Welding & Cutting焊接与切割F65锻件与X70管材的焊接工艺研究■ 付延河，杨永良，李君祎摘要：针对高强钢X70与F65的焊接，制定了“GTAW+GMAW”和“GTAW+SAW”两种焊接工艺，分析了焊接电流、电弧电压、焊接速度等参数对焊接过程和焊缝性能的影响，确定了最佳焊接参数。焊接工艺评定结果表明，两种工艺都是合格的，可以应用于绝缘接头法兰（F65）与短管（X70）的焊接。关键词：绝缘接头；管线钢；埋弧焊；气体保护焊1. 概述绝缘接头作为燃气输配和石线系统中不可缺少的重要构件，它的作用是将管线与设备相互绝缘分隔，使设备免受电化学腐蚀，从而延长其工作寿命。随着石油天然气工业的发展，为了提高输送效率，大管径、高压力、大输送量已成为油气管道的发展方向，X65、X70等高强钢已广泛应用于管道建设中，与管线配套的绝缘接头，其主材也相应地选用X65/F65、X70/F70等高强钢，以保证绝缘接头与管线同寿命。我们本次制造的绝缘接头为焊接式整体结构，主体为锻造本体（左法兰、右法兰、固定套）与短管焊接组合型式（见图1）。其中法兰为ASTM A694 F65级钢（简称F65钢），短管为API 5L X70级钢（简称X70钢）。F65钢与X70钢的强度级别不同，施焊困难，2019年 第8期 www.mw1950.com因此需要通过专门的试验进行焊接工艺评定，既要保证焊接接头的强度，又要确保焊接接头的韧性。待各项试验指标合格后，方可将拟定的焊接工艺应用于正式生产。2. 试验用钢材的选择F65钢与X70钢两种试件的规格均为φ813mm×14.2mm×200mm，两种试件的化学成分和力学性能如表1和表2所示。3. 焊接方法与焊材的选择针对法兰（F65）与短管（X70）的焊接，拟定两种焊接工艺方案，并进行焊接工艺评定。试件选用φ813mm×14.2mm的X70图1 整体式绝缘接头示意管子和F65锻环，F65锻环经 表1 F65钢和X70钢的化学成分（质量分数） （%）试验材料X70F65C0.050.227Mn1.431.49Si0.250.366P0.0130.017S0.0030.005Cu0.220.016Ti－0.002Ni0.180.022表2 F65钢和X70钢的力学性能试验材料抗拉强度/MPa屈服强度/MPa伸长率（%）冲击吸收能量KV2（-20℃）/JX70F65600630515470202913812016热加工淬火+回火处理后，加工至φ813mm×14.2mm，分别采用氩弧焊+自动气体保护焊（GTAW+GMAW）和氩弧焊+埋弧焊（GTAW+SAW）两种方法进行焊接。氩弧焊采用焊丝为ER80S-Ni1、φ2.4mm，焊接设备为WSM-400型氩弧焊机。气体保护焊丝为ER70S-G、φ1.6mm，保护气体为80%Ar+20%CO2混合气体，焊接设备为卧式环缝焊接专机。埋弧焊采用焊丝为H08MnMoTiB、φ4.0mm，焊剂为F55A2，焊接设备为LMGS-5500型环缝焊接专机。焊材的化学成分如表3所示。4. 焊接参数选择及试件焊接根据焊接方法和焊接材料的选择，焊接试件采用V形坡口，坡口角度α为60°，坡口钝边p为0.5~2mm，间隙b为2.5~3mm，余高h为1~2mm。坡口形式如图2所示。经过一系列试验，确定了最佳焊接参数。将试件预热至80℃，两组试件皆用GTAW工艺完成打底焊，其中一组用GMAW工艺填充、盖面，另一组用SAW工艺填充、盖面。焊接过程中，控制道间温度＜150℃。焊接参数如表4所示。试件焊接完成后，对焊缝图2 试件坡口形式Welding & Cutting焊接与切割进行射线检测，无超标缺陷。试从焊接工艺评定试验结果件进行600℃×1h回火去应力处来看，采用GTAW+GMAW和理，然后按标准要求加工拉伸、GTAW+SAW两种工艺方案，焊弯曲、冲击试样。接接头拉伸、弯曲、冲击试验结5. 力学性能试验果均满足要求。焊接接头各项力学性能试验6.结语如表5~表7所示。在理论分析研究和工艺试验 表3 焊材的化学成分（质量分数） （%）试验材料CMnSiPSCuTiNiER80S-Ni10.0841.060.530.0100.0100.210.0100.93ER70S-G0.101.630.880.0160.0100.120.18—H08MnMoTiB+F55A20.0881.700.0580.0150.008——0.300表4 焊接参数焊接方法焊接电流/A电弧电压/V焊接速度/mm·min-1气体流量/L·min-1方法一GTAW打底120~15014~1680~1008~12方法一GMAW填充、盖面180~20024~26250~27015~18方法二GTAW打底120~15014~1680~1008~12方法二SAW填充、盖面550~60034~38450~500—表5 拉伸试验焊接方法试样编号抗拉强度/MPa断裂部位和特征GTAW+GMAW1-01570塑断于焊缝外1-02580塑断于焊缝外GTAW+SAW2-01585塑断于焊缝外2-02565塑断于焊缝外表6 弯曲试验焊接方法试样编号弯曲角度（°）试验结果1-03180完好GTAW+GMAW1-04180完好1-05180完好1-06180完好2-03180完好GTAW+SAW2-04180完好2-05180完好2-06180完好（下转第21页）热加工2019年 第8期www.mw1950.com17W对焊条电弧焊费用和管道固定口全位置机动焊费用分别计算，得出结果进行比较，管道固定口全位置机动焊焊接效率是焊条电弧焊的2~3倍。序号1234567对比项目技能培训操作难度焊工劳动强度焊口组对质量焊接环境对质量影响焊接质量及焊接稳定性焊接材料损耗焊接接头的抗拉强度焊接变形管道固定口全位置机动焊时间短，成本低焊接工艺非常成熟较低质量要求高较高elding & Cutting焊接与切割表7 管道固定口全位置机动焊与焊条电弧焊焊接工艺比较焊条电弧焊时间长，成本高具备焊接工艺参数常识较高组对可适当低较低6. 两种焊接工艺对比分析与其他焊接工艺的焊接方法比较，其综合经济效益与实际生产效率存在较大的差异，每种焊接方法也都存在优点和不足。管道固定口全位置机动焊和焊条电弧焊在施工中常规的技术指标和经济效益进行对比（见表7）。 技能操作因素影响较小， 技能操作因素影响较焊接合格率起伏范围小大，焊接合格率波动大 管道全位置机动焊每盘焊 焊条电弧焊每根焊条都丝最后损耗2m左右，由于焊有损耗，而且焊接速度比丝直径较细，损失焊丝重量小较慢 管道固定口全位置机动焊，焊缝抗拉强度、抗冷裂纹能力高于焊条电弧焊 管道固定口全位置机动焊因焊丝较细，热输入较小，焊接速度快，故焊接变形较小7. 结语在工程项目蜡油加氢装置高压管道施工中，采用TP347管道固定口全位置机动焊实芯焊丝脉冲MIG焊接，一次焊接合格率达到98%。实践证明，应用TP347管道固定口全位置机动焊实芯焊丝脉冲MIG焊接，不仅节省了材料和能源，提高了施工效率， 而且保证了焊接质量，焊缝抗拉强度、抗冷裂纹能力也优于焊条电弧焊。2002.[2] 吴林.焊接方法与设备[M]. 北京：机械工业出版社，2001.作者简介：王银飞等，中石化第十建设有限公司。20190221参考文献：[1] 陈祝年.焊接工程师手册[M].北京：机械工业出版社，（上接第17页）表7 夏比冲击试验焊接方法试样编号1-071-081-09GTAW+GMAW1-101-121-11缺口位置焊缝焊缝焊缝试验温度/℃-20-20-20冲击吸收能量/J1108090的基础上，得到适用于F65+X70的焊接工艺如下：（1）方案一：氩弧焊打底+卧式自动气体保护焊机填充、盖面。氩弧焊所用焊丝为ER80S-Ni1、φ2.4mm；气体保护焊所用焊丝为ER70S-G、φ1.6mm。（2）方案二： 氩弧焊打底+埋弧焊机填充、盖面。氩弧焊所用焊丝为ER80S-Ni1、2-072-082-09GTAW+SAW2-102-122-111-151-141-13X70热影响区F65热影响区焊缝F65热影响区X70热影响区X70热影响区F65热影响区焊缝焊缝-20-20-20-20-20-20-20-20-20-20238137120147121197229236214177φ2.4mm；埋弧焊所用焊丝/焊剂为H08MnMoTiB+F55A2，其中焊丝规格为φ4.0mm。作者简介：付延河、杨永良、李君祎，西安泵阀总厂有限公司。201902192019年 第8期www.mw1950.com2-152-142-13X70热影响区F65热影响区F65热影响区X70热影响区X70热影响区F65热影响区-20-20-20-20-201691147144120热加工21
