高强度管线钢用焊接材料

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1、·252·可焊性高强度管线钢用焊接材料DavidWidgeryESABGroup(UK)Ltd，HanoverHouse，Queensgate，BritanniaRoad，WalthamCross，HertsEN87TF，u(·。‘+．-1‘卜-。+--—+。-‘—卜一—卜，。+-—+一—+-—卜-+-+-+-—卜-+·—卜-+-+-+-+-—卜——卜-‘-卜-+-+-+-‘·+．摘要：探讨了使用传统焊接方法焊接现代高强度钢时出现的几个问题。由于埋弧焊具有良好焊透性，应用这种焊接工艺可以用较少的焊接材料完成厚截面钢板的焊接。但是，由于此种焊接工艺的高稀释性，在焊接低碳

2、和微合金的管材时就必须使用更高合金含量的焊丝以保证焊缝金属获得较高的强度。本文对新型高合金成分的焊丝进行的研究表明，在焊管车间和铺设管线工地使用的焊丝必须与焊接方法同步发展。本文介绍了用冷焊丝气体保护电弧机械自动焊进行焊接的一些实验。使用气体保护电弧机械自动焊来焊接管道的环焊缝，可以利用下向焊接工艺进行焊接非常窄小的复合斜开坡口，这样焊接热量可以迅速导出，从而使低碳焊缝也能满足高强度钢的需要。在焊接管道接头时则不同，如果还使用下向焊接就会出现焊接坡口对接不精确问题，所以经常需要使用上向焊。要使管材既有良好的可焊性，又有较好强韧性及抗氢致开裂能力，是一件很困难的事情，但

3、是这几年来这方面已经取得了很大的进展。最新的发展，如使用激光或混合激光焊接管线，比我们想象的还要接近商品化，为此焊接材料生产商近些年来就忙于生产这些材料。关键词：管线，钢，高强度，焊接，焊接材料1引言钢的微合金化给用户带来了很多好处，它使得材料在低合金条件下可以获得较高的强度。由此产生了新一代的廉价的强韧钢材，同时这种钢材还具有非常好的可焊性。然而，对于焊接材料生产商来说，焊缝金属要想达到这么好的性能要付出很高代价，因为他们不能通过TMCP热轧工艺来提高焊缝金属的性能，而不得不依赖传统的合金化方法来提高焊缝的性能。而且一些现代管线钢以应变为设计准则，因此要求焊缝金属必

4、须比被焊钢管母材强度高。结果导致今天的焊缝金属通常都比母材的合金成分高，因而，氢致开裂敏感性也提高了，所以生产商们真正面对的挑战是如何使焊缝金属获得良好的强韧性配合。本文讲述了在高强度管线钢的制管缝焊和铺设管线的环焊中如何解决这一问题。40年前，澳大利亚在雪山区水力电力工程中使用最小屈服强度为690Ⅷa的焊接钢管建造了一条高压水管线，只发生了少量焊接问题，从而形成了会有更多的工程会采用这种强度管线钢的看法。1965年大西洋海洋船舶公司在西弗吉尼亚一条管线中铺设了一段管材强度为X100(屈服强度690MPa)，长度为360m的试验性管道，现在这条管道仍在正常运行。这些钢

5、管都需经过淬火回火热处理，不难找到可以焊接它们的手工电弧焊条，这些焊条具有与这些钢相似的总合金含量。当时对于管道的环焊缝没有要求强度过匹配。当然，对高压水管线没有要求环焊接头强度高于钢管母材(高强匹配)的必要。2003年在加拿大铺设了另一条较短的X100管线，2004年接着又铺了2km。这一次尽管在管道主干管环焊缝方面没有发生过问题，但是在对需要在施工现场开坡口的焊缝和将两根焊管通过离线埋弧焊接连成一根长管的环焊缝进行复查时，潜在的问题出现了。这些高强度管线钢用焊接材料·253·问题性质与40年前解决的问题不同。这些问题的出现部分地是由于使用了可焊性太好的钢管，因为这

6、种低合金含量的钢管使得焊缝的稀释率增加(焊缝熔敷金属的合金元素和碳含量都降低了)，所以要想提高焊缝强度很困难。在阿拉斯加、加拿大和西伯利亚的地下管线因为遭受季节性的冷冻，所以要考虑管线由于冻胀所产生的纵向拉伸，因此必须采用应变设计准则设计管线工程。焊缝金属的强度不仅必须超过母材的最小名义屈服应力，而且必须超过管材的最高的断裂强度。目前X80管线钢管最高断裂强度估计为700Ⅷa。与埋弧焊不同，使用高能量射流(如激光焊)焊接钢管的速度快、热输人小。因此，如果使用高能量输入焊接管线钢管，存在的问题就是如何限制焊缝金属的强度，以获得满意的塑性和韧性。2管线钢的环焊问题一方面由

7、于快速铺设管线的经济性要求，另一方面由于旧焊接工艺不再适用于焊接高强度管线钢，导致了机械化气体保护电弧焊接被管线工程普遍采用。气体保护电弧自动焊被如此成功地应用于管线工程，以至于在过去的40年里被广泛地推荐使用的其他焊接方法，如摩擦焊、电子束焊、磁力电弧焊、激光焊、闪光焊和爆炸焊等等，都不能代替它。气体保护电弧自动焊的一个优点是在下向焊焊接接头时具有热输入小的优势。焊接时能快速冷却，△T。～，约为3～4s。因此尽管焊丝中合金元素锰不超过1．6％，硅含量不超过0．65％，焊缝金属的屈服强度却可能超过700MPa。在实际焊接X100或用于应变设计的X80