一种X80钢级OD1422mm大壁厚直缝焊管制造方法与流程

技术领域：

本发明属于钢管制造领域，具体涉及一种x80钢级od1422mm大壁厚直缝焊管制造方法。

背景技术：
：

在油气输送管道设计中，管道强度设计系数的选择直接影响到管道输送的安全性和经济效益，在穿跨越人口较少的一、二级地区公路、高速公路、铁路和人员密集、交通频繁、地下设施众多的三、四级地区时都需要采用更高要求的强度设计系数，这就对大口径、更大壁厚的埋弧焊管提出了新的需求。

目前，国内对x80钢级od1422mm直缝焊管进行了前期研究，干线工程中最大壁厚做到了30.8mm，小批量试制的直缝焊管最大壁厚已到32.1mm，相应的制造方法也进行了专利申请，主要集中在21.4mm-33.8mm壁厚的x80钢级od1422mm直缝焊管的制造方法上，对于更大壁厚(接近40mm或大于40mm)直缝焊管的制造涉及极少。

壁厚接近40mm或大于40mm的x80钢级od1422mm直缝焊管在制造过程中需解决以下几个问题：(1)如何在保证大壁厚焊管性能的基础上实现高速、高强韧性埋弧焊接，避免焊接接头的软化和脆化；(2)如何保证大壁厚焊管管体和管端几何尺寸精度，为现场环焊做好准备。

技术实现要素：
：

本发明的目的在于提供一种x80钢级od1422mm大壁厚直缝焊管制造方法，采用此方法制造的大壁厚焊管具有良好的综合力学性能和优异的几何尺寸精度，能够确保管道在强度设计系数要求高的地区的安全性。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种x80钢级od1422mm大壁厚直缝焊管制造方法，包括：钢板超声波检验、铣边、预弯、jco成型、预焊、内焊、外焊、焊缝x射线检测、机械扩径、管端椭圆度测量、静水压试验、焊缝超声波检测、管端x射线检测、倒棱、管端磁粉检测、外观质量检查，壁厚大于38.5mm，内焊和外焊均采用内焊五丝外焊五丝的埋弧自动焊工艺，1#焊丝采用直流反接，2#、3#、4#、5#焊丝为交流；1#焊丝采用h06h1焊丝，2#和3#焊丝采用mn-ni-mo-ti-b合金系焊丝，4#和5#焊丝采用h08c焊丝，焊剂采用碱度1.8的x80氟碱型烧结焊剂+天鹅焊剂的混合焊剂，混合比例为1:1。

进一步，钢板的冷裂敏感系数ce(pcm)≤0.19，钢板不平度小于10mm/2000mm，板头和板尾不允许下挠，上翘小于40mm。

进一步，机械扩径时采用模块化分段控制，对管端和管体采用不同扩径率，管体扩径时每一分段扩径长度约2.5～3.0m，并保证前后两次分段扩径重叠量>0.5m。

进一步，jco成型时，将对中块设计成中空结构，在对中块上增加聚氨酯材料。

进一步，采用jco成型时的压制工艺：压制道次为27道次，步长小于148mm，并采用专用内外靠模检查钢管成型曲率，内圆曲率小于674mm。

进一步，采用管端椭圆度激光自动检测装置进行直缝焊管管端椭圆度测量。

本发明的有益效果在于：

1、采用冷裂敏感系数ce(pcm)较低的钢板可以显著的改善可焊性，同时也有益于现场的环焊焊接，要求钢板不平度小于10mm/2000mm，板头和板尾不允许下挠，上翘小于40mm，则从板形上对几何尺寸严格要求，减少后期制管过程中出现噘嘴和错边等缺陷的概率。

2、优化设计的对中块有效解决了成型时压制位置定位不准确的难题，对中块设计成中空结构，采用聚氨酯材料制成，弹性好且不易发生塑性变形，回弹后能够保持对中线的位置，方便操作人员观察，在成型过程减少对中误差。

3、优化jco成型压制工艺，减少了步长，并采用专用内外靠模用于管形的监测，确保成型后管体各位置变形一致、均匀。采用此成型工艺可以保证x80钢级od1422mm大壁厚直缝焊管的成型质量，使焊管在jco成型过程中管体和管端变形均匀，得到最佳形状，有效避免了因不均匀变形导致的焊管性能及几何尺寸精度下降的情况。

4、采用的内外五丝焊接工艺是针对x80钢级od1422mm、壁厚大于38.5mm直缝焊管制造开发的。在焊接参数的制定过程中，对焊接时的电流、电压，焊丝干伸长及角度，还有各丝之间的间距都经过精心设计，避免出现熔深不足、未熔透等焊接缺陷，获得良好的焊缝形貌，使焊缝与母材能够平滑的过渡。

5、精焊时采用的1#-5#焊丝及混合焊剂的焊材匹配方案，是针对x80钢级od1422mm、壁厚大于38.5mm直缝焊管制造开发的。采用此焊材匹配方案可以在大线能量焊接时使焊缝获得细小均匀的粒状贝氏体组织，有效避免焊接接头出现软化和脆化，是保证x80钢级od1422mm、壁厚大于38.5mm直缝焊管焊接接头具有优异力学性能的关键。

6、机械扩径时采用模块化分段控制，对管端和管体采用不同扩径率的“2+1”扩径工艺，此扩径工艺是保证x80钢级od1422mm大壁厚直缝焊管管体和管端几何尺寸精度优异的关键。采用此扩径工艺能够实现管端和管体几何尺寸的差异控制，保证整管的扩径效果和质量，改善焊管几何尺寸精度，提高焊管平直度。

7、机械扩径后采用管端椭圆度激光自动检测装置测量每一个直缝焊管管端椭圆度，避免人工测量的误差，提高了检测效率，确保每一根合格焊管管端椭圆度的准确。

8、采用本发明后的x80钢级od1422mm大壁厚直缝焊管焊接接头抗拉强度平均值≥676mpa，-10℃时，焊缝冲击功平均值≥200j，热影响区冲击功平均值≥356j；管端周长范围控制在4463-4469mm之间，两端周长差小于3mm；管体周长范围控制在4460～4477mm之间；管端椭圆度小于6mm，管体椭圆度小于12mm，均高于标准要求，能够满足穿跨越段和人口密集等管道强度设计系数要求高地区用管性能要求及现场环焊要求。

附图说明：

图1是钢板对中线示意图。

图2是对中块示意图。

附图标记说明：1-对中线、2-上表面对中线、3-正面对中位置、4-聚氨酯。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明做进一步详细说明：

实施例1：x80钢级od1422×38.5mm直缝焊管制造

(1)原料，采用壁厚为38.5mm的x80钢级热轧钢板，其冷裂敏感系数需ce(pcm)≤0.19，钢板不平度小于10mm/2000mm，板头和板尾不允许下挠，上翘小于40mm。

(2)钢板超声波检验，对钢板进行100％的超声波检测。

(3)铣边，坡口尺寸为上坡口角度为60°，下坡口角度为60°，钝边13mm，下坡口深度14.5mm。

(4)预弯，利用预弯机进行板边预弯，使板边曲率符合要求。

(5)jco成型，在jco成型时采用如图1和图2所示的成型对中块，对中块为中空结构，中间增加了图2中聚氨酯材料4，放置在图1中对中线1位置处，钢板由j型压制成c型和o型过程中，在每一次压制后利用对中块将焊管推送到成型机正中位置，利用图2中上表面对中线2及正面对中位置3进行多角度对中，确定压制成型时焊管始终处于成型机的正中。

在jco成型机上首先将预弯后的钢板的一侧进行13次压制，成“j”型，再将另一半钢板按同样的方法和道次进行压制，成“c”型，最后在钢板的中间进行一次压制，共压制27道次，成开口的“o”型，步长设为147.8mm，使用内外靠模用于管形监测，内圆曲率为673.2mm，确保成型后开口缝间隙控制在130～220mm之间，两端差值≤40mm。

(6)预焊，将呈“o”型的钢管送入预焊机，调整预焊机压辊位置，采用混合气体保护焊接方式进行焊接，形成连续、质量可靠的预焊焊缝。

(7)内焊，采用五丝埋弧自动焊在钢管内侧坡口进行焊接，1#丝采用直流反接，2#、3#、4#、5#丝为交流。焊接工艺参数为：1#丝电流i＝1200a，电压u＝32v；2#丝电流i＝1000a，电压u＝36v；3#丝电流i＝800a，电压u＝38v，4#丝电流i＝700a，电压u＝39v，5#丝电流i＝600a，电压u＝40v，焊丝间距为18、19、19、19mm，干伸长26、26、26、26、26mm，焊接速度v＝1.1m/min。其中1#焊丝采用h06h1焊丝，2#和3#焊丝采用mn-ni-mo-ti-b合金系焊丝，4#和5#焊丝采用h08c焊丝，焊剂采用碱度为1.8的x80氟碱型烧结焊剂+天鹅焊剂的混合焊剂，混合比例为1:1。

(8)外焊，采用五丝埋弧自动焊在钢管外侧坡口进行焊接，1#丝采用直流反接，2#、3#、4#、5#丝为交流。焊接工艺参数为：1#丝电流i＝1230a，电压u＝32v；2#丝电流i＝1000a，电压u＝34v；3#丝电流i＝850a，电压u＝37v，4#丝电流i＝750a，电压u＝39v，5#丝电流i＝600a，电压u＝40v，焊丝间距为18、20、20、20mm，干伸长30、30、30、30、30mm，焊接速度v＝1.2m/min。其中1#焊丝采用h06h1焊丝，2#和3#焊丝采用mn-ni-mo-ti-b合金系焊丝，4#和5#焊丝采用h08c焊丝，焊剂采用碱度为1.8的x80氟碱型烧结焊剂+天鹅焊剂的混合焊剂，混合比例为1:1。

(9)焊缝x射线检测，对焊接后的焊管内外焊缝进行100％x射线检测。

(10)机械扩径，扩径时采用模块化分段控制，焊管两端采用0.7％的扩径率，管体采用0.6％的扩径率，管体扩径时每一分段扩径长度约2.5～3.0m，并保证前后两次分段扩径重叠量>0.5m。

(11)管端椭圆度测量，机械扩径后采用管端椭圆度激光自动检测装置测量每一个直缝焊管管端椭圆度，避免人工测量的误差，提高了检测效率。

(12)静水压试验，对焊管进行95％的静水压试验，试验压力28.6mpa，保压时间大于15s。

(13)焊缝超声波检测，对焊接后的焊管焊缝及两侧热影响区进行100％检查。

(14)管端x射线检测，对经机械扩径、静水压试验之后的焊管管端拍片检查，防止因机械扩径、静水压试验可能产生的缺陷。

(15)倒棱，进行管端坡口加工，坡口角度22°～25°，钝边0.8～2.4mm。

(16)管端磁粉检测，对焊管管端进行磁粉检测，进一步排除可能产生的缺陷。

对焊管性能检测，焊管拉伸性能试验结果如表1所示，焊管夏比冲击试验结果如表2所示，管体和管端周长检测结果如表3所示，管体和管端椭圆度检测结果如表4所示。

表1焊管拉伸性能试验结果

表2焊管夏比冲击试验结果

表3管体和管端周长检测结果

表4管体和管端椭圆度检测结果

实施例2：x80钢级od1422×42.6mm直缝焊管制造

(1)原料，采用壁厚为42.6mm的x80钢级热轧钢板，其冷裂敏感系数需ce(pcm)≤0.19，钢板不平度小于10mm/2000mm，板头和板尾不允许下挠，上翘小于40mm。

(2)钢板超声波检验，对钢板进行100％的超声波检测。

(3)铣边，坡口尺寸为上坡口角度为60°，下坡口角度为60°，钝边15mm，下坡口深度16.6mm。

(4)预弯，利用预弯机进行板边预弯，使板边曲率符合要求。

(5)jco成型，在jco成型时采用如图1和图2所示的成型对中块，对中块为中空结构，中间增加了图2中聚氨酯材料4，放置在图1中对中线1位置处，钢板由j型压制成c型和o型过程中，在每一次压制后利用对中块将焊管推送到成型机正中位置，利用图2中上表面对中线2及正面对中位置3进行多角度对中，确定压制成型时焊管始终处于成型机的正中。

在jco成型机上首先将预弯后的钢板的一侧进行13次压制，成“j”型，再将另一半钢板按同样的方法和道次进行压制，成“c”型，最后在钢板的中间进行一次压制，共压制27道次，成开口的“o”型，步长设为146.9mm，使用内外靠模用于管形监测，内圆曲率为672.4mm，确保成型后开口缝间隙控制在130～220mm之间，两端差值≤40mm。

(6)预焊，将呈“o”型的钢管送入预焊机，调整预焊机压辊位置，采用混合气体保护焊接方式进行焊接，形成连续、质量可靠的预焊焊缝。

(7)内焊，采用五丝埋弧自动焊在钢管内侧坡口进行焊接，1#丝采用直流反接，2#、3#、4#、5#丝为交流。焊接工艺参数为：1#丝电流i＝1250a，电压u＝32v；2#丝电流i＝1050a，电压u＝36v；3#丝电流i＝850a，电压u＝38v，4#丝电流i＝750a，电压u＝39v，5#丝电流i＝650a，电压u＝40v，焊丝间距为18、19、19、19mm，干伸长27、27、27、27、27mm，焊接速度v＝1.1m/min。其中1#焊丝采用h06h1焊丝，2#和3#焊丝采用mn-ni-mo-ti-b合金系焊丝，4#和5#焊丝采用h08c焊丝，焊剂采用碱度为1.8的x80氟碱型烧结焊剂+天鹅焊剂的混合焊剂，混合比例为1:1。

(8)外焊，采用五丝埋弧自动焊在钢管外侧坡口进行焊接，1#丝采用直流反接，2#、3#、4#、5#丝为交流。焊接工艺参数为：1#丝电流i＝1300a，电压u＝33v；2#丝电流i＝1100a，电压u＝34v；3#丝电流i＝900a，电压u＝38v，4#丝电流i＝800a，电压u＝39v，5#丝电流i＝650a，电压u＝40v，焊丝间距为19、20、20、20mm，干伸长30、30、30、30、30mm，焊接速度v＝1.2m/min。其中1#焊丝采用h06h1焊丝，2#和3#焊丝采用mn-ni-mo-ti-b合金系焊丝，4#和5#焊丝采用h08c焊丝，焊剂采用碱度为1.8的x80氟碱型烧结焊剂+天鹅焊剂的混合焊剂，混合比例为1:1。

(9)焊缝x射线检测，对焊接后的焊管内外焊缝进行100％x射线检测。

(10)机械扩径，扩径时采用模块化分段控制，焊管两端采用0.8％的扩径率，管体采用0.7％的扩径率，管体扩径时每一分段扩径长度约2.5～3.0m，并保证前后两次分段扩径重叠量>0.5m。

(11)管端椭圆度测量，机械扩径后采用管端椭圆度激光自动检测装置测量每一个直缝焊管管端椭圆度，避免人工测量的误差，提高了检测效率。

(12)静水压试验，对焊管进行95％的静水压试验，试验压力31.6mpa，保压时间大于15s。

(13)焊缝超声波检测，对焊接后的焊管焊缝及两侧热影响区进行100％检查。

(14)管端x射线检测，对经机械扩径、静水压试验之后的焊管管端拍片检查，防止因机械扩径、静水压试验可能产生的缺陷。

(15)倒棱，进行管端坡口加工，坡口角度22°～25°，钝边0.8～2.4mm。

(16)管端磁粉检测，对焊管管端进行磁粉检测，进一步排除可能产生的缺陷。

对焊管性能检测，焊管拉伸性能试验结果如表5所示，焊管夏比冲击试验结果如表6所示，管体和管端周长检测结果如表7所示，管体和管端椭圆度检测结果如表8所示。

表5焊管拉伸性能试验结果

表6焊管夏比冲击试验结果

表7管体和管端周长检测结果

表8管体和管端椭圆度检测结果

综合以上实施实例，采用本发明后的x80钢级od1422mm大壁厚直缝焊管焊接接头抗拉强度平均值≥676mpa，-10℃时，焊缝冲击功平均值≥200j，热影响区冲击功平均值≥356j；管端周长范围控制在4463-4469mm之间，两端周长差小于3mm；管体周长范围控制在4460-4477mm之间；管端椭圆度小于6mm，管体椭圆度小于12mm，均高于标准要求，能够满足穿跨越段和人口密集等管道强度设计系数要求高地区用管性能要求及现场环焊要求。