摘要：介紹了螺旋埋弧焊管預(yù)精焊生產(chǎn)工藝，對預(yù)精焊工藝生產(chǎn)X70鋼級準(zhǔn)1 016 mm×17.5 mm螺旋埋弧焊管焊接接頭拉伸試驗、夏比沖擊試驗、維氏硬度試驗等試驗結(jié)果進行了統(tǒng)計分析，并與傳統(tǒng)的一步法工藝進行了對比。結(jié)果表明，預(yù)精焊生產(chǎn)工藝焊接接頭抗拉強度與一步法工藝基本相當(dāng)，夏比沖擊韌性、維氏硬度等性能略優(yōu)于一步法工藝，綜合力學(xué)性能良好，滿足《西氣東輸二線管道工程用X70螺旋縫埋弧焊管技術(shù)條件》要求。
0 前言
??? 螺旋焊管預(yù)精焊制造工藝（俗稱二步法）是指螺旋焊管的成型過程和內(nèi)外埋弧焊接過程分先后進行的制管工藝方法［1］。由于成型和焊接分開進行，從而消除了成型控制對焊接的不利影響，尤其是減少了調(diào)型時對內(nèi)焊縫產(chǎn)生應(yīng)力的影響，從而減少了焊接缺陷，使焊接質(zhì)量大大提高。2008年以來，螺旋焊管預(yù)精焊工藝在世界范圍的應(yīng)用迅速擴大，印度、中國和美國都在大力發(fā)展螺旋焊管預(yù)精焊技術(shù)，此前全世界僅有4～5家企業(yè)應(yīng)用該技術(shù)，美國僅在2009年就投產(chǎn)4條螺旋焊管預(yù)精焊機組［2］。預(yù)精焊工藝正逐漸取代一步法工藝成為螺旋焊管制造的主流工藝。
??? 本研究主要對預(yù)精焊工藝生產(chǎn)的X70鋼級準(zhǔn)1 016 mm×17.5 mm螺旋埋弧焊管焊接接頭的強度、韌性、硬度等性能進行統(tǒng)計分析。
1生產(chǎn)工藝
1.1工藝特點
1.1.1一步法工藝
螺旋埋弧焊管一步法生產(chǎn)工藝內(nèi)外焊焊接如圖1所示。
??? 一步法工藝生產(chǎn)時，鋼管成型和內(nèi)外焊同步進行。鋼帶進入成型器后發(fā)生塑性變形，兩側(cè)邊緣在O點“合縫”，到達A點時首先進行內(nèi)焊，然后旋轉(zhuǎn)大約1.5倍螺距到達B點時再進行外焊。內(nèi)外焊均采用單絲或雙絲埋弧焊。
1.1.2預(yù)精焊工藝
??? 螺旋埋弧焊管預(yù)精焊生產(chǎn)工藝內(nèi)外焊焊接如圖2所示。預(yù)精焊生產(chǎn)時，成型和內(nèi)外焊接分開進行。鋼帶成型后首先在一步法工藝的內(nèi)焊位置（A點）進行預(yù)焊，按照鋼管定尺要求切割成規(guī)定長度的管坯，然后進入精焊臺架。精焊時首先在C點至A點（見圖2）之間進行內(nèi)焊，然后旋轉(zhuǎn)大約0.5倍螺距到達B點時再進行外焊。預(yù)焊采用熔化極氣體保護焊，熔深較小，一般不超過5 mm；內(nèi)外焊均采用雙絲或三絲埋弧焊，預(yù)焊焊縫金屬完全熔化進入內(nèi)外焊縫金屬內(nèi)。
1.2工藝參數(shù)
1.2.1一步法工藝
??? 采用一步法工藝生產(chǎn)X70鋼級準(zhǔn)1016mm×17.5 mm螺旋埋弧焊管時，焊接坡口形式為X形，其中：內(nèi)焊坡口角度60°～70°，坡口深4～5mm；外焊坡口角度70°～80°，坡口深4～5mm。內(nèi)外焊均采用雙絲埋弧焊，內(nèi)焊線能量為21.33～24.89kJ/cm，外焊線能量為23.51～26.66kJ/cm。
1.2.2預(yù)精焊工藝
??? 采用預(yù)精焊工藝生產(chǎn)X70鋼級準(zhǔn)1016mm×17.5 mm螺旋埋弧焊管時，焊接坡口形式為X形，其中：內(nèi)焊坡口角度70～80°，坡口深5～7mm；外焊坡口角度70～80°，坡口深4～5mm。預(yù)焊采用熔化極氣體保護焊，內(nèi)焊采用三絲埋弧焊，外焊采用雙絲埋弧焊；預(yù)焊線能量為2.1～3.9 kJ/cm，內(nèi)焊線能量為26.27～29.68 kJ/cm，外焊線能量為20.06～22.92 kJ/cm。
2試驗結(jié)果
2.1管體性能
X70鋼級準(zhǔn)1 016 mm×17.5 mm螺旋埋弧焊管管體性能見表1和表2。
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2.2一步法工藝焊接接頭性能
一步法工藝生產(chǎn)的X70鋼級準(zhǔn)1 016 mm×17.5 mm螺旋埋弧焊管焊接接頭性能見表3和表4。
2.3 二步法工藝焊接接頭
性能采用二步法工藝生產(chǎn)的X70鋼級準(zhǔn)1016mm×17.5 mm螺旋焊管焊接接頭性能見表5和表6；焊接接頭抗拉強度分布見圖3，焊縫夏比沖擊功分布見圖4，熱影響區(qū)（HAZ）夏比沖擊功分布見圖5。
3分析與討論
3.1強度
?? 從圖3可以看出，預(yù)精焊工藝生產(chǎn)的X70焊管焊接接頭抗拉強度基本符合正態(tài)分布，685～725MPa區(qū)間所占比例最大，平均值達到702 MPa，與一步法工藝生產(chǎn)的X70焊管焊接接頭抗拉強度（平均值698 MPa）基本相當(dāng)，高于管體實際強度約56MPa，遠遠滿足了技術(shù)條件要求。
???? 從圖4、圖5可以看出，預(yù)精焊工藝生產(chǎn)的X70焊管焊接接頭焊縫及熱影響區(qū)-10℃夏比沖擊功基本符合正態(tài)分布，焊縫夏比沖擊功平均值達到了159 J，熱影響區(qū)夏比沖擊功平均值達到了211 J；管體母材夏比沖擊功最高，熱影響區(qū)次之，焊縫最低。
???? 從表3、表5可以看出，預(yù)精焊工藝生產(chǎn)的X70焊管焊接接頭具有良好的低溫韌性，焊縫及熱影響區(qū)夏比沖擊功均略高于一步法工藝，焊縫高出約10 J，熱影響區(qū)高出約7 J。在現(xiàn)有焊接熱輸入下，熱影響區(qū)夏比沖擊功低于母材約144 J。
??? 由于預(yù)精焊工藝生產(chǎn)時成型和焊接分開進行，焊接條件明顯優(yōu)于一步法工藝，焊縫內(nèi)部夾雜物、偏析、微裂紋等內(nèi)部缺陷減少，因此內(nèi)焊縫沖擊功具有一定提高。外焊與一步法工藝參數(shù)差異較小，沖擊功相差不大。綜合作用之下，預(yù)精焊工藝焊管的焊縫沖擊功略高于一步法工藝。
??? 預(yù)精焊工藝精焊時，內(nèi)焊熱輸入明顯高于一步法工藝，導(dǎo)致內(nèi)焊熱影響區(qū)韌性降低。但由于內(nèi)外焊之間距離相對較近，內(nèi)焊對外焊的預(yù)熱作用加強，使得外焊規(guī)范降低，熱輸入低于一步法工藝，因此外焊熱影響區(qū)韌性升高。由于技術(shù)條件規(guī)定，沖擊試樣距離鋼管外表面的距離應(yīng)不超過2 mm［3］，所以加工出來的沖擊試樣更多地反映外焊熱影響區(qū)性能。綜合作用之下，預(yù)精焊工藝焊管的焊縫熱影響區(qū)沖擊功略高于一步法工藝。
3.3硬度
圖6為預(yù)精焊與一步法工藝生產(chǎn)焊管的焊接接頭維氏硬度。從表2、表4、表6及圖6可以看出，預(yù)精焊生產(chǎn)X70焊管的焊接接頭整體硬度相對較低，平均值為234HV10，最大值為262HV10，其余位置均低于240HV10。預(yù)精焊工藝焊管的焊縫及熱影響區(qū)硬度整體低于一步法工藝，差值約為1～5HV10。熱影響區(qū)硬度與母材相比具有一定的降低，即有一定的“軟化”，差值約為22～25HV10，“軟化”程度略大于一步法工藝。
??? 預(yù)精焊工藝精焊時內(nèi)焊使用三絲焊，與雙絲焊的一步法工藝相比熱輸入大、熔池大、冷卻速度慢、高溫停留時間長，所以內(nèi)焊縫及影響區(qū)硬度略低，熱影響區(qū)略顯“軟化”。外焊與一步法工藝相同均使用雙絲焊，但由于距離內(nèi)焊較近，內(nèi)焊對外焊的預(yù)熱作用加強，使得冷卻速度降低、高溫停留時間延長，所以外焊縫及熱影響區(qū)硬度也略低，熱影響區(qū)也略顯“軟化”。
4 結(jié)語
?? 統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，預(yù)精焊工藝生產(chǎn)X70鋼級準(zhǔn)1 016 mm×17.5 mm螺旋埋弧焊管各項性能指標(biāo)均滿足了技術(shù)條件要求，由于內(nèi)外焊與成型分開進行，內(nèi)焊焊接環(huán)境明顯改善，焊接接頭抗拉強度與一步法工藝基本相當(dāng)，夏比沖擊韌性、維氏硬度等性能略優(yōu)于一步法工藝，具有良好的綜合力學(xué)性能。