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带衬垫的管道环焊缝根焊技术及焊接工艺

第39卷第5期

2009年5月

雹珲墩

ElectricW_eldingMachine

Vol_39No.5

May2oo9

带衬垫的管道环擤缝根焊技米芨

焊接i艺

梁君直,靳海成,黄福祥,邹欣

（中国石油天然气管道局科学研究院,河北廊坊O65O01）

ResearchofrOotweldingtechn0logyandweldingprOcedurewith

back-upsh0espipelinegirthwelding

LIANGJun—zhi,儿NHai—cheng,HUANGFu—xiang,Z0UXin

（I）ipe¨neResearchInstituteofCNPC,LangFang06500l,China）

Abstract:

Tores01vethete（?

hnial（:

imumI_entialbakir唔weldjngpmbkmsin山el0ng_distancepibneconstmcti0n,山e（b1219mm

1iner0fpneumatictubeinsidethedevieisusedtof0rrnacompletesetwiththePAW3000counterpartsinthetwo—channelautomatic

weldingtor℃h,whihistoarl了outtheresearhofciIumfrentialbackingweldingtechnologyandweldingtechnol0gyisused.The

weldingexperimentsarerespectivelytaken（）nthecoIper_hmmium—zimoniummateria1sandthenickel—chr0meceramicc0mp0sitelayer,

whichwassI1rayed0nthec0ppersulacemateria1s.sc0ntrasttotheweldinglinewithoutwe1dingbacking,theresultsshowthatwhen

th0setwomaterialsaI℃usedtohetheweldingbacking,thecircumfrentialhackingweldingc0Illdachievetheweldingbysingle—side

butmolding0ndouble—sidewiththPaut0maticweldirlgtehnology.Afteral0tofreweldingtests,itisfbundthatn0tonlyiswellthe

weldabi1ity,buttheweldingshape,e饿iencyandqua1ity0fweldingals0aIbetter.We1dedj0intsofthedetecti0npeIfnⅢlance

indicatorsareaswellasthenon—ha（‘k—upsh0es.

Keywords:

intemallaml1;aut0mati（welding;girthweh1ing;motweldingtechnology

I,刖舌

在长距离输油气管道施丁焊接过程中,管道环

焊缝根焊（打底焊）技术是影响整个管道T程施T速

度和焊缝质量的关键环节.目前常用的根焊方法主

要有:

6或8个焊头的管道内环缝自动焊机根焊方

法,该方法焊接速度快,质量高,但设备投资大,对

收稿日期:

2009—0l一10

作者简介:

梁君直（1950一）,男,四川南充人,高级ll:

程师,主

要从事油罐和管道自动焊接设备及焊接技术的

研究工作.先后承担国家,集团公司和管道局的多

项重点科技攻关项日,现为中国石油天然气集团

公司高级技术专家.

管口组对精度要求高,且受管径制约;意大利PWT

公司的CWS.02NRT自动焊接系统可以完成自动根

焊,但焊接速度慢,而且系统售价高;S1Yrf表面张力

过渡）根焊技术在焊:

1:

掌握得当的条件下,可以保

证焊接质量,但目前只能用于半自动焊,且与焊工

技术水平直接相关;RMD根焊技术,焊接速度与

STT相近,也只能用于半自动焊,且焊接速度和质量

受人为因素影响较大.因此,研究采用带衬垫的管道

内对口器进行单面焊双面成形自动根焊技术是十

分必要的.国外工业发达罔家在输气,输油管线的

施T中普遍采用带铜衬垫管道气动内对口器进行

移’83.

专题讨论雹晖梭第39卷

管道自动焊接.特别是在海洋管道:

【程中采用较多,

包括美国环球海一Im（derm0tt,horizn公司,荷兰的

allseas公司,挪威的stolI公司,意大利的saipem公

司以及韩闻的现代重等.近,L年来,我同的长输管

道焊接施]技术虽然有了很大的提高,但管道环焊

缝打底根焊技术仍然是影响焊接速度和质量的瓶

颈.在此采用自行研制的带焊接衬垫的管道气动内

对口器进行焊接技术和艺研究,对提高我国管道

焊接质量,焊接效率具有重要意义.

1试验方法

焊接一【艺采用如图1,图2所示的l219mm

带铬锆铜和在紫铜表面喷涂镍铬陶瓷复合层结构

的管道气动内对口器对管道环焊缝进行焊接试验,

根焊为单而焊双面成形.采用自动焊焊接T艺:

CMT（气保护实心焊丝SG3一P）根焊+PAW3000自动

焊机f气保护实心焊丝KISWELZ0—60fAWSA5.28

ER80s—G1）填充/盖而;焊接_I艺规程按WPs—CDGY—

Zo01执行;焊接用坡口形式如3所示;焊接T艺

参数如表l所示,

焊接完成后根部焊缝成形如冈4,图5所示,焊

缝成形良好,外观美观,漂亮.

2试验结果分析【-2l

对焊接接头进行外观检查,射线检测,检测结

果均符合APIll04要求.破坏性试验试样取样位置,

试样加1-及验收要求参照APIll04.焊接接头试验

包括力学性能试验（拉伸试验,冲击试验,硬度试

验）,焊接接头_l1艺试验f弯曲试验,刻槽锤断试验,

宏观金相试验）.

2.1力学性能试验

托仲实验结果如表2所示,铬锆铜衬垫,喷涂

镍铬陶瓷复合层衬垫的焊接接头抗拉强度与无衬

垫的焊接接头相当,均大于X80钢名义抗拉强度

图1铬锆铜衬垫试验样机

图2紫铜表层喷涂镍铬陶瓷衬垫试验样机

参数

l:

坡口角度.）

下坡口l/4圆弧

半径/mm

变坡口拐点距

内壁高度/1nm

钝边p/mm

管壁厚6/mm

对口间隙6/lnm

图3根焊采用带焊接衬垫自动单面焊双面成形的坡口形式

621MPa.断裂位置都发生在母材,断裂是南塑性变

形引起的,并出现厂颈缩现象,焊缝强度达到API

1104的要求,性能合格.

表1焊接工艺参数

焊道工艺填充材料焊丝直径极性焊接电压送丝速度焊接速度保护气体气体流量

lm方向/mmtmjn一尼m’min《7几mi一一————————————————?

————-——————————?

?

—————?

-——?

——————?

————————————————————————————————————————————————————————————————’—————————————一

根焊

填充l

填充2

填充3

填充4

盖面

CMTSG3一P1.2

GMAWKISWELZOH一601.O

GMAWKISWIZ0H一6O1.0

GMAWKISWELZ0H一6O1.0

GMAWKjSWFIZ0H一601.O

GMAWKISWELZ0H一601.0

DCEP下向

DCEP下向

DCEP下向

DCEP下向

DCEP下向

DCEP下向

15～l7

21

22

22.5

22.5

22

320

7O0O

8O00

8000

8000

7500

450（Ar）75%+妒（C02j25%18

50o（Ar）75%+妒（C0’）25%55

48O（Ar）75%+（C02）25%55

480（Ar）75%+（C02）25%55

480（Ar）75%+（C02j25%55

450（Ar）75%+妒（C02）25%55

?

84?

兹

围～4■4,一0

专艨讨论梁君直等:

带衬垫的管道环焊缝根焊技术及焊接1艺第5期

图4铬锆铜衬垫根部焊缝

图5喷涂镍铬陶瓷复合层根部焊缝

表2焊缝平均拉伸值试验结果

_叠_≯_焊口编号抗拉强度/MPa囊蠹断裂位置

往:

抗拉强度r,为所做4个试样的平均值.

焊接接头冲击试验结果见表3,冲击试验结果

都超过相应标准要求的最小值（平均值80J）,符合

要求.采用该焊接T艺,焊接接头具有一定的韧性,

能够满足X80钢焊接接头性能的要求.

表3焊接接头平均冲击值

焊编{羔焊缝冲击功熔合线冲击功取位置≯

平均值谨v/J平均值A

铬锆铜922313点

衬垫902o49点

喷涂镍铬陶瓷l1915l3点

复合层衬垫l191399点

无衬垫1052003点

921589点

焊接接头硬度打点位置示意如图6所示.表4

为图6中I,Ⅱ两条硬度测试线上的最大值.可以

看出,硬度值都不超过标准300HV10的要求,符合

标准.

…

f￡逆i芰

c”

.1）1●\1,—

—一———～//

矽-一----

lII’

2-……}6llⅡ

f./bddb

图6硬度打点位置示意

表4焊接接头硬度试验

2.2工艺性能试验

焊接接头工艺试验包括弯曲试验,刻槽试验和

宏观金相试验,弯曲和刻槽试验结果如表5,表6所

示,宏观金相如图7所示.焊接接头弯曲试验部分试

样现了面裂,但都符合标准API1l04的要求（弯曲

后,试样弯曲表面一卜的焊缝和熔合线区域所发现的

任何方向上的裂纹或其他缺陷尺寸必须小于等于钢

管公称壁厚的1/2,且小于等于3mm.南试样边缘上产

生的裂纹长度在任何方向上必须小于等于6mm）,

性能合格.刻槽试验中未见明显的缺欠,符合标准要

求.宏观金相试验中,焊接接头熔合良好,结果符合

标准要求.

表5焊接接头侧弯试验

i焊口弯曲试件厚度压模弯曲i缺陷描述

ii数量i直径i角度ii

j编号类型j/.个6/n姗眦/（.）i

铬锆铜

衬垫

喷涂镍铬

陶瓷复合

层衬垫侧弯810.090l80

无衬垫

未见明显缺欠

s1:

（18删裂纹1处;

S7:

1.0mm.0.8mm

裂纹2处;其余未见

明显缺欠

S1:

0L5H1n1裂纹l处:

s3:

O-3mm裂纹2处;

s8:

1_0ITlrTl裂纹l处;

其余未见明显缺欠

经试验验证,采用相应的焊接工艺进行焊接的

焊口,经过破坏性试验,焊接接头性能符合标准的

移毋酝?

85?

j¨¨…

_《

专题讨论雹焊梭第39卷

a铬锆铜衬垫

表6焊接接头刻槽锤段试验

b喷涂镍铬陶瓷复合层衬垫c无衬垫

图7焊接接头宏观金相

要求,焊接]艺评定合格

3结论

通过以铬锆铜和在紫铜表层喷涂镍铬陶瓷复

合层为衬垫材料,采用带焊接衬垫的管道气动内对

Page79

l234567

1一前护栏导向部分;2一前涨紧气缸;3一涨紧定位机构;

4一后涨紧问隙洲气缸;5一中机架部分;6一支撑缸及主

驱动部分;7一刹车部分;8一气罐部分

图3PPC—A间隙可调对口器结构总图

部分等组成,在管道施J中快速完成管口组对,为后

续焊接T作做技术准备.

PPC—A问隙可调管道气动内对口器在完成常

规对口组对功能同时,可以根据焊接I艺的不同要

求实现对口间隙的调整.由于对口时没有问隙,组对

完成后才调整隙,使整个过程变得简单迅速.

主要技术优点:

?

86?

§

口器,PAW3000双焊炬自动焊机和配套的焊接工

艺进行管道环焊缝焊接,根焊可以实现单面焊双面

成形.经过大量的反复焊接试验,不但可焊性好,焊

缝成形美观,而且具有焊接效率高,焊接质量好等

优点.焊接接头的各项性能检测指标与无衬垫相当.

参考文献:

『l1闰政,粱君直,陈江,等.采用DsP控制的高效管道双

焊炬全置自动焊机研究lJ1.电焊机,2005,35（4）:

38-43.

【2J政,梁君直,陈江,等.PAW2O00管道全位置自动

焊机[J1.电焊机,2005,35（6）:

47—53.

（1）改变了过去人丁调整间隙的对口方式,提高

了现场对口效率.

（2）由于问隙调整功能可随时调整间隙尺寸,大

大方便了施一现场各种焊接]-艺的实施.

（3）仍然采用原有的操作控制方式,使操作人员

上手快.

（4）改变了对口方式,减少操作人员1～2名,降

低了人T成本.

南于PPC—A间隙可调管道气动内对口器是一

种崭新的对[__】技术,未能在施]现场得到大面积应

用,所以存在的一些不足未能充分暴露.随着技术

和设备的推广,在实际施lI中慢慢改进出现的不足.

4结论

管道施T技术和设备是随着管道事业的发展

而发展的.我国从20世纪末进人了一个管道发展的

高峰期,而管道施工技术及装备也同样进人了一个

由引进到自主开发的良性转变发展之中.我国石油

天然气管道施丁装备和技术还需加快研究步伐,不

断完善和发展,以适应快速发展的国民经济建设的

需求