四丝高速埋弧焊技术在管线钢焊接中的应用

2023-06-25 理论教育版权反馈

【摘要】：我国西气东输工程采用了直缝埋弧焊管，其中X70级管线钢，壁厚14.5～26.2mm，直径914～1118mm，采用的是双面四丝埋弧直缝钢管。外预焊采用CO2气体保护焊，内外焊采用四丝埋弧焊，并采用DC+AC+AC+AC电源组合，交流电源采用特定的柯斯特接法，以减少电弧间的相互干扰。焊丝中心一定要排列在焊缝中心线上，否则会因焊丝排列不在一条直线上而形成摆动电弧，造成正反面焊缝中心错位缺陷。

我国西气东输工程采用了直缝埋弧焊管，其中X70级管线钢，壁厚14.5～26.2mm，直径914～1118mm，采用的是双面四丝埋弧直缝钢管。实际应用中，为了避免因焊缝硬度大而产生裂纹，应选用强度稍低于母材的焊接材料，即选用低匹配的接头形式，这样可以提高焊缝的韧性，减少产生裂纹的倾向，改善焊缝的综合力学性能。选择埋弧焊剂时，考虑到焊缝金属Mn/Si比与焊缝金属冲击韧度的正相关关系，需选用Mn/Si值稍高的焊剂，速度高时，还应考虑选用高速焊剂。如选用H08C焊丝和氟碱型烧结高速焊剂SJ-101G，X70管线钢和H08C埋弧焊丝的化学成分见表1-4-14和表1-4-15。

表1-4-14 X70管线钢的化学成分（质量分数，%）

表1-4-15 H08C埋弧焊丝化学成分（质量分数，%）

实施多丝直缝埋弧焊时，需合理选择坡口形式，并用刨边机刨坡口，坡口的角度和尺寸见表1-4-16，预焊前要求接缝处间隙小于1mm，错边小于1mm，坡口两边50mm内清洗干净，无水、油、锈和其他脏物。实际采用外预焊、内焊、外焊的顺序。外预焊采用CO₂气体保护焊，内外焊采用四丝埋弧焊，并采用DC+AC+AC+AC电源组合，交流电源采用特定的柯斯特接法，以减少电弧间的相互干扰。焊接时，距焊件端部一定距离引弧和熄弧（80～100mm），或加上250～300mm引弧板、引出板，实际焊接时主要考虑的因素有以下方面：

（1）焊接电流焊丝增加，焊缝的余高将增加。但不同的焊丝增加程度有所不同，第一根丝的电流最大的变化相对于其他三丝将引起较大的余高变化，而第二、三根丝相对于第四丝又要大些，同样第一根焊丝电流对熔深影响最大，第二、三根焊丝作为对焊缝的填充作用，对焊缝的熔深影响相对小一些，而第四根焊丝对熔深几乎没有影响。

（2）焊接电压所有焊丝的电压对焊缝余高和熔宽都有一定的影响，特别是交流焊丝的电压对焊缝与母材的过渡状况影响较大，电压过低将使之不能形成平滑过渡。

（3）焊接速度焊缝的熔深和熔宽都有影响，余高影响相对来说小些。焊接速度越快，熔深和熔宽越小，反之越大。如对δ=32mm中厚板，采用不同的焊接速度焊接试件正反两面，焊接速度为1.3m/min时熔宽为15～16mm，焊接速度为1.084m/min时熔宽为20mm，而焊缝的余高几乎没有变化。

（4）弧焊电源接法　不同的弧焊电源接法，焊缝断面成形差别较大。接法不同，电弧间干扰程度也不同。交流弧焊电源接线时注意各交流焊接电缆的相位关系，以保证电弧间干扰最小。

焊丝中心一定要排列在焊缝中心线上，否则会因焊丝排列不在一条直线上而形成摆动电弧，造成正反面焊缝中心错位缺陷。另外，焊丝倾角和间距对焊缝的余高和电弧的稳定也影响较大。

表1-4-17、表1-4-18、表1-4-19是三组焊接工艺的实际参数。三组焊管都采用了CO₂焊进行预焊，其参数为：焊丝（CHW-50C8）ϕ1.6mm，电弧电流I_f=250～300A，电弧电压U_f=25V，焊接速度v_w=0.9m/min，CO₂气体流量Q=20～25L/min。

表1-4-16 直缝焊钢管坡口参数

表1-4-17 厚度δ=17.5mm的X70直缝钢管焊接参数

表1-4-18 厚度δ=21mm的X70直缝钢管焊接参数

表1-4-19 厚度δ=26.2mm的X70直缝钢管焊接参数

四丝高速埋弧焊技术在管线钢焊接中的应用

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