CN104475935A - 一种抗co2腐蚀管线钢的现场焊接方法 - Google Patents

一种抗co2腐蚀管线钢的现场焊接方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种抗CO2腐蚀管线钢的现场焊接方法，选用X65级抗CO2腐蚀用管线钢，钢板厚度为5-21mm，并为相同板厚组合对接；选用5Cr-Ni-Mo合金体系焊丝，焊丝直径Φ2.4mm，焊丝化学组分及重量百分比为：C≤0.05％，Mn：0.2-1.0％，Si：0.10-0.60％，P≤0.015％，S≤0.010％，Cr：4.0-6.0％，Ni+Cu：0.2-2.2％，余量为Fe及不可避免的杂质；采用钨极惰性气体保护多层多道焊，焊接工艺参数：焊接电流100-180A，电弧电压10-15V，保护气体流量10-15L/min；对组合钢板对接接头采用多层多道连续施焊，直至焊缝填满为止；本发明工艺在不预热和不进行焊后热处理条件下焊接抗CO2腐蚀管线钢，焊接接头的力学性能达到X65管线钢力学性能水平，同时焊接接头具有良好的抗CO2腐蚀性能，使得抗CO2腐蚀管线钢现场焊接施工条件得到改善，生产成本降低。

Description

一种抗CO2腐蚀管线钢的现场焊接方法
技术领域
本发明属于钢铁材料焊接技术领域，涉及一种抗CO2腐蚀管线钢的现场焊接方法。
背景技术
随着石油天然气工业的迅速发展，CO2对油、气管线的腐蚀问题成为石油天然气开采、输送的一个主要问题。控制CO2腐蚀的方法主要有三种：添加缓蚀剂，使用防腐内涂层以及使用耐蚀合金钢，其中最安全有效的防护措施为使用耐蚀合金钢。近年来，各国对此类钢的研制开发也逐渐增多，且主要以低Cr合金钢，配合Cu、Ni、Mo等元素为主，在工程应用中取得了较大突破。此类钢的特点在于不但具有良好的抗CO2腐蚀能力(约为普通碳钢的3-4倍)，机械性能与焊接性也能满足工程需要，并且价格远低于不锈钢等同类产品的价格，因此发展迅速。但该类钢的焊接技术发展缓慢，目前对于X65级抗CO2腐蚀管线钢，市场上尚没有成熟的焊接工艺方法；此外，根据ASME VIII、BS3351规程，10mm厚5Cr-0.5Mo耐热钢焊前最低预热温度应在150℃以上，而且焊后必须进行700℃左右的焊后热处理，才能保证焊接质量。无论焊前预热还是焊后热处理均增加了现场焊接的难度，也增大了施工成本。焊接技术的相对落后极大地阻碍了5Cr系抗CO2腐蚀钢应用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术的缺点，提供一种抗CO2腐蚀管线钢的现场焊接方法，本发明采用钨极惰性气体保护焊，保护气体为100％Ar，同时采用Φ2.4mm的5Cr-Ni-Mo合金体系焊丝，在不预热和不进行焊后热处理条件下焊接抗CO2腐蚀管线钢，焊接接头的力学性能达到X65管线钢力学性能水平，同时焊接接头具有良好的抗CO2腐蚀性能，使得抗CO2腐蚀管线钢现场焊接施工条件得到改善，生产成本降低。
为了解决以上技术问题，本发明提供一种抗CO2腐蚀管线钢的现场焊接方法，包括如下具体步骤：
(1)选用X65级抗CO2腐蚀用管线钢，钢板厚度为5-21mm，并为相同板厚组合对接；选用5Cr-Ni-Mo合金体系焊丝，焊丝直径Φ2.4mm，焊丝化学组分及重量百分比为：C≤0.05％，Mn：0.2-1.0％，Si：0.10-0.60％，P≤0.015％，S≤0.010％，Cr：4.0-6.0％，Ni+Cu：0.2-2.2％，余量为Fe及不可避免的杂质；
(2)采用钨极惰性气体保护多层多道焊，保护气体为Ar，其纯度>99.9％；坡口采用单面V型坡口，坡口角度为60°，坡口间隙为0-1mm，钝边为0-0.5mm；
(3)当环境温度≥5°时，施焊前不需要预热，连续焊接，焊接热输入量控制在6-18KJ/cm，焊后不需要进行热处理；焊接工艺参数：焊接电流100-180A，电弧电压10-15V，保护气体流量10-15L/min；；对组合钢板对接接头采用多层多道连续施焊，直至焊缝填满为止。
本发明进一步限定的技术方案是：
优选地，步骤(1)中焊丝化学组分及重量百分比为：C：0.05％，Mn：0.2％，Si：0.10％，P：0.015％，S：0.010％，Cr：4.0％，Ni+Cu：0.2％，余量为Fe及不可避免的杂质。
优选地，步骤(1)中焊丝化学组分及重量百分比为：C：0.01％，Mn：1.0％，Si：0.60％，P：0.005％，S：0.005％，Cr：6.0％，Ni+Cu：2.2％，余量为Fe及不可避免的杂质。
优选地，步骤(1)中焊丝化学组分及重量百分比为：C：0.03％，Mn：0.6％，Si：0.30％，P：0.010％，S：0.008％，Cr：5.0％，Ni+Cu：1.2％，余量为Fe及不可避免的杂质。
本发明的有益效果是：
本发明工艺采用钨极惰性气体保护焊，保护气体为100％Ar，同时采用Φ2.4mm的5Cr-Ni-Mo合金体系焊丝，在不预热和不进行焊后热处理条件下焊接抗CO2腐蚀管线钢，焊接接头的力学性能达到X65管线钢力学性能水平，同时焊接接头具有良好的抗CO2腐蚀性能，使得抗CO2腐蚀管线钢现场焊接施工条件得到改善。
本工艺对焊丝合金元素烧损少，能有效保证焊缝中的各合金元素含量，且容易实现单面焊双面成型，较易实现全位置焊接，特别适合管线现场安装；同时焊接接头力学性能满足X65级抗CO2腐蚀管线钢的力学性能要求：Rm≥550MPa，弯曲性能(面弯、背弯)D＝6a，180°合格，焊缝和热影响区的冲击韧性KV2(-20℃)≥47J；焊接接头具有良好的抗CO2腐蚀性能耐，焊接接头CO2腐蚀试验评价显示焊缝金属、熔合区、热影响区和母材区域无明显的腐蚀坑出现，放大250倍观察焊缝和基础金属之间的边界无不连贯表面，并且焊前不预热，焊后无需热处理，提高了生产效率，节约了成产成本。
附图说明
图1为实施例1的焊缝示意图；
图2为实施例2的焊缝示意图；
图3为实施例3的焊缝示意图。
具体实施方式
实施例1
本实施例提供一种抗CO2腐蚀管线钢的现场焊接方法，如图1所示，包括如下具体步骤：
(1)选用X65级抗CO2腐蚀用管线钢，钢板厚度为5mm，试板尺寸为450mm×400mm×5mm，并为相同板厚组合对接；选用5Cr-Ni-Mo合金体系焊丝，焊丝直径Φ2.4mm，焊丝化学组分及重量百分比为：C：0.05％，Mn：0.2％，Si：0.10％，P：0.015％，S：0.010％，Cr：4.0％，Ni+Cu：0.2％，余量为Fe及不可避免的杂质；
(2)采用钨极惰性气体保护多层多道焊，保护气体为Ar，其纯度>99.9％；坡口采用单面V型坡口，坡口角度为60°，坡口间隙为0.3mm，钝边为0mm；
(3)当环境温度≥5°时，施焊前不需要预热，连续焊接，焊接热输入量控制在6KJ/cm，焊后不需要进行热处理；焊接工艺参数：焊接电流100A，电弧电压10V，保护气体流量10L/min；对5mm+5mm组合钢板的接接头采用多层多道连续施焊，直至焊缝填满为止。
实施例2
本实施例提供一种抗CO2腐蚀管线钢的现场焊接方法，如图2所示，包括如下具体步骤：
(1)选用X65级抗CO2腐蚀用管线钢，钢板厚度为12mm，试板尺寸为450mm×400mm×12mm，并为相同板厚组合对接；选用5Cr-Ni-Mo合金体系焊丝，焊丝直径Φ2.4mm，焊丝化学组分及重量百分比为：C：0.01％，Mn：1.0％，Si：0.60％，P：0.005％，S：0.005％，Cr：6.0％，Ni+Cu：2.2％，余量为Fe及不可避免的杂质；
(2)采用钨极惰性气体保护多层多道焊，保护气体为Ar，其纯度>99.9％；坡口采用单面V型坡口，坡口角度为60°，坡口间隙为0.8mm，钝边为0.5mm；
(3)当环境温度≥5°时，施焊前不需要预热，连续焊接，焊接热输入量控制在12KJ/cm，焊后不需要进行热处理；焊接工艺参数：焊接电流130A，电弧电压12V,保护气体流量12L/min；对12mm+12mm组合钢板的接接头采用多层多道连续施焊，直至焊缝填满为止。
实施例3
本实施例提供一种抗CO2腐蚀管线钢的现场焊接方法，如图3所示，包括如下具体步骤：
(1)选用X65级抗CO2腐蚀用管线钢，钢板厚度为21mm，450mm×400mm×21mm，并为相同板厚组合对接；选用5Cr-Ni-Mo合金体系焊丝，焊丝直径Φ2.4mm，焊丝化学组分及重量百分比为：C：0.03％，Mn：0.6％，Si：0.30％，P：0.010％，S：0.008％，Cr：5.0％，Ni+Cu：1.2％，余量为Fe及不可避免的杂质；
(2)采用钨极惰性气体保护多层多道焊，保护气体为Ar，其纯度>99.9％；坡口采用单面V型坡口，坡口角度为60°，坡口间隙为1mm，钝边为1mm；
(3)当环境温度≥5°时，施焊前不需要预热，连续焊接，焊接热输入量控制在18KJ/cm，焊后不需要进行热处理；焊接工艺参数：焊接电流180A，电弧电压15V，保护气体流量15L/min；对21mm+21mm组合钢板的接接头采用多层多道连续施焊，直至焊缝填满为止。
对实施例1-3中采用上述焊接方法焊接的X65级抗CO2腐蚀管线钢对接接头进行力学性能检测，检测结果见表1。
以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。

Claims (4)

1.一种抗CO2腐蚀管线钢的现场焊接方法，其特征在于，包括如下具体步骤：
(1)选用X65级抗CO2腐蚀用管线钢，钢板厚度为5-21mm，并为相同板厚组合对接；选用5Cr-Ni-Mo合金体系焊丝，焊丝直径Φ2.4mm，所述焊丝化学组分及重量百分比为：C≤0.05％，Mn：0.2-1.0％，Si：0.10-0.60％，P≤0.015％，S≤0.010％，Cr：4.0-6.0％，Ni+Cu：0.2-2.2％，余量为Fe及不可避免的杂质；
(2)采用钨极惰性气体保护多层多道焊，保护气体为Ar，其纯度>99.9％；坡口采用单面V型坡口，坡口角度为60°，坡口间隙为0-1mm，钝边为0-0.5mm；
(3)当环境温度≥5°时，施焊前不需要预热，连续焊接，焊接热输入量控制在6-18KJ/cm，焊后不需要进行热处理；焊接工艺参数：焊接电流100-180A，电弧电压10-15V，保护气体流量10-15L/min；对组合钢板对接接头采用多层多道连续施焊，直至焊缝填满为止。
2.根据权利要求1所述的抗CO2腐蚀管线钢的现场焊接方法，其特征在于，所述步骤(1)中焊丝化学组分及重量百分比为：C：0.05％，Mn：0.2％，Si：0.10％，P：0.015％，S：0.010％，Cr：4.0％，Ni+Cu：0.2％，余量为Fe及不可避免的杂质。
3.根据权利要求1所述的抗CO2腐蚀管线钢的现场焊接方法，其特征在于，所述步骤(1)中焊丝化学组分及重量百分比为：C：0.01％，Mn：1.0％，Si：0.60％，P：0.005％，S：0.005％，Cr：6.0％，Ni+Cu：2.2％，余量为Fe及不可避免的杂质。
4.根据权利要求1所述的抗CO2腐蚀管线钢的现场焊接方法，其特征在于，所述步骤(1)中焊丝化学组分及重量百分比为：C：0.03％，Mn：0.6％，Si：0.30％，P：0.010％，S：0.008％，Cr：5.0％，Ni+Cu：1.2％，余量为Fe及不可避免的杂质。
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