專利名稱：一種高強度x90鋼級螺旋縫埋弧焊管制造方法
技術領域：
本發明涉及一種螺旋縫埋弧焊管制造技術，尤其是一種高強度X90鋼級螺旋縫埋 弧焊管制造方法。
背景技術：
螺旋縫埋弧焊管是將鋼卷板按一定的曲率半徑進行螺旋彎曲后沿鋼板對接的縫 隙焊接在一起制成的。由于螺旋縫埋弧焊管具有投資低、生產品種多等優點，因此成為目前 國內使用量最多的一種鋼管制造方法。但由于其成型的方式、以及長期來鋼管強度都比較 低等限制，對高強度鋼管的生產很少。目前，螺旋縫埋弧焊管所生產的鋼管所用鋼材均未超 過X80鋼級。隨著管線建設向長距離、高壓力、大口徑的發展，使鋼管的強度要求顯著增加。例 如用X90高強度管線鋼卷板制作螺旋縫埋弧焊管目前還沒有公開的技術研究。目前的生產 方式在生產高強度螺旋縫埋弧焊管時仍存在很多問題，主要表現在隨著鋼的強度增加，鋼 帶在成型器中，尤其是遞送邊一側帶鋼邊緣變形不充分，同時目前普遍采用的剪邊工藝還 會造成板邊的下翻邊現象，在隨后的工序中如不進行矯正，生產中在成型咬合時容易出現 噘嘴、成型縫內緊外松、錯邊等缺陷，甚至會造成焊縫微裂紋等致命缺陷；卷板自身存在的 月牙彎等問題，突出地影響了鋼管的成型穩定性，使鋼管的周長和橢圓度變化較大，不能有 效保證鋼管外形尺寸的穩定性，給鋼管現場對接施工造成一定的影響；另外，隨鋼的強度增 加，使焊接過程變得更加困難，如何控制焊接接頭的組織和性能也是需要解決的一個關鍵 問題。

發明內容
本發明要解決的技術問題是提供一種高強度X90鋼級螺旋縫埋弧焊管制造方法， 該方法尤其適用于Φ 1016X15. 3mm高強度X90鋼級螺旋縫埋弧焊管的制造。為解決上述技術問題，該螺旋縫埋弧焊管主要化學成分的重量含量為C0.04 0. 06%, Si 0. 20 0. 30%, Mn 1. 8 2. 0%，P ≤ 0. 015%, S ≤ 0. 005%, Cr ≤ 0. 35%, Ni ≤ 0. 45%, Cu ≤ 0. 25%, Mo ≤0. 35%, Ti 0. 01 0. 02%, Nb ≤ 0. 09%, V ≤ 0. 05%, Al ( 0. 05%,N ≤ 0. 006%,B ≤ 0. 0005%，余量為 Fe ；其中 CEpcm ≤ 0. 22%,CEnff 0. 50 0. 54%，該方法的加工工序為①板卷經開卷、矯平；②成型；③內焊和外焊；④對母材進行 分層超聲波檢查和X射線檢查；⑤水壓試驗；⑥對焊縫進行超聲波檢查和超聲波手探；⑦管 端倒棱；在步驟②前面增加銑邊和預彎工序，所述銑邊工序的工藝為雙銑邊工藝先粗銑 I型坡口，然后精銑X型坡口，鈍邊6 8mm，坡口角度70° 90° ；所述預彎工序的工藝 為采用預彎機對卷板的遞送邊和自由邊進行預彎邊，預彎邊的尺寸為半徑1470mm、長度 100 130mm ；在步驟④前面增加管端擴徑工序，所述管端擴徑工序的工藝為在鋼管管端300mm范圍內進行冷擴徑，最大擴徑量為直徑的0. 6%，管端周長偏差士 1. 5mm，橢圓度偏差 ^ 2mm。本發明的技術關鍵在于對板卷的銑邊設計、預彎邊工藝、焊接工藝、管端擴徑工 藝、無損檢測技術的優化和改進。在大直徑、高鋼級的螺旋縫埋弧焊管的成型過程中，合口對縫兩側的帶鋼的邊部 通常以圓弧曲線過渡或微內張口較為適宜；鋼帶在成型器中，尤其是遞送邊一側，機臂需給 內焊裝置預留空間，端頭成型輥距板邊至少50mm。若不使用彎邊輥，將造成帶鋼邊緣變形 不充分；有時剪邊工序還會造成板邊的下翻邊現象，生產中容易造成成型咬合時出現噘嘴、 成型縫內緊外松、錯邊等缺陷，嚴重影響鋼管外觀質量和以后的焊接工序，甚至會造成焊縫 微裂紋等致命缺陷，無法在以后的工序予以消除，嚴重影響鋼管的質量，造成鋼管合格率下 降。因此針對Φ1016Χ15.3πιπι的高強度X90鋼級管線鋼的屈服強度，通過放樣、彈性力學 分析等手段，對帶鋼邊緣進行充分預彎，能有效消除噘嘴、錯邊等成型缺陷，使鋼管成型焊 接質量得到明顯提高。鋼管管端的尺寸穩定性直接影響到現場管線施工的效率，本發明在優化鋼管成型 工藝的同時，增加鋼管管端擴徑工藝，對鋼管管端進行整圓，較好地控制了鋼管管端尺寸精 度，達到了管端周長偏差士 1. 5mm,橢圓度偏差小于等于2mm的水平，大大提高了鋼管現場 的對接效率，方便了現場施工作業。優選的內焊工序的工藝為采用雙絲串列埋弧自動焊，第一絲為直流，其電流I = 1100 1300A、電壓V = 31 33V ；第二絲為交流，其電流I = 430 470A、電壓V = 35 37V ；焊絲間距d = 10 14mm，焊接速度V = 1. 5 1. 7m/min。優選的外焊工序的工藝為 采用雙絲串列埋弧自動焊，第一絲為直流，其電流I = 1200 1400A、電壓V = 33 35V; 第二絲為交流，其電流I = 400 450A、電壓V = 35 37V ；焊絲間距d = 12 16mm，焊 接速度V= 1.5 1.7m/min。所述內焊、外焊工藝均采用高韌性埋弧焊焊劑和焊絲，并采用 跟蹤精度達到0. 25mm的激光焊縫自動跟蹤裝置。由于鋼管所用的母材是低碳微合金化的高強度鋼，其碳當量CEnw達到了 0. 5%以 上，焊接時具有一定的難度。在焊接過程中，為控制焊接接頭的性能和焊接質量，通過實驗 研究，確定了內焊和外焊均采用雙絲串列埋弧自動焊接工藝。選擇上述焊接工藝參數的主 要作用是第一絲的作用主要是保證熔透深度。需要采用大焊接電流、較低電弧電壓；第二 絲的作用主要是蓋面，即獲得良好的外觀質量，焊縫與母材平滑過渡，減少和消除咬邊，需 要采用小焊接電流和較高電弧電壓；第一絲與第二絲配合，充分排氣、排渣，獲得良好的焊 縫形狀，優良的質量。采用上述工藝，綜合母材、焊絲和焊劑化學成分焊接接頭性能要求科 學合理匹配，控制焊縫的成分在如下的范圍(重量)C 0.04 0.06%，SiO. 20 0.40%， Mnl.8 2.0%，P<0.020%，S<0.005%，Mo<0. 35%,TiO. 01 0. 025%,N^O. 010%, 余量為鐵，其中CEiiwO. 50 0. 53%。焊接后焊縫獲得的金相組織以針狀鐵素體+貝氏體為 主，從而保證焊縫熔敷金屬具有高的強韌性配合以及內在質量和理化性能。本發明方法與現有的加工螺旋縫埋弧焊管的工藝路線相比，主要增加了雙銑邊工 序、預彎邊工序、管端擴徑工序。針對高鋼級、大口徑螺焊鋼管，焊縫中氣孔、夾渣、裂紋等缺 陷出現的幾率增加，本發明采用先進的無損檢測技術實現了對焊縫內在質量的有效檢測。 通過采用焊縫缺陷判斷計算機專家系統，對焊縫X射線探傷的圖像進行實時掃描分析，完成缺陷的自動識別、標記、報警、記錄的功能，實現X射線探傷的自動化；在超聲波系統上采 用激光自動跟蹤技術、同時改進其機械裝置，在保證探頭架剛性的前提下，探頭與鋼管柔性 接觸，從而提高自動超聲波探傷的準確性和可靠性。采用上述技術方案所產生的有益效果在于本發明制造高強度X90鋼級螺旋縫埋 弧焊管的技術中，與制造普通螺旋縫埋弧焊管相比，工藝步驟中增加了雙銑邊工序、預彎邊 工序、管端擴徑工序，成功的解決了高強度的X90鋼級螺旋縫埋弧焊管生產制造中成型穩 定性差和焊接接頭性能難以滿足技術要求等技術難題；尤其適用于Φ 1016X15. 3mm高強 度X90鋼級螺旋縫埋弧焊管的制造；焊接工藝和銑邊工序及其中坡口尺寸的確定也是基于 特制的X90鋼的化學成分板材、經過認真計算并實驗研究確定的，在實際生產具有很強的 實用性。
具體實施例方式下面結合具體實施例對本發明作進一步詳細的說明。實施例1 本實施例高強度X90鋼級螺旋縫埋弧焊管所用板卷的主要化學成分如表1所示， 力學性能如表2所示，鋼板的厚度為15. 3mm，鋼管的外徑為Φ1016πιπι。本高強度Χ90鋼級 螺旋縫埋弧焊管的制造工藝步驟如下1、板卷經開卷、矯平；2、銑邊先粗銑，將板邊寬度銑削掉10 20mm，以保證去除卷板因鋼坯及軋制過 程中的板邊缺陷、月牙彎；然后精銑X型坡口，即將鋼板卷兩個對接的板邊分別開出鈍邊尺 寸為8mm、坡口角度為35°的坡口，鋼板的兩個邊對接后形成70°的X形坡口 ；開坡口的目 的是保證板卷在焊接過程中能夠焊透，并提高焊接速度，改善焊縫形貌，減小焊接線能量， 降低焊接熱輸入對焊接熱影響區組織和性能的影響，提高焊縫熱影響區的性能；3、預彎在二輥彎邊機上對卷板的遞送邊和自由邊進行預彎邊，使半徑尺寸為 1470mm，長度 100 130mm ；4、成型將經過上述預彎邊的帶鋼在三輥成型器卷制成直徑為Φ 1016mm的螺旋 狀圓筒；5、焊接沿鋼管圓筒的接縫進行內焊和外焊，焊接工藝參數如表3，焊縫的主要化 學成分如表4，所述內焊、外焊工藝均采用高韌性埋弧焊焊劑和焊絲，并采用跟蹤精度達到 0. 25mm的激光焊縫自動跟蹤裝置；6、管端擴徑在鋼管管端300mm范圍內進行冷擴徑，最大擴徑量為直徑的0. 6% ； 管端周長偏差士 1. 5mm，橢圓度偏差士2mm ；擴徑段與未擴徑段應平滑過渡；7、探傷對母材進行分層超聲波檢查和X射線檢查；8、水壓試驗；9、對焊縫進行超聲波檢查和超聲波手探；10、管端倒棱對鋼管的端部棱邊進行倒鈍；11、成品檢查。表5給出的是本實施例的鋼管實物的主要性能檢測結果和X90鋼級螺旋縫埋弧焊 管的主要性能要求，由表可見，利用本發明的技術制造的螺旋縫埋弧焊管達到了 X90鋼級螺旋縫埋弧焊管的技術要求。表1板卷的主要化學成分(wt. % ) 表2板卷(軋制方向30° )拉伸試驗值 表3雙絲焊參數 表4焊縫金屬的化學成分(wt. % ) 表5鋼管力學性能 實施例2 本實施例埋弧焊管采用的X90鋼級板卷的主要化學成分和力學性能如表6、表7所 示。本埋弧焊管的制造工藝步驟與實施例1相同，焊接時的工藝參數如表8所示。表9給 出的是本實施例的焊縫金屬的主要化學成分，表10給出的是本埋弧焊管實物的主要性能 檢測結果和X90鋼級螺旋縫埋弧焊管的主要性能要求，由表可見，利用本發明的技術制造 的埋弧焊管達到了 X90鋼級螺旋縫埋弧焊管的技術要求。表6板卷的主要化學成分(wt. % ) 表7板卷(軋制方向30° )拉伸試驗值 表8雙絲焊參數
表9焊縫金屬的化學成分(wt. % ) 表10鋼管力學性能 實施例3 本實施例采用的X90鋼板卷的主要化學成分和力學性能如表11、表12所示。本埋 弧焊管的制造工藝步驟與實施例1相同，焊接時的工藝參數如表13所示。表14給出的是本實施例的焊縫金屬的主要化學成分，表15給出的是本埋弧焊管實物的主要性能檢測結 果和X90鋼級管線鋼管的主要性能要求，由表可見，利用本發明的技術制造的埋弧焊管達 到了 X90鋼級管線鋼管的技術要求。表11板卷的主要化學成分(wt. % ) 表12板卷(軋制方向30° )拉伸試驗值 表13雙絲焊參數 表14焊縫金屬的化學成分(wt. % ) 表15鋼管力學性能
權利要求
一種高強度X90鋼級螺旋縫埋弧焊管制造方法，該螺旋縫埋弧焊管主要化學成分的重量含量為C 0.04～0.06％，Si 0.20～0.30％，Mn 1.8～2.0％，P≤0.015％，S≤0.005％，Cr≤0.35％，Ni≤0.45％，Cu≤0.25％，Mo≤0.35％，Ti0.01～0.02％，Nb≤0.09％，V≤0.05％，Al≤0.05％，N≤0.006％，B≤0.0005％，余量為Fe；其中CEpcm≤0.22％，CEIIW0.50～0.54％，該方法的加工工序為①板卷經開卷、矯平；②成型；③內焊和外焊；④對母材進行分層超聲波檢查和X射線檢查；⑤水壓試驗；⑥對焊縫進行超聲波檢查和超聲波手探；⑦管端倒棱；其特征在于，在步驟②前面增加銑邊和預彎工序，所述銑邊工序的工藝為雙銑邊工藝先粗銑I型坡口，然后精銑X型坡口，鈍邊6～8mm，坡口角度70°～90°；所述預彎工序的工藝為采用預彎機對卷板的遞送邊和自由邊進行預彎邊，預彎邊的尺寸為半徑1470mm、長度100～130mm；在步驟④前面增加管端擴徑工序，所述管端擴徑工序的工藝為在鋼管管端300mm范圍內進行冷擴徑，最大擴徑量為直徑的0.6％；管端周長偏差±1.5mm，橢圓度偏差≤2mm。
2.根據權利要求1所述的一種高強度X90鋼級螺旋縫埋弧焊管制造方法，其特征在 于所述內焊工序的工藝為采用雙絲串列埋弧自動焊，第一絲為直流，其電流I = 1100 1300A、電壓V = 31 33V ；第二絲為交流，其電流I = 430 470A、電壓V = 35 37V ；焊 絲間距d = 10 14mm，焊接速度V = 1. 5 1. 7m/min。
3.根據權利要求1所述的一種高強度X90鋼級螺旋縫埋弧焊管制造方法，其特征在 于所述外焊工序的工藝為采用雙絲串列埋弧自動焊，第一絲為直流，其電流I = 1200 1400A、電壓V = 33 35V ；第二絲為交流，其電流I = 400 450A、電壓V = 35 37V ；焊 絲間距d = 12 16mm，焊接速度V = 1. 5 1. 7m/min。
4.根據權利要求1所述的一種高強度X90鋼級螺旋縫埋弧焊管制造方法，其特征在于 所述內焊、外焊工藝均采用高韌性埋弧焊焊劑和焊絲，并采用跟蹤精度達到0. 25mm的激光 焊縫自動跟蹤裝置。
全文摘要
本發明公開了一種高強度X90鋼級螺旋縫埋弧焊管制造方法，該方法的加工工序包括開卷、矯平、銑邊、預彎、成型、內焊、外焊、管端擴徑、母材分層超聲波檢查、焊縫X射線檢查、水壓試驗、焊縫超聲波檢查和管端倒棱。本制造方法工藝步驟中增加了雙銑邊工序、預彎邊工序、管端擴徑工序，成功的解決了高強度的X90鋼級螺旋縫埋弧焊管生產制造中成型穩定性差和焊接接頭性能難以滿足技術要求等技術難題。
文檔編號C22C38/14GK101886222SQ201010216400
公開日2010年11月17日 申請日期2010年7月5日 優先權日2010年7月5日
發明者吉玲康, 宮少濤, 張偉衛, 張小東, 李健一, 李延豐, 李洋, 田鵬, 申立群 申請人:華油鋼管有限公司;中國石油集團石油管工程技術研究院