CN103212952A

CN103212952A - 超大管径大壁厚直缝埋弧焊管制造方法

Info

Publication number: CN103212952A
Application number: CN2013101473277A
Authority: CN
Inventors: 赵国; 张志明; 葛玉宏; 王旭; 王习彬; 陈小伟; 刘涛; 曹华勇; 王旺甫; 刘增强; 王立柱; 吕育栋; 韩铁利; 吴娟; 白学伟
Original assignee: Hebei Huayou Steel Pipe Design Institute Co Ltd; CNPC Bohai Equipment Manufacturing Co Ltd; Julong Steel Pipe Co Ltd
Current assignee: NANJING JULONG STEEL PIPE Co.,Ltd.; China National Petroleum Corp; CNPC Bohai Equipment Manufacturing Co Ltd; Julong Steel Pipe Co Ltd
Priority date: 2013-04-25
Filing date: 2013-04-25
Publication date: 2013-07-24
Anticipated expiration: 2033-04-25
Also published as: CN103212952B

Abstract

本发明公开了一种超大管径大壁厚直缝埋弧焊管制造方法，它采用化学成分百分比符合美国石油协会API5L-2007(44版)标准、显微组织为AF+B组织的X80热轧状态钢板制造，其制造工艺包括如下步骤：钢板自动探伤、坡口加工、预弯、成型、预焊、内外焊、第一次超声波自动检查、第一次X射线检查、机械扩径、管端加工、水压试验、坡口加工、第二次超声波检查、第二次X射线检查、第二次管端超声波手动检查、外观尺寸检查、焊后热处理、外观经查和防腐涂层。本发明的有益效果如下：通过各工序严格的技术控制，解决了生产超大管径大壁厚直缝埋弧焊管的各项技术难题，使最终生产出钢管的各项性能完全符合国家标准的要求。

Description

超大管径大壁厚直缝埋弧焊管制造方法

技术领域

本发明涉及直缝埋弧焊管生产制造技术领域。

背景技术

石油天然气作为重要能源，在我国能源结构中所占的比例不断增加，需求日益旺盛。利用长距离管线将石油天然气从生产地运送到用户目的地，是一种安全、高效和经济的运输方式，目前这已成为陆上油气输送的主要方式。

我国天然气干线管道的钢级已由X52提高到X80，一级地区管径φ1219mm天然气干线管道的壁厚已经达到22mm，年输气量为300亿立方米，若要将年输气量提高到450亿立方米以上，主要技术路线有两条：（1）采用提高输送压力的技术路线，要求从现有12MPa输送压力提高到17MPa以上。（2）采用增大输送管道口径的技术路线，要求从现有1219提高到1422。

目前世界在建和拟建的450亿m3/a输气量的管道已有数条，如俄罗斯的巴甫年科沃-乌恰天然气管道，采用类似于X80的K65钢级，管径φ1420mm，输送压力11.8MPa，单管设计输气量约500亿m3/a。另外，北美也在筹建类似输气量的管线，可见，焊管口径的大型化趋势明显。

管径和压力的增加带来的直接影响是钢管壁厚的增加。钢管壁厚的增加将给钢板的轧制和钢管的成型、焊接带来困难。因此，制作超大口径大壁厚直缝埋弧焊管在技术上还存在一定的缺陷。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种各项性能完全符合标准要求的超大管径大壁厚直缝埋弧焊管制造方法。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：

一种超大管径大壁厚直缝埋弧焊管制造方法，它采用化学成分百分比符合美国石油协会API 5L-2007(44版)标准、显微组织为AF+B组织的X80热轧状态钢板制造，其制造工艺包括如下步骤：钢板自动探伤、坡口加工、预弯、成型、预焊、内外焊、第一次超声波自动检查、第一次X射线检查、机械扩径、管端加工、水压试验、坡口加工、第二次超声波检查、第二次X射线检查、第二次管端超声波手动检查、外观尺寸检查、焊后热处理、外观检查和防腐涂层；

所述坡口加工工序中，钢板上下坡口的角度均为34.75°～35°，上坡口高度为10.75～11.25mm；钝边高度为9.075mm～9.125mm，角度为4°；

所述内外焊工序均采用四丝埋弧自动焊对钢管内侧和外侧焊接坡口进行焊接，焊丝直径为3.9～4.1mm，焊接速度为1.3～1.35m/min；焊接线能量为55～56KJ/cm。

所述成型工序采用JCO成型，首先利用JCO成型机将经过预弯边后的钢板的一半进行多次冲压，压成“J”形，然后将钢板的另一半进行同样的多次冲压，压成“C”形，最后在整个钢板的中间压制一次使其形成开口的“O”形；上述冲压工艺中，采用25～29步的压制次数，单次压下量180～190mm。

所述内外焊工序均采用四丝埋弧自动焊对钢管内侧和外侧焊接坡口进行焊接；第一丝为直流反接，电流1050～1150A，电压30～34V；第二丝为交流，电流850～950A，电压32～36V；第三丝为交流，电流650～750A，电压38～42V；第四丝为交流，电流550～650A，电压38～42V。

所述机械扩径工序中对钢管全长进行0.5%～1.2%扩径。

本发明的有益效果如下：

（1）通过对X80钢板的成分、组织及热处理的控制，使钢板具有高韧性及良好的焊接性能。

（2）通过在JCO成型工艺中，根据钢板宽度、厚度、强度和模具尺寸，精确分析确定合理的冲压次数和单次压下量，解决了X80钢级直径为φ1422mm、壁厚为30.8mm的超大管径大壁厚直缝埋弧焊管JCO成型过程中钢板回弹小，管形不便于控制的难题，根据分析结果和现场试验，分析钢板成型过程弹复量，合理确定每道次压下量，使钢管成型后具有良好的圆度和管体直度。

（3）焊接工艺中，首先通过选择专用焊接材料，确保焊缝具有稍高于母材的强度及良好的韧性。确定焊接参数时，充分考虑三丝焊中各丝的作用，通过合理设定各丝电流、电压、角度、焊丝间距及焊接速度，使焊缝获得合适熔透深度和良好的形貌，同时有利于焊接过程中气体及保护渣上浮。在此基础上，为了减小焊接热对热影响区韧性的影响，对各丝电流电压进一步优化，采取了较低的焊丝能量，保证焊接热影响区的性能。焊缝最终获得以针状铁素体及板条贝氏体为主的、具有良好韧性的组织，同时焊接热影响区获得细小粒状贝氏体及板条贝氏体的组织，解决了钢管焊接接头韧性问题。

（4）扩径工艺中，根据钢管成型后的外观尺寸情况，通过数值分析确定获得最佳效果的扩径率，通过现场试验和对相关性能数据分析的结果进行再验证，确定最佳扩径工艺，确保钢管扩径后外观尺寸和理化性能符合标准要求，解决了钢管在机械扩径时由于加工硬化导致强度增加、韧性和均匀延伸率降低的问题，同时也改善了管端圆度和管体直度等重要外观指标。

具体实施方式

实施例

采用化学成分百分比符合美国石油协会API 5L-2007(44版)标准、显微组织为AF+B组织的X80热轧状态钢板，进行管径为1422mm、壁厚为30.8mm的直缝埋弧焊管的制造，具体工艺步骤如下：

（1）超声波钢板自动探伤：利用全自动钢板超声波探伤设备，对钢板两侧板边50mm范围内及中间部位进行检查。

（2）铣边、坡口加工：钢板的上下坡口角度均为35°，钝边高度为9.1mm。加工坡口的目的是保证焊接过程能够完全焊透，形成合适的焊缝形貌，避免高速焊接过程中出现未焊透等缺陷，确保焊接接头的质量，实现优质高产。根据钢管设计直径和厚度选取钢板，并在焊缝对应的钢板两边铣削焊接坡口。

（3）预弯：根据钢管曲率要求和管径尺寸要求，采用预弯边机将板边弯曲至符合要求的曲率。

（4）JCO成型：采用管径为φ1422mm、壁厚为30.8mm的钢管，首先利用JCO成型机将经过预弯边后的钢板的一半进行多次冲压，压成“J”形，再将其另一半进行同样的多次冲压，压成“C”形，最后在整个钢板的中间压制一次使其形成开口的“O”形；上述冲压工艺中，采用27步的压制次数，单次压下量185mm。

（5）预焊：通过调整合缝预焊机压辊的位置，使成型后钢管的焊接坡口良好的匹配在一起，保证错边、缝隙尺寸符合要求，同时采用气体保护焊接方式进行焊接，形成连续、规范、质量稳定的预焊焊缝，确保内外精焊时钢管焊接工况的稳定。

（6）内外焊：采用四丝埋弧自动焊在钢管内侧和外侧焊接坡口进行焊接；第一丝为直流反接，电流1100A，电压32V；第二丝为交流，电流900A，电压34V；第三丝为交流，电流700A，电压40V；第四丝为交流，电流600A，电压40V；焊丝直径为4.0mm；焊接速度为1.3～1.35m/min；焊接线能量为55～56KJ/cm。

（7）第一次管端超声波手动检查：对管端300mm范围内的焊缝及焊缝两侧区域进行手动超声波检查；

（8）第一次超声波自动检查：对焊接后的钢管内外焊缝及焊缝两侧热影响区部分进行超声波检查；

（9）第一次X射线检查：采用图像处理***对焊接后的钢管内外焊缝进行100%的工业电视检查，保证探伤灵敏度。

（10）机械扩径：对钢管全长进行0.5%～1.2%扩径以提高钢管的外观尺寸精度，如椭圆度、直线度，并改善钢管的内应力分布状态。

（11）管端加工：对钢管端面进行加工，保证平整。为下一步水压试验的密封良好做好准备。

（12）水压试验：对钢管进行100%的静水压试验，试验压力为规定最小屈服强度的90%～100%，检查钢管的强度水平以及是否存在泄漏点。

（13）坡口加工：将上述检验合格的钢管进行管端加工，达到顾客要求的管端坡口尺寸要求。

（14）第二次超声波检查：对扩径、水压后的钢管内外焊缝及焊缝两侧热影响区部分进行100%的检查，以排除扩径、水压可能产生的缺陷。

（15）第二次X射线检查：对扩径、水压后的钢管内外焊缝进行100%的工业电视检查和管端拍片检查，以排除扩径、水压可能产生的缺陷。

（16）第二次管端超声波手动检查：对管端300mm范围内的管体、焊缝及焊缝两侧热影响区部分、坡口面进行检查。

（17）外观尺寸检查：根据设计要求对成型钢管外观尺寸进行测量。

（18）焊后热处理：根据设计的热处理参数对焊缝及焊缝两侧热影响区部分进行热处理，释放焊接内应力。

（19）外观经查和防腐涂层：对热处理完毕的钢管进行管端椭圆度和管体直度检查，合格钢管按照设计要求对钢管内壁或者外壁进行涂层和防腐处理。

综上所述，通过各工序严格的技术控制，使最终钢管的各项性能完全符合《天然气输送管道用OD1422mm X80直缝埋弧焊管技术条件征求意见稿》的各项要求。

Claims

1.一种超大管径大壁厚直缝埋弧焊管制造方法，其特征在于，它采用化学成分百分比符合美国石油协会API 5L-2007(44版)标准、显微组织为AF+B组织的X80热轧状态钢板制造，其制造工艺包括如下步骤：钢板自动探伤、坡口加工、预弯、成型、预焊、内外焊、第一次超声波自动检查、第一次X射线检查、机械扩径、管端加工、水压试验、坡口加工、第二次超声波检查、第二次X射线检查、第二次管端超声波手动检查、外观尺寸检查、焊后热处理、外观检查和防腐涂层；

2.根据权利要求1所述的超大管径大壁厚直缝埋弧焊管制造方法，其特征在于，所述成型工序采用JCO成型，首先利用JCO成型机将经过预弯边后的钢板的一半进行多次冲压，压成“J”形，然后将钢板的另一半进行同样的多次冲压，压成“C”形，最后在整个钢板的中间压制一次使其形成开口的“O”形；上述冲压工艺中，采用25～29步的压制次数，单次压下量180～190mm。

3.根据权利要求1所述的超大管径大壁厚直缝埋弧焊管制造方法，其特征在于，所述内外焊工序均采用四丝埋弧自动焊对钢管内侧和外侧焊接坡口进行焊接；第一丝为直流反接，电流1050～1150A，电压30～34V；第二丝为交流，电流850～950A，电压32～36V；第三丝为交流，电流650～750A，电压38～42V；第四丝为交流，电流550～650A，电压38～42V。

4.根据权利要求1所述的超大管径大壁厚直缝埋弧焊管制造方法，其特征在于，所述机械扩径工序中对钢管全长进行0.5%～1.2%扩径。