CN113172311B - 一种ct80钢级连续油管对接焊的焊接方法及焊接接头结构 - Google Patents
一种ct80钢级连续油管对接焊的焊接方法及焊接接头结构 Download PDFInfo
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Abstract
本发明属于焊接技术领域，具体涉及一种CT80钢级连续油管对接焊的焊接方法及焊接接头结构。所焊接的焊接接头结构包括对接环焊缝、对接环焊缝两侧设置的加强焊道I、加强焊道II。所述焊接方法，包括如下步骤：步骤1，管口内外清理；步骤2，坡口加工；步骤3，组对；步骤4，焊接；步骤5，修磨。本发明通过在对接环焊缝两侧设置加强焊道，降低了连续油管焊接接头热影响在低周弯曲疲劳变形过程中应变集中度，从而提高焊接接头疲劳循环寿命，增加了作业安全性。
Description
技术领域
本发明属于焊接技术领域，具体涉及一种CT80钢级连续油管对接焊的焊接方法及焊接接头结构。
背景技术
连续油管是一种长度达几百米至几千米的管材，多为采用低碳微合金钢制造的HFW焊管，缠绕在大直径卷筒上运输和使用。
作业过程中，连续油管经牵引、拉直、弯曲和再次校直后，被下入井中，作为介质输送载体和工作管柱。作业后通过注入头将连续油管由井下起出，重新缠绕在卷筒上。整个过程中连续油管承受低周弯曲疲劳载荷。当管体出现损伤时，需要采用环焊缝对接焊的方式进行修复。
目前，连续油管对接焊采用环焊缝对接焊的方式，文献《Development of WeldingProcedure Specification for Girth Welds in Coiled Tubing》和API 5C8-2017《连续油管检测与维护》标准中指出由于焊接热循环导致热影响区性能下降，使得在疲劳弯曲变形过程中热影响区产生较大的应变集中，造成热影响区附近过早的断裂,降低了焊接头疲劳寿命，传统对接焊接头疲劳寿命一般为管体疲劳寿命的25％-50％。采用本发明，通过在对接环焊缝热影响区焊接加强焊道，使该区域在疲劳弯曲过程的应变集中度降低，从而显著提高焊接头疲劳寿命。
发明内容
本发明的目的在于提供一种CT80钢级连续油管对接焊的焊接方法及焊接接头结构，以降低连续油管焊接接头在承受弯曲疲劳载荷时热影响区的应变集中度，从而提高其疲劳循环寿命。
本发明的实现过程如下：
一种CT80钢级连续油管对接焊的焊接方法，包括如下步骤：
步骤1，管口内外清理：
采用直磨机、钢丝刷、砂布清除需要对接的两段连续油管的管口内、外200mm范围内的杂物，露出金属光泽；
步骤2，坡口加工：
采用坡口机在需要对接的连续油管管端加工单V型坡口，坡口角度为37°，钝边为1mm；
步骤3，组对：
将需要对接的两段连续油管管口夹持在焊接工装上，通过调节管口位置，使管口组对平直，并保留2.0～2.5mm间隙；
步骤4，焊接：
焊接方法为手工钨极氩弧焊，焊接位置为5G全位置焊接，所述焊缝包括对接环焊缝、对接环焊缝两侧设置的加强焊道I、加强焊道II；
步骤5，修磨：
采用角磨机将对接环焊缝及加强焊道I、加强焊道II余高修磨至与连续油管母材平齐。
进一步，步骤4中，所用的焊接材料为ER50-6焊丝。
进一步，步骤5中，修磨时修磨方向与管体轴向平行，修磨后采用80目砂布沿管体轴向将修磨处打磨光滑，打磨后目视检查不得有明显的磨痕。
进一步，步骤4所述焊接的具体过程：
步骤4.1，对接环焊缝的焊接：
采用单面焊双面成形及多层多道焊方法进行焊接，控制焊道敷金属层厚度不超过3mm；
步骤4.2，加强焊道I、加强焊道II的焊接：
焊接前采用手持角磨机在距离对接焊缝两侧熔合线2.5mm的位置，沿管体周向修磨出宽度1mm、深度1mm的V型槽，采用与对接环焊缝相同的焊丝在所开的两个V型槽上分别进行加强焊道I、加强焊道II的焊接，并保证焊满。
进一步，加强焊道I、加强焊道II的表面宽度分别控制为5mm，焊接时应确保对接环焊缝熔合线位置被电弧熔化。
上述CT80钢级连续油管对接焊的焊接方法所焊接的焊接接头结构，包括对接环焊缝、对接环焊缝两侧设置的加强焊道I、加强焊道II。
进一步，所述加强焊道I、加强焊道II的表面宽度分别为5mm，加强焊道I的中心线距离对接环焊缝焊趾2.5mm，加强焊道II的中心线距离对接环焊缝焊趾2.5mm，且加强焊道I、加强焊道II的熔合线分别与对接环焊缝两侧的熔合线相重合，且加强焊道I、加强焊道II的熔深均为1mm。
本发明的积极效果：
本发明通过在对接环焊缝两侧设置加强焊道，降低了连续油管焊接接头热影响在低周弯曲疲劳变形过程中应变集中度，从而提高焊接接头疲劳循环寿命，增加了作业安全性。
附图说明
图1为本发明所设计的焊接接头结构示意图；
图2为传统焊接连续油管的疲劳断口的照片；
图3为本发明方法焊接的连续油管的疲劳断口的照片；
图4为本发明所述管端加工单V型坡口的示意图；
图中，1对接环焊缝，2加强焊道I，3加强焊道II，4对接环焊缝焊趾，5疲劳断口，D加强焊道I的宽度，H加强焊道I的中心线与对接环焊缝焊趾之间的距离，L加强焊道I的熔深。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步说明。
以CT80钢级Φ50.8×4.44mm规格连续管对接焊为例。
1、焊接接头设计
如图1焊接接头为管管对接环焊缝，焊缝为全熔透，对接环焊缝两侧焊有加强焊道I、加强焊道II。加强焊道I、加强焊道II的宽度均为5mm，加强焊道I的中心线距离对接环焊缝焊趾约2.5mm，加强焊道II的中心线距离对接环焊缝焊趾约2.5mm，且加强焊道I、加强焊道II的熔合线(即熔合线位置为对接环焊缝焊趾的位置)分别与对接环焊缝两侧的熔合线相重合，且加强焊道I、加强焊道II的熔深均为1mm。
2、焊前准备
2.1管口内外清理：采用直磨机、钢丝刷、砂布清除需要对接的两段连续油管的管口内、外200mm范围内的毛刺、铁锈、油污等杂物，露出金属光泽；
2.2坡口加工：采用坡口机在需要对接的连续油管管端加工单V型坡口，坡口角度约37°，钝边约1mm，见图4；
2.3组对：将需要对接的两段连续油管管口夹持在焊接工装上，通过调节管口位置，使管口组对平直；并保留2.0～2.5mm间隙。所述焊接工装采用专利号：ZL201310098030.6公开的工装结构。
3、焊接
3.1焊接方法为手工TIG焊，焊接位置为5G全位置焊接；
3.2所用焊接材料为φ2mm型号为ER50-6(焊丝执行标准GB/T 8110)低合金钢专用焊丝；
3.3对接焊缝的焊接：焊接电流范围为80A-100A，焊接速度35-45mm/min,保护气流量10L/min，共焊三层，打底焊缝采用单面焊双面成型工艺；
3.4加强焊道的焊接：焊接前采用手持角磨机在对接焊缝两侧距离熔合线约2.5mm的位置，沿管体周向修磨出宽度1mm、深度1mm的V型槽。采用φ1.6mm的ER50-6焊丝，沿V型槽焊接一周，焊接电流70A，焊接速度35-45mm/min,保护气流量10L/min。
4、焊缝余高修磨
采用角磨机将焊缝余高修磨至与管体母材平齐，修磨方向与管体轴向平行，避免产生环向磨痕；修磨后采用80目砂布沿管体纵向将焊缝处打磨光滑，打磨后目视检查不得有明显的磨痕。
5、焊接接头疲劳性能检测
按照API 5C8《连续油管检测与维护标准》采用连续油管疲劳试验用专用弯曲疲劳试验机，对采用本发明所焊的CT80钢级Φ50.8×4.44mm连续油管对接焊接头进行疲劳试验，试验条件为弯曲半径1828.8mm，内压34.47MPa，试验数据如下表1。采用本发明可使连续油管对接焊疲劳寿命为连续油管管体疲劳寿命的65％～75％，相对传统的连续油管对接焊接头(即仅焊接对接环焊缝)，可提高焊接接头疲劳寿命19％。从图2可以看出，传统焊接连续油管的疲劳断口处为对接环焊缝的热影响区。从图3可以看出，本发明方法焊接的连续油管的疲劳断口处不是对接环焊缝的热影响区，而是远离热影响区的连续油管母材区域，说明本发明方法焊接的连续油管，降低了连续油管焊接接头热影响在低周弯曲疲劳变形过程中应变集中度，从而提高焊接接头疲劳循环寿命，增加了作业安全性。
表1焊接接头疲劳试验结果
本发明方法中，TIG(钨极氩弧焊)：是使钨极、熔池及邻近区域在氩气的保护下，利用钨极与工件间产生的电弧进行焊接。(书籍《管道焊接技术》第98页)
5G全位置焊接：管子轴线水平放置，焊缝坡口在垂直面内，焊接时管子不转动。(ASMEⅨ《焊接和钎接工艺，焊工、钎接工、焊接和钎接操作工评定标准》标准第QW-122.3多位置5G)
单面焊双成形：是以单面施焊的方式，在具有单面坡口的焊件上，获得内部无缺陷，正、背面外观成形良好焊缝的一种操作方法。(论文《单面焊双面成形技术在水平固定管对接焊中的应用探讨》)
多层多道：由两条以上焊道完成整条焊缝所进行的焊接；熔敷两个以上焊层完成整条焊缝所进行的焊接(GB/T 3375-94《焊接术语》3.62、3.63条)
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作出的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施仅限于这些说明。对于本发明所属领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以作出若干简单推演或替换，都应该视为属于本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种CT80钢级连续油管对接焊的焊接方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1，管口内外清理：
采用直磨机、钢丝刷、砂布清除需要对接的两段连续油管的管口内、外200mm范围内的杂物，露出金属光泽；
步骤2，坡口加工：
采用坡口机在需要对接的连续油管管端加工单V型坡口，坡口角度为37°，钝边为1mm；
步骤3，组对：
将需要对接的两段连续油管管口夹持在焊接工装上，通过调节管口位置，使管口组对平直，并保留2.0～2.5mm间隙；
步骤4，焊接：
焊接方法为手工钨极氩弧焊，焊接位置为5G全位置焊接，焊缝包括对接环焊缝、对接环焊缝两侧设置的加强焊道I、加强焊道II；
步骤4所述焊接的具体过程：
步骤4.1，对接环焊缝的焊接：
采用单面焊双面成形及多层多道焊方法进行焊接，控制焊道敷金属层厚度不超过3mm；
步骤4.2，加强焊道I、加强焊道II的焊接：
焊接前采用手持角磨机在距离对接焊缝两侧熔合线2.5mm的位置，沿管体周向修磨出宽度1mm、深度1mm的V型槽，采用与对接环焊缝相同的焊丝在所开的两个V型槽上分别进行加强焊道I、加强焊道II的焊接，并保证焊满；加强焊道I、加强焊道II的表面宽度分别控制为5mm，焊接时应确保对接环焊缝熔合线位置被电弧熔化；
步骤5，修磨：
采用角磨机将对接环焊缝及加强焊道I、加强焊道II余高修磨至与连续油管母材平齐。
2.根据权利要求1所述CT80钢级连续油管对接焊的焊接方法，其特征在于：步骤4中，所用的焊接材料为ER50-6焊丝。
3.根据权利要求1所述CT80钢级连续油管对接焊的焊接方法，其特征在于：步骤5中，修磨时修磨方向与管体轴向平行，修磨后采用80目砂布沿管体轴向将修磨处打磨光滑，打磨后目视检查不得有明显的磨痕。
4.权利要求1至3任意之一所述CT80钢级连续油管对接焊的焊接方法所焊接的焊接接头结构，其特征在于：包括对接环焊缝、对接环焊缝两侧设置的加强焊道I、加强焊道II。
5. 根据权利要求4所述焊接接头结构，其特征在于：所述加强焊道I、加强焊道II的表面宽度分别为5mm，加强焊道I的中心线距离对接环焊缝焊趾2.5 mm，加强焊道II的中心线距离对接环焊缝焊趾2.5 mm，且加强焊道I、加强焊道II的熔合线分别与对接环焊缝两侧的熔合线相重合，且加强焊道I、加强焊道II的熔深均为1 mm。
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