线钢管对接环焊接头,其各项性能指标均满足工程相关技术标准及设计文件的要求和规定,焊接施工质量优良。该项成果正在举世瞩目的国家重点工程“西气东输二线”管道工程的焊接施工中应用。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 油气输送钢管的应用
• 1.1.1 油气输送钢管的发展历程
• 1.1.2 管线钢的技术进步
• 1.1.3 我国油气输送钢管的发展
• 1.1.4 X80 管线钢的应用与发展前景
• 1.2 油气输送管道焊接施工的特点
• 1.2.1 油气输送钢管焊接过程中面临的问题
• 1.2.2 油气输送建设的特点
• 1.2.3 油气输送管道焊接工艺
• 1.3 本课题研究意义和内容
• 第二章 试验材料及方法
• 2.1 试验材料
• 2.2 试验方法
• 2.2.1 X80 钢抗裂性研究
• 2.2.1.1 斜Y型坡口焊接裂纹试验
• 2.2.1.2 插销冷裂纹试验
• 2.2.2 焊接接头组织与性能的测定
• 2.2.2.1 显微组织的观察
• 2.2.2.2 焊接接头拉伸试验
• 2.2.2.3 全焊缝金属拉伸试验
• 2.2.2.4 硬度的测定
• 2.2.2.5 低温冲击韧度的测定及试样断面观察
• 2.2.2.6 焊接接头断裂韧性（CTOD）的测定
• 2.2.2.7 焊接接头抗氢致裂纹（HIC）的性能
• 第三章 X80 管线钢抗裂性研究
• 3.1 前言
• 3.2 冷裂敏感系数及预热温度分析计算
• 3.3 斜Y型坡口焊接裂纹试验
• 3.3.1 试验条件
• 3.3.2 试验结果
• 3.3.3 影响根焊焊缝质量的其它因素
• 3.3.3.1 预热温度对根焊焊缝质量的影响
• 3.3.3.2 STT焊接方法对根焊质量的影响
• 3.3.3.3 坡口形式对STT焊接方法根焊质量的影响
• 3.4 插销冷裂纹试验
• 3.4.1 试验条件
• 3.4.2 试验结果
• 3.4.3 试验结果分析
• 3.5 小结
• 第四章 X80 管线钢管焊接接头显微组织分析
• 4.1 引言
• 4.2 焊接热循环曲线参数的计算
• 4.2.1 800～500℃冷却时间的计算
• 4.2.2 HAZ宽度的计算
• 4.3 焊接热循环参数的测定
• 4.3.1 焊接热循环曲线的测定
• 4.3.2 HAZ宽度的测定
• 4.4 焊接接头显微组织
• 4.4.1 X80 管线钢的组织类型
• 4.4.2 HAZ的组织
• 4.4.3 焊缝金属的组织
• 4.5 小结
• 第五章 X80 管线钢管环焊缝焊接接头性能研究
• 5.1 引言
• 5.2 X80 管线钢及其环焊缝焊接工艺
• 5.2.1 X80 管线钢的轧制工艺及其性能
• 5.2.2 X80 管线钢管环焊缝的焊接工艺
• 5.3 X80 管线钢管环焊缝焊接接头的强度
• 5.4 全焊缝金属的拉伸强度
• 5.5 焊接接头的硬度
• 5.6 焊接接头的冲击韧性
• 5.6.1 焊缝金属的冲击韧性
• 5.6.2 HAZ的冲击韧性
• 5.6.3 冲击韧性试验结果分析
• 5.7 焊接接头的CTOD试验
• 5.7.1 CTOD试样及试验
• 5.7.2 焊缝金属CTOD试验结果
• 5.7.3 HAZ的CTOD试验结果
• 5.7.4 CTOD试验结果分析
• 5.8 焊接接头抗HIC试验
• 5.9 小结
• 第六章 X80 管线钢管焊接的工程应用研究
• 6.1 引言
• 6.2 焊接标准的应用研究
• 6.2.1 国外标准与国内标准相互之间的关系
• 6.2.2 相关管道焊接标准的差异及特点分析
• 6.2.3 X80 管线钢管焊接施工与验收的规定
• 6.2.3.1 X80 管线钢管焊接接头性能要求
• 6.2.3.2 管口组对的要求
• 6.2.3.3 钢管焊接的要求
• 6.2.3.4 焊缝质量与验收
• 6.3 环焊缝焊接工艺研究
• 6.3.1 根焊焊接技术特点分析
• 6.3.2 填充、盖面焊接技术特点分析
• 6.3.3 管道施工用焊接工艺
• 6.3.4 焊接接头坡口形式
• 6.3.5 X80 管线钢管环焊缝半自动焊工艺的工程案例
• 6.4 X80 管线钢管环焊缝半自动焊的几点讨论
• 6.4.1 根部缺欠和焊缝金属夹渣的产生及防止
• 6.4.2 焊缝金属中氢白点的产生原因及防止措施
• 6.4.3 焊缝金属冲击吸收功离散性大的原因及防止
• 6.5 低温环境条件下焊接施工措施研究
• 6.5.1 相关标准的规定
• 6.5.2 X80 管线钢管进行低温环境焊接施工的适应性
• 6.5.3 X80 管线钢管低温环境焊接施工的措施
• 6.6 小结
• 第七章 结论
• 参考文献
• 发表论文和科研情况说明
• 致谢