■ 楊曉飛，蘇衍福，沈朝輝，劉博，史學(xué)材

目前國際海管鋪設(shè)作業(yè)主要采用全自動(dòng)（GMAW）及半自動(dòng)兩種焊接工藝，對(duì)于一些短距離、雙層管的外管一般采用半自動(dòng)焊接工藝進(jìn)行焊接，半自動(dòng)自保護(hù)工藝（FCAW—S）以良好的焊接效率，抗風(fēng)性能及良好的操作性能在海底管道鋪設(shè)得到了廣泛的應(yīng)用。

隨著我公司業(yè)務(wù)向著深海逐步發(fā)展，海底管線的技術(shù)要求也越來越嚴(yán)苛，這對(duì)焊接材料的性能提出了更高的要求。而我們通常使用的自保護(hù)藥芯焊絲由于受自身制作工藝所制約，很難達(dá)到比X65更高的力學(xué)性能及抗腐蝕性能。而半自動(dòng)氣體保護(hù)焊工藝具備更好的焊接質(zhì)量和更高的效率，已經(jīng)成為今后發(fā)展的趨勢(shì)。

在此主要介紹STT氣體保護(hù)半自動(dòng)根焊，半自動(dòng)氣體保護(hù)（FCAW—G）填充蓋面的工藝特點(diǎn)以及在X65管線鋼中的焊接應(yīng)用。

1. 試驗(yàn)準(zhǔn)備

（1）試驗(yàn)用管材和焊材 采用根據(jù)API SPC 5L標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)的X65鋼管，其主要化學(xué)成分如表1所示。

根焊采用φ1.2mmTM—60實(shí)芯焊絲，符合AW S A5.28 ER80S—G；填充焊和蓋面焊采用φ1.2mm DWA55LSR ，符合AWS A5.29 E81T1—Ni1M；兩種焊絲化學(xué)成分如表2所示。

（2）焊接電源 根焊采用美國林肯公司生產(chǎn)的STT—10；填充蓋面選用唐山松下生產(chǎn)的YD—350GM焊機(jī)。

（3）試件準(zhǔn)備 試件規(guī)格為φ355mm×14.3mm，試件坡口、組對(duì)尺寸及焊道設(shè)計(jì)如附圖所示。

2. 焊接試驗(yàn)

（1）工藝特點(diǎn) STT工藝具有以下特點(diǎn)：①精確的熱輸入控制以減小變形和燒穿，適用于打底工藝。②極大減少飛濺。

焊接坡口形式設(shè)計(jì)

表1 X65鋼管化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)） （%）

表2 焊材化學(xué)成分

F C AW—G工藝的特點(diǎn)如下：①焊接效率高。與FCAW—S工藝焊接速度相當(dāng)，CO2電弧的穿透力強(qiáng)、熔深大，單位時(shí)間內(nèi)熔化焊絲的速度比焊條電弧焊快一倍。②引弧性能好。能量集中，引弧容易，連續(xù)送絲電弧不中斷。③熔敷率高。焊接金屬的熔敷率可達(dá)到90%以上，而FCAW—S工藝僅僅能達(dá)到80%，手工焊僅為55%左右。④使用范圍廣。在焊接操作方面，可適用于全位置焊接；在焊材強(qiáng)度方面，相比FCAW—S工藝焊絲強(qiáng)度僅能等強(qiáng)度匹配X65級(jí)別的海管，F(xiàn)CAW—G工藝可適用于高強(qiáng)度匹配X65級(jí)別海管甚至X70等更高級(jí)別海管的焊接。⑤焊接質(zhì)量好。相比FCAW—S工藝，能更好的控制焊縫擴(kuò)散氫含量，抗裂性能好，受熱變形小。⑥焊接成本低。CO2氣體來源廣、價(jià)格低，因而焊接成本只有埋弧焊和焊條電弧焊的40%～50% 。⑦難點(diǎn)及缺點(diǎn)。相比FCAW—S工藝，金屬飛濺是較為突出的問題，目前不論從焊接電源、材料及工藝上采用何種措施，也只能使其飛濺減少，并不能完全消除；抗風(fēng)性能較差。

（2）工藝參數(shù) 由于STT焊接具有精確的熱輸入控制以及良好的背部及表面成形，所以根焊采用STT氣體保護(hù)半自動(dòng)焊，熱焊、填充、蓋面層均采用氣體保護(hù)半自動(dòng)焊接。焊接參數(shù)分別如表3和表4所示。

（3）試驗(yàn)結(jié)果 試件按照DNV—OS—F101 2013標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行VT、UT、MT、RT檢測(cè)和力學(xué)性能試驗(yàn)。試件焊后48h進(jìn)行無損檢測(cè)，合格后進(jìn)行力學(xué)性能試驗(yàn)，結(jié)果如表5所示。

（4）操作要點(diǎn) ①根焊采取立向下焊接，填充蓋面采取立向上焊接。為了保證海上焊接效率，每道焊口由兩名焊工同時(shí)施焊。②預(yù)熱及層間溫度。為了防止焊接冶金過程導(dǎo)致的焊縫硬度過高，抗腐蝕性能變差，本次試驗(yàn)預(yù)熱最低溫度100℃，層間溫度控制在200℃以下。③焊槍角度。在焊接過程中，為了避免由操作帶來的焊接缺陷，在進(jìn)行焊接時(shí)，焊槍與鋼管中心軸線之間的夾角應(yīng)保證在70°～90°。角度過小，則熔深淺，容易導(dǎo)致未熔合缺陷。④本次試驗(yàn)填充、蓋面保護(hù)氣體采用80%Ar+20%CO2，熔深淺，填充每層厚度控制在4mm，否則容易導(dǎo)致未熔合缺陷。⑤根焊運(yùn)弧方式可根據(jù)坡口間隙采取不擺動(dòng)或小幅擺動(dòng)，填充、蓋面采取Z字型運(yùn)弧，以保證獲得良好的焊縫成形。⑥立向上焊接時(shí)，由立焊到平焊位置運(yùn)弧角度的變化對(duì)焊工要求較高，操作不當(dāng)容易造成未熔合缺陷，可在蓋面之前對(duì)此位置焊縫進(jìn)行補(bǔ)焊。⑦在蓋面之前的填充焊道應(yīng)略低于母材1～2mm，以免蓋面余高過高。⑧每層焊接完畢后，應(yīng)對(duì)焊道進(jìn)行打磨處理，清理藥皮及層間缺陷，以避免夾渣、未熔合缺陷產(chǎn)生。

3. 結(jié)語

STT氣保護(hù)半自動(dòng)根焊+氣體保護(hù)焊填充蓋面組合焊接技術(shù)首次進(jìn)行海底管線5G位置焊接試驗(yàn)，比起傳統(tǒng)的自保護(hù)焊填充蓋面技術(shù)熔敷率更高，污染更少，成本更低。同時(shí)以上試驗(yàn)說明該焊接技術(shù)可行，可以運(yùn)用到海底管線焊接施工當(dāng)中。

表3 根焊焊接參數(shù)

表4 填充、蓋面焊接參數(shù)

表5 試件力學(xué)性能

[1] 王利霞，劉照元．STT氣體保護(hù)焊在西氣東輸工程中的應(yīng)用[J]．化工建設(shè)工程，2002，24(5)：39-41．