大口径直缝埋弧焊管及多丝埋弧焊.doc

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1、大口径直缝埋弧焊管及多丝埋弧焊（合肥紫金制管有限公司 范良斌）摘要：介绍了大口径直缝埋弧焊管的发展过程和特点、适用范围以及为适应直缝埋弧焊管的生产特性、质量和效率要求而衍生的多丝埋弧焊技术及实际应用。关键词：焊管 直缝埋弧焊管 多丝埋弧焊 作为重要的工程材料，钢管在国民经济建设中有很重要的地位，广泛应用于石油、天然气输送管道、生产、生活中的流体输送、大型场馆、高层建筑结构、海洋石油平台、锅炉制造、化工、桥梁等领域。市场广阔。从总体上讲，钢管分为无缝钢管和焊接钢管两大类，随着焊管制造装备水平的不断提高，制管工艺的进步及成本优势。我国焊管生产的总量已超过无缝管，约占钢管总量的6065%。一、 我国

2、焊管的主要分类及发展历程按制造工艺焊管分三大类：电阻焊钢管（ERW）如高频焊管等螺旋埋弧焊管（SSAW）直缝埋弧焊管（LSAW）管型有圆管、方管、矩形管和异型管等几类。发展历程也分为三个阶段：创建期：20世纪5070年代发展期：20世纪8090年代繁荣期：2000年至今产能从2000年前的500余万吨发展到如今2000多万吨。2000年以前，我国焊管机组大部分都是普通小直径电阻焊（ERW）和螺旋焊管（SSAW）机组。大中直径ERW焊管机组较少，直缝埋弧焊机组是一空白。螺旋焊也只能做到711.2mm，最大壁厚12.7mm，钢级最高为X65。在西气东输工程以前，我国不能生产直缝埋弧焊管，如91年开

3、建的陕京管线工程所需直缝埋弧焊管全部从国外进口。2000年起，经过几年的建设高潮，我国焊管机组装备水平迅速提高，新建219mm及200*200mm以上大直径ERW机组60余套，其中500mm以上10套，形成年产500万吨大直径ERW输送管和200万吨大截面方矩形结构管的生产能力。 在西气东输工程推动下，新建了一批大直径螺旋焊管机组，为适应西气东输二线厚壁X80钢级螺旋焊管生产需求，又增强改造，新建了先进的预精焊螺旋焊管机组，预计至2009年，我国高质量螺旋焊管产能将超过250万吨/年。 为实现西气东输工程所需X70钢级直缝埋弧焊管国产化，2001年，中国石油天然气集团投资建设了我国第一条大直缝

4、JCOE直缝埋弧焊机组。2002年2月华北石油钢管厂巨龙钢管公司试制出第一支钢管。2002年6月17日该公司试生产的X70钢级1016mm*17.5mm和1016mm*21mm两种规格的西气东输工程直缝埋弧焊管顺利通过了国家鉴定。填补了国产油气输送管道用X70级大直径直缝埋弧焊管的空白。2007年6月21日，首批国产直缝埋弧焊管发往西气东输工程现场，用于西气东输工程。【1】 此后，直缝埋弧焊机组建设步伐大大加快，至今已发展到近20套，预计到2009年，我国直缝埋弧焊管的产能将超过200万吨/年。不仅能满足国内需求，还大量出口国外。二、 直缝埋弧焊管与ERW焊管及螺旋焊管的特点比较1、 电阻焊管

5、（ERW）生产成本低，但由于设备、工艺能力和电阻焊特性的制约，只能生产中小直径及壁厚较薄的中低压流体管和结构管等低中档次产品。2、 螺旋焊管（SSAW）：生产设备较简单，对板材宽度要求不高，生产成本低于直缝埋弧焊管。可生产一定直径和厚度的普通和高质量钢管。缺点：同样由于设备、工艺能力和焊接特性的制约，生产直径和厚度有限，且焊缝长度大并存在对头焊缝形成的丁字型焊缝，产品在生产过程中由于成型和焊接产生的残余应力分布较复杂，同时由于焊接过程是在螺旋运动中进行，多丝焊接难以实现。3、 直缝埋弧焊管（LSAW）设备比螺旋焊管要复杂一些，投资较大，大直径管生产要求大宽度厚钢板。生产成本比ERW和SSAW要

6、高。优点：对管径、厚度、钢级适应性强，范围大，即使机组配置3600吨成型机（在直缝埋弧焊机组中为最小）时，生产普通钢级如Q345材质，管径可在3601422mm以上、厚度655mm、单支长度12m范围内生产。X70钢级（屈服强度483621MPa）生产厚度也可达30mm左右。因此既可生产普通和重要结构用钢管，也可以生产高质量的石油、天然气输送钢管。焊缝及应力水平分布比螺旋管更为合理。单位焊缝长度小，焊接质量好。由于焊缝焊接时处于水平位置，适合多丝大规范高速焊接，生产效率高。同时，由于采用微合金化的钢材和高韧性焊丝、焊剂匹配及优化焊接工艺规范控制热输入等工艺措施，可获得高质量的直缝埋弧焊石油、天

7、然气钢管，且主要用于环境恶劣的地震带、冻土带及地形高落差等对钢管要求高强度、高韧性的三、四类地区。正是由于上述优势，直缝埋弧焊在短短的七八年时间内得到了迅速发展，同时带动了制管装备、大宽度高钢级、低碳微合金化、高韧性且具有优良焊接性钢板生产、多丝埋弧焊技术、高韧性焊丝焊剂的研发生产、在线无损检测技术等一大批相关领域和产品的快速发展。三、 多丝埋弧焊的特点及应用1、 由于直缝埋弧焊管生产的核心工序就是焊接，尤其是高质量的石油天然气钢管，质量要求高，焊接量大，因此要求在确保优良焊接质量的同时尽可能地提高焊接效率。而直缝埋弧焊钢管焊缝长度大（通常单支长度为12m左右）且焊缝处于水平位置，从而催生了多

8、丝埋弧焊的应用和发展。目前在制管行业丝数已发展到45丝。与传统的单丝埋弧焊相比，具有如下优点：单丝埋弧焊由于焊接熔池体积小、质量小、存在时间短、结晶冷却速度快，在一定的焊接规范下，焊速受到限制，一般为300600mm/min,过快的焊速极易导致熔池冷却结晶速度快而产生焊接缺陷，过慢的速度又导致热输入过大、热影响区增宽而使接头性能下降、生产效率低。而多丝埋弧焊大都是多丝纵向串列，在焊接过程中形成一个共用熔池，三丝焊时熔池长度即可达到80100mm以上，熔池存在时间长、冶金反应充分，有充裕的时间供气体和杂质浮出。焊接质量好，只要工艺和规范控制的好，焊接缺陷很少。焊速可达到1.02m/min以上,生

9、产效率高。比单丝埋弧焊高35倍。30mm以下产品内外焊各一道即可完成。同时通过采用合理的坡口形式、匹配高韧性焊丝和高韧性高速烧结焊剂和合理的焊接工艺规范参数，完全能满足高质量焊管对接头的质量要求，焊接过程主要靠设备能力和工艺保证，对焊工技能水平要求不高，便于实现机械化流水线生产。多丝埋弧焊机组焊接装置：内焊装置由机械系统、电气控制系统、焊接系统、焊剂供给及回收系统、摄像监视系统五部分组成。其中机械系统主要包括：焊接机头、悬臂梁、悬臂梁支撑机构、焊缝跟踪调节系统、机座及地线升降架等。（焊接机头是内焊机的核心部件，焊接机头上装有多丝焊嘴、焊剂斗、焊剂供给机回收管路、清理坡口风嘴、横向随动跟踪机构、

10、横向电动调节机构、高度调节机构等。）外焊装置比内焊相对简单一些，省略摄像监视系统、悬臂梁支撑机构、焊剂供给和回收机构也较简单，其余与内焊基本相同。焊接及电气控制系统：焊接系统主要由焊接电源、送丝控制装置和送丝机、地线导电刷等组成，基本配置一般为：前丝为林肯DC-1500 一台，后续各丝为林肯AC-1200 N台。送丝机控制装置：DC 配NA-3S、AC配NA-4，送丝机型号为NA-3SF。电气控制系统主要由主控制柜、操作台（含PLC、变频器、焊接参数采集系统、人机界面等）、摄像监视系统（摄像头、显示器）组成。主要焊接参数：焊丝直径、丝数、焊丝间距、焊丝倾角、焊丝干伸出长度、焊接电流（I）、焊接

11、电压（V）、焊接速度（V）、热输入等。四、 几种典型管线钢管焊接规范参数及试验性能表一 X80钢级1219*22mm直缝埋弧焊管焊接规范（钝边7mm、对称X型坡口、角度37）焊层填充金属电源极性焊接电流/A电弧电压/V焊接速(m/min)牌号直径预焊CHW-60C3DCEP750253.3内焊SJ101J+MK-6804DCEPACACAC1050850650550363840421.6外焊SJ101J+MK-6804DECPACACAC1050850650550363840421.6表二 X80钢级1219*22mm直缝埋弧焊管首批检验力学性能【2】 焊管管体焊接接头HV10屈服强度/MPa

12、 抗拉强度/MPa 屈强比 伸长率/%抗拉强度/MPa实验结果675680 745765 0.870.91 28730750206240技术条件555690 625825 0.95 15.7625280-10C管体横向冲击韧性-10C焊缝冲击韧性-10C HAZ冲击韧性0C DWTTAKV/J SA/%AKV/J SA/%AKV/J SA/%SA/%最小 平均 最小 平均最小 平均 最小 平均最小 平均 最小 平均最小 平均试验结果技术条件230 254 100 100140 180 80 90130 156 60 7460 80 30 40100 176 50 7860 80 30 4090 9570 85表三 X100钢管夏比冲击试验结果【3】缺口位置试验温度/CCV/JSA%管体-2020080焊缝-2017067HAZ-2016067表三 X120钢级LSAW钢管夏比冲击试验结果（平均值）【3】缺口位置试验温度/CCV/JSA%管体-3023890焊缝-3015063HAZ-3018567参考文献：【1】 王晓香优化调整焊管工业结果 加快向焊管强国进军的步伐焊管第32卷 总第159期【2】 唐子金等：西气东输二线工程用X80级埋弧焊管试制 焊管第32卷 总第160期【3】 王晓香十五年来华北石油钢管厂高钢级管线钢管的开发和生产 焊管第32卷 总第160期