J507焊條在N80管線焊接中的應(yīng)用探討

刁美峰 刁美琦 汪慧

【摘要】針對管線在焊接過程中出現(xiàn)的延性斷裂現(xiàn)象，本文以J507焊條在N80管線焊接為例，對其焊接性及焊條的選用原則進(jìn)行了分析，并對焊接缺陷以及管線焊接注意事項(xiàng)進(jìn)行了論述，以期為如何應(yīng)對使用J507焊條焊接時(shí)出現(xiàn)的問題提供理論與實(shí)踐參考。

【關(guān)鍵詞】電焊工藝? J507焊條? N80管線? 焊接應(yīng)用

為壓縮成本、挖潛增效，各單位在一些單井流程的維修換管、水暖盤管、大型貨物架等都使用報(bào)廢的管線做材料。報(bào)廢的管線多為J55和N8O管線，此類管線在使用1422焊條焊接后，均有延性斷裂現(xiàn)象出現(xiàn)，為此在焊接管線時(shí)，都普遍采用J507焊條焊接。以N80管線為例，本文主要結(jié)合自身工作實(shí)際就如何應(yīng)對使用J507焊條焊接時(shí)出現(xiàn)的問題和注意事項(xiàng)作一簡要探討。

一、原理分析

（一）N8O管線焊接性分析

目前經(jīng)常在采油廠生產(chǎn)中使用的管線J55、N80級占80%左右，尤其是N80級油井管用量最大，約占50%。N80管線是屬于非調(diào)質(zhì)鋼的一種無縫鋼管，非調(diào)質(zhì)鋼是在中碳錳鋼的基礎(chǔ)上加入釩、鈮、氮等微合金化元素，利用控溫軋制過程中的高溫形變及隨后的冷卻，控制微合金化合物的析出，來產(chǎn)生晶粒細(xì)化作用，從而使鋼強(qiáng)化。這類鋼在軋制狀態(tài)下的力學(xué)性能可接近或達(dá)到一般調(diào)質(zhì)狀態(tài)鋼的力學(xué)性能水平。

從化學(xué)成分表里可以得到，N80管線含碳量為0.34～038%屬于中碳鋼（C<0.25%為低碳鋼，C=0.25%-0.60%為中碳鋼，C>0.60%為高碳鋼），碳對焊接性及焊縫金屬組織性能的影響主要表現(xiàn)在提高強(qiáng)度和硬度，但會(huì)使其焊縫金屬的塑性、韌性下降，并隨著含碳量的逐漸增加，其焊接性也越來越差

合金元素的增加，降低了焊接性，特別是增大了熱裂傾向。而當(dāng)碳C含量增加后，Mn也會(huì)降低鋼材的焊接性。中碳鋼焊接，由于鋼材含碳量較高，焊接裂紋傾向增大，可選用低氫型焊條或焊縫金屬具有較高塑性、韌性的焊條，而且大多數(shù)情況需要預(yù)熱和緩冷處理。因此管線對焊接的要求比較高，應(yīng)選用雜質(zhì)含量較低且具有一定脫硫能力的堿性低氫型焊條。

（二）焊條的選用原則

焊條的選用須在確保結(jié)構(gòu)安全、可靠使用的前提下，根據(jù)被焊材料的化學(xué)成分、力學(xué)性能、焊接結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、板厚、受力狀態(tài)等等有針對性的選用焊條。當(dāng)母材中碳、硫、磷等元素含量偏高時(shí)，焊縫中容易產(chǎn)生裂紋，應(yīng)選用抗裂性能好的堿性低氫型焊條。

通過以上綜合分析，N80管線選用J507焊條焊接，能保證焊縫金屬的化學(xué)成分的均勻度、強(qiáng)度、塑性和沖擊韌性等力學(xué)性能與母材相匹配。

二、焊接缺陷分析

隨著鋼材強(qiáng)度和厚度的增加，熱影響區(qū)脆化傾向增大熔合區(qū)的化學(xué)及物理不均勻性也更加嚴(yán)重。這不僅會(huì)影響接頭的使用性能，還會(huì)導(dǎo)致生成嚴(yán)重的焊接缺陷。因此，對產(chǎn)品來說焊接質(zhì)量往往取決于焊接接頭熔合區(qū)的性能。

熔合區(qū)的化學(xué)不均勻性：造成化學(xué)不均勻性主要原因是焊縫與母材在化學(xué)成分上的差異。鋼中的合金元素和某些雜質(zhì)在液相中的溶解度不同，造成不平衡凝固過程，進(jìn)而造成裂紋的產(chǎn)生。使用低氫型J507焊條焊接管線能保證焊接接頭化學(xué)成分的等強(qiáng)度及均勻分布，最大限度地避免焊接裂紋的產(chǎn)生。

三、管線焊接注意事項(xiàng)

（一）焊前清理

用角向磨光機(jī)、銼刀、鋼絲刷等工具將焊口表面及其附近20mm范圍內(nèi)的氧化皮、鐵銹、油污的雜物清理干凈。2焊接材料及焊接電源選用J507（E5015）焊條，焊條直徑∮3.2mm，焊前須經(jīng)350-400℃烘干1-2小時(shí)，然后放入焊條保溫筒中備用。焊接電源應(yīng)選用直流焊機(jī)。

（二）焊口組對

管子采用ⅴ形坡口，坡口加工現(xiàn)場可采用氧一乙炔焰進(jìn)行切割。組對后，檢查定位焊縫是否存在裂紋等缺陷，確認(rèn)無缺陷后，將定位焊縫兩端打磨成緩坡狀。

（三）焊前預(yù)熱

N80管線的預(yù)熱溫度為100℃-200℃C。當(dāng)環(huán)境溫度低于5℃以上時(shí)預(yù)熱寬度為破空兩側(cè)各50mm，當(dāng)環(huán)境溫度低于5℃以下時(shí)，預(yù)熱寬度增加，并控制層間溫度（一般不能低于預(yù)熱溫度），以降低焊縫金屬和熱影響區(qū)的冷卻速度，抑制馬氏體的形成，提高焊接接頭的塑性，減少殘余應(yīng)力。

（四）焊接工藝參數(shù)

所用焊接工藝參數(shù)如對口間隙、鈍邊、焊接電流等，尤其是焊接電流，不能過大或過小。過大時(shí)，易產(chǎn)生焊瘤、氣孔和咬邊等缺陷;過小時(shí)，容易產(chǎn)生夾渣、未焊透及未溶合等缺陷。電源的極性采用反接法，其特點(diǎn)是飛濺少，成形美觀，不易產(chǎn)生氣孔。

四、焊接質(zhì)量驗(yàn)收

在管道焊接工程進(jìn)行的整個(gè)過程中，所有的工作人員都應(yīng)該將管道材料的質(zhì)量、焊接過程的準(zhǔn)確性、和焊接結(jié)果的驗(yàn)收作為質(zhì)量的關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行關(guān)注.其中管線材料的質(zhì)量是最大前提，只有保證所采購的管道材料是優(yōu)質(zhì)無殘缺的才能保證整個(gè)工程系統(tǒng)順利運(yùn)行，質(zhì)量是一切行動(dòng)先決條件。而整個(gè)焊接的過程以及焊接結(jié)束后的驗(yàn)收工作則是整個(gè)工程順利進(jìn)行的必要措施.因?yàn)楣艿赖暮附邮且粋€(gè)龐大、系統(tǒng)的工程，所以在進(jìn)行工藝制定時(shí)一定要非常的嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)微，不能有任何安全隱患以及質(zhì)量漏洞。也正是因?yàn)楣艿篮附酉到y(tǒng)相當(dāng)?shù)凝嫶笏再|(zhì)量驗(yàn)收工作只能做抽檢驗(yàn)證，抽檢就不能保證所有關(guān)鍵點(diǎn)都抽檢到位，所以工作人員還應(yīng)該將工作重點(diǎn)放在管道本身的質(zhì)量保證以及焊接過程的質(zhì)量監(jiān)督上。

五、結(jié)束語

J55和N8O管線在使用1422焊條焊接后，均有延性斷裂現(xiàn)象出現(xiàn)，特別是N80管線屬于非調(diào)質(zhì)鋼的一種無縫鋼管，非調(diào)質(zhì)鋼是在中碳錳鋼的基礎(chǔ)上加入釩、鈮、氮等微合金化元素，利用控溫軋制過程中的高溫形變及隨后的冷卻，控制微合金化合物的析出，來產(chǎn)生晶粒細(xì)化作用，從而使鋼強(qiáng)化。合金元素的增加，降低了焊接性，增大了熱裂傾向，因此管線對焊接的要求比較高，應(yīng)選用雜質(zhì)含量較低且具有一定脫硫能力的堿性低氫型焊條。在對該類管線進(jìn)行焊接時(shí)，應(yīng)做好焊前清理、焊口組對、預(yù)熱等工序，并確?？茖W(xué)的焊接工藝參數(shù)。

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