X90鋼管氣保護(hù)藥芯焊絲半自動(dòng)焊工藝的研發(fā)

1、X90鋼管氣保護(hù)藥芯焊絲半自動(dòng)焊工藝的研發(fā)小組名稱：管道科學(xué)研究院焊接技術(shù)中心 QC小組發(fā) 布 人：XXXX單位名稱：XXXX石油天然氣管道科學(xué)研究院時(shí) 間：XXXX年 03月 24號(hào)目錄一、課題背景 .3二、小組簡介.3三、選擇課題.5四、設(shè)定目標(biāo).7五、提出多種方案并確定最佳方案.8六、制定對(duì)策.24七、按對(duì)策實(shí)施.25八、效果檢查.29九、標(biāo)準(zhǔn)化.31十、總結(jié)和下一步打算.33附錄.35 2 / 62X90 鋼管氣保護(hù)藥芯焊絲半自動(dòng)焊工藝的研發(fā)一、課題背景隨著我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)的快速發(fā)展，對(duì)能源的需求也日益增大，我國管道建設(shè)將朝著大口徑、高壓力方向發(fā)展，X90 正是順應(yīng)時(shí)代的發(fā)展而研制開發(fā)出來

2、的新一代高強(qiáng)度管線鋼。由于 X90 管線鋼是通過細(xì)晶強(qiáng)化、位錯(cuò)強(qiáng)化等獲得的低合金高強(qiáng)鋼，其焊接冷裂紋敏感性較大，焊接時(shí)容易出現(xiàn)接頭熱影響區(qū)軟化、焊縫低溫沖擊韌性較差、焊口合格率較低等問題，現(xiàn)場焊接施工過程中，具有焊接工藝窗口窄、焊接環(huán)境要求苛刻等特點(diǎn)。因此，X90 管線鋼的現(xiàn)場焊接問題是制約 X90 管道工程建設(shè)的重大問題。眾所周知，國內(nèi)高鋼級(jí)管道焊接施工主要采取自保護(hù)藥芯焊絲半自動(dòng)焊，焊接過程中存在較多質(zhì)量問題。為了克服自保護(hù)藥芯焊絲半自動(dòng)焊存在的問題同時(shí)適應(yīng) X90 管道試驗(yàn)段建設(shè)的要求，管道科學(xué)研究院焊接技術(shù)中心 QC 小組針對(duì) X90 管線鋼管開展了氣保護(hù)藥芯焊絲半自動(dòng)焊工藝的研發(fā)。二

3、、小組簡介管道科學(xué)研究院焊接技術(shù)中心 QC 小組概況和成員情況見表 1和表 2。3X90 鋼管氣保護(hù)藥芯焊絲半自動(dòng)焊工藝的研發(fā)表 1 小組概況表小組名稱 管道科學(xué)研究院焊接 QC 小組 注冊(cè)編號(hào) YJY-HJS-2015課題名稱X90 鋼管氣保護(hù)藥芯焊絲半自動(dòng)焊工藝的研發(fā)成立時(shí)間 XXXX年 10 月課題類型 創(chuàng)新型 活動(dòng)時(shí)間 XXXX年 10 月2015 年 12 月小組人數(shù) 10 人 活動(dòng)次數(shù) 30 次獲獎(jiǎng)情況XXXX 年度管道局第 32 屆優(yōu)秀 QC 小組成果活動(dòng)一等獎(jiǎng)（排名第一）XXXX 年度石油工程建設(shè)協(xié)會(huì)優(yōu)秀 QC 小組成果活動(dòng)一等獎(jiǎng)制表人：XXXX 時(shí)間：XXXX.10.22表

4、2 小組成員情況序 號(hào) 姓 名 年 齡 文化程度 職 稱 / 職 務(wù) 組 內(nèi) 分 工 備 注1 XXXX 34 博士 工程師/QC 組長整體策劃、報(bào)告編制、成果發(fā)布發(fā)布人2 XXXX 41 碩士 高工 項(xiàng)目管理、控制3 XXXXXXXX 45 博士 教高 項(xiàng)目指導(dǎo)、策劃4 XXXX 30 碩士 工程師 課題實(shí)施、資料整理5 XXXX 32 本科 工程師 現(xiàn)場實(shí)施6 XXXX 33 碩士 工程師 現(xiàn)場調(diào)研7 XXXX 50 本科高工/注冊(cè) QC中級(jí)診斷師QC 培訓(xùn)/指導(dǎo)8 XXXX 31 本科 工程師 項(xiàng)目管理9 XXXX 30 博士 博士后 資料編制、整合10 XXXX 35 碩士 工程師 資

5、料整理、收集制表人：XXXX 時(shí)間：XXXX.10.22X90 鋼管氣保護(hù)藥芯焊絲半自動(dòng)焊工藝的研發(fā)三、選擇課題1、問題的提出X90 鋼管氣保護(hù)藥芯焊絲半自動(dòng)焊技術(shù)是針對(duì)新一代 X90 管線鋼管選用氣保護(hù)藥芯焊絲進(jìn)行管道全位置半自動(dòng)焊的一項(xiàng)技術(shù)，對(duì)該項(xiàng)技術(shù)的掌握能提高 X90 管線鋼管環(huán)焊接頭的質(zhì)量，提高施工效率，減少現(xiàn)場焊口的返修率。針對(duì)該工藝，小組成員檢索了國內(nèi)外大量的期刊和文獻(xiàn)，并未發(fā)現(xiàn)相關(guān)的報(bào)道。2、確定課題目前國內(nèi)高鋼級(jí)管道焊接施工主要采取自保護(hù)藥芯焊絲半自動(dòng)焊的方式進(jìn)行，焊接施工過程中存在較多的問題，主要包括：（1）焊接不同合金成分高鋼級(jí)管線鋼時(shí)，焊接接頭沖擊性能不穩(wěn)定，離散性大，

6、部分沖擊吸收功低于驗(yàn)收指標(biāo)（見圖 1 所示）。200180160140Hobart X90JC 90AFR-90THY68300250Hobart X90JC 90AFR-90THY68 200120100 15080601004020500 0QG BG HG TG LG WG JT QG BG HG TG LG WG JT圖 1 焊接接頭沖擊韌性結(jié)果制圖人：XXXX 時(shí)間：XXXX.10.25圖 2 刻槽錘斷試樣斷口形貌制圖人：XXXX 時(shí)間：XXXX.10.255X90 鋼管氣保護(hù)藥芯焊絲半自動(dòng)焊工藝的研發(fā)（2）焊材與母材匹配性差，焊縫擴(kuò)散氫含量、夾雜物等較嚴(yán)重（見圖 2 所示），焊接接

7、頭對(duì)溫度敏感性較高。為了解決自保護(hù)藥芯焊絲半自動(dòng)焊焊接接頭沖擊性能不穩(wěn)定，離散性大，焊材與母材匹配性差的問題，小組經(jīng)反復(fù)討論并且結(jié)合現(xiàn)有課題的大量研究工作，發(fā)現(xiàn)這個(gè)問題是自保護(hù)藥芯焊絲本身固有的一個(gè)特點(diǎn)。針對(duì)該問題 QC 小組依托股份公司重大專項(xiàng)課題X90/X100 鋼管現(xiàn)場焊接工藝及環(huán)焊縫綜合評(píng)價(jià)技術(shù)研究，選用氣保護(hù)藥芯焊絲進(jìn)行了一系列的研究工作。因此，課題選定為：X90 鋼管氣保護(hù)藥芯焊絲半自動(dòng)焊工藝的研發(fā)6X90 鋼管氣保護(hù)藥芯焊絲半自動(dòng)焊工藝的研發(fā)四、設(shè)定目標(biāo)1、目標(biāo)的提出目標(biāo)值：（1）試驗(yàn)溫度-10°時(shí)焊縫沖擊韌性大于 85J；（2）焊口一次合格率達(dá)到 95%以上。2、目標(biāo)

8、的可行性分析針對(duì)焊縫低溫沖擊韌性及焊口一次合格率的目標(biāo)，小組對(duì)自身具備的條件進(jìn)行了分析，具體如下：（1）研究院依托股份公司重大專項(xiàng)課題X90/X100 鋼管現(xiàn)場焊接工藝及環(huán)焊縫綜合評(píng)價(jià)技術(shù)研究進(jìn)行了 X90 鋼管的焊接性分析，為氣保護(hù)藥芯焊絲半自動(dòng)焊工藝的研發(fā)提供了技術(shù)基礎(chǔ)；（2）研究院焊接技術(shù)中心具有管道焊接工藝評(píng)定資質(zhì)、焊工考試資質(zhì)及焊工培訓(xùn)資質(zhì)，并且擁有較多國內(nèi)外先進(jìn)的管道焊接設(shè)備，為氣保護(hù)藥芯焊絲半自動(dòng)焊工藝的研發(fā)提供了條件保障。（3）管道科學(xué)研究院焊接技術(shù)中心 QC 小組成員具有管道焊接技術(shù)研究和現(xiàn)場焊接的豐富經(jīng)驗(yàn)，其中多人參與過西一線、二線及三線等重大管道工程現(xiàn)場焊接施工項(xiàng)目，有能

9、力研發(fā)出 X90 高強(qiáng)度管線鋼管氣保護(hù)藥芯焊絲半自動(dòng)焊工藝，有可能將焊縫-10沖擊韌性提高到 85J 以上并且焊口一次合格率達(dá)到 95%。經(jīng)小組反復(fù)分析討論，認(rèn)為焊縫低溫沖擊韌性及焊口一次合格率的目標(biāo)值是可以實(shí)現(xiàn)的。7X90 鋼管氣保護(hù)藥芯焊絲半自動(dòng)焊工藝的研發(fā)五、提出多種方案并確定最佳方案1、提出方案小組運(yùn)用頭腦風(fēng)暴法，集思廣益，從多角度提出可供選擇的觀點(diǎn)，并用親和圖加以歸類、匯總得出三種方案：調(diào)整預(yù)熱溫度及道間溫度工藝、調(diào)整電流電壓焊接速度工藝和調(diào)整保護(hù)氣體工藝。如圖 3 所示。X90鋼管氣保護(hù)藥芯焊絲半自動(dòng)焊工藝調(diào)整預(yù)熱及道間溫度工藝調(diào)整電流電壓焊接速度工藝X90鋼管分析 焊接材料確定

10、X90鋼管分析 焊接材料確定化學(xué)成分及碳當(dāng)量 熔敷金屬測試 化學(xué)成分及碳當(dāng)量 熔敷金屬測試焊接性分析 全位置操作性 焊接性分析 全位置操作性預(yù)熱及道間溫度 其他 其他焊接工藝參數(shù)預(yù)熱溫度 焊接方式及坡口形式電流 預(yù)熱及道間溫度道間溫度電流電壓及焊接速度 電壓 焊接方式及坡口形式保護(hù)氣體焊接速度 保護(hù)氣體調(diào)整保護(hù)氣體工藝X90鋼管分析 焊接材料確定化學(xué)成分及碳當(dāng)量 熔敷金屬測試焊接性分析 全位置操作性保護(hù)氣體 其他保護(hù)氣比例 預(yù)熱及道間溫度保護(hù)氣流量電流電壓及焊接速度焊接方式及坡口形式圖 3 氣保護(hù)藥芯焊絲半自動(dòng)焊工藝親和圖制圖人：XXXX 時(shí)間：XXXX.11.108X90 鋼管氣保護(hù)藥芯焊絲

11、半自動(dòng)焊工藝的研發(fā)2、逐一試驗(yàn)論證小組成員對(duì)提出的三個(gè)方案進(jìn)行了試驗(yàn)，逐一試驗(yàn)論證，結(jié)果見表 3 所示。表 3 各個(gè)方案的試驗(yàn)分析統(tǒng)計(jì)表方案 實(shí)施過程 特點(diǎn) 分析X90 鋼管分析焊材確定預(yù)熱溫1、預(yù)熱溫度和道間溫度及道間溫度焊接方式坡口形式度提高，焊接效率略保護(hù)氣體電流電壓焊接速度微調(diào)高； 1、該工藝的調(diào)調(diào)整預(yù)熱及道間溫度工藝（方案一）Ø 分別調(diào)整預(yù)熱及道間溫度連續(xù)在試驗(yàn)管段進(jìn)行 4 道口的焊接；Ø -10下焊縫低溫沖擊功：86J、92J、90J 和 95J；Ø 焊口一次合格率：92%、91%、95%和 94%；2、焊縫沖擊功離散度??；3、焊接過程流暢、全位置操作

12、性好，焊縫不容易出現(xiàn)夾渣、氣孔等缺陷；4、預(yù)熱溫度和道間溫整 對(duì) 低 溫 沖 擊韌 性 和 焊 口 一次 合 格 率 的 變化影響不大；2、焊口一次合格 率 差 別 較小。Ø 焊接總時(shí)間：115min、125min、度的調(diào)整對(duì)焊縫低溫130min 和 128min。沖擊的影響不明顯。調(diào)整電流電壓焊接速度工藝（方案二）X90 鋼管分析焊材確定預(yù)熱溫度及道間溫度焊接方式坡口形式保護(hù)氣體電流電壓焊接速度Ø 分別調(diào)整電流電壓及焊接速度分別進(jìn)行 4 道口的焊接；Ø -10下焊縫低溫沖擊功：83J、92J、95J 和 103J；Ø 焊口一次合格率：88%、94%、9

13、8%和 96%；Ø 焊接總時(shí)間：100min、110min、140min 和 150min。1、焊接電流、電壓及焊接速度的變化對(duì)焊縫低溫沖擊功焊接和焊口一次合格率影響較大；2、焊接速度較快時(shí)容易埋渣，焊接總時(shí)間變化明顯；3、焊接過程流暢、焊縫不容易出現(xiàn)氣孔，且焊縫擴(kuò)散氫含量較低。1、技術(shù)可行，預(yù) 期 效 果 有 望達(dá)成；2、一次合格率最 高 可 達(dá)98%；3、該工藝的調(diào)整 對(duì) 低 溫 沖 擊韌 性 和 焊 口 一次 合 格 率 的 變化影響最大。9X90 鋼管氣保護(hù)藥芯焊絲半自動(dòng)焊工藝的研發(fā)調(diào)整保護(hù)氣體工藝（方案三）X90 鋼管分析焊材確定預(yù)熱溫度及道間溫度焊接方式坡口形式保護(hù)氣體電

14、流電壓焊接速度Ø 分別選擇調(diào)整保護(hù)氣體流量和保護(hù)氣體混合比例連續(xù)在試驗(yàn)管段進(jìn)行 4 道口的焊接；Ø -10下低溫沖擊功：90J、98J、96J、93J；Ø 焊口一次合格率：87%、90%、96%和 94%；Ø 焊接總時(shí)間：120min、130min、123min 和 125min。1、對(duì)焊接材料的要求較高；2、保護(hù)氣流量的變化對(duì)焊縫中夾渣及氣孔影響明顯；3、焊接流暢，全位置操作性好；4、焊縫沖擊功離散度小，保護(hù)氣體的變化對(duì)沖擊韌性的影響較小。1、技術(shù)可行，預(yù) 期 效 果 有 望達(dá)成；2、焊口的一次合 格 率 變 化 較大；3、該工藝的調(diào)整 對(duì) 低 溫 沖

15、 擊影 響 較 小 ， 對(duì)焊 口 一 次 合 格率 的 變 化 影 響較大。試驗(yàn)時(shí)間：XXXX年 11 月 地點(diǎn)：河北省廊坊市油氣輸送安全國家工程實(shí)驗(yàn)室 試驗(yàn)人：XXXX制表人：XXXX 時(shí)間：XXXX.11.28圖 4、圖 5 和圖 6 分別為試驗(yàn)驗(yàn)證中低溫沖擊韌性、焊口一次合格率和單道焊口的焊接時(shí)間折線圖。表 4 為三個(gè)試驗(yàn)方案驗(yàn)證分析表。圖 4 試驗(yàn)驗(yàn)證中低溫沖擊韌性折線圖制圖人：XXXX 時(shí)間：XXXX年 11 月 29 日10X90 鋼管氣保護(hù)藥芯焊絲半自動(dòng)焊工藝的研發(fā)圖 5 試驗(yàn)驗(yàn)證中焊口一次合格率折線圖制圖人：XXXX XXXX年 11 月 29 日?qǐng)D 6 試驗(yàn)驗(yàn)證中單道焊口的焊

16、接時(shí)間折線圖制圖人：XXXX XXXX年 11 月 29 日對(duì)三個(gè)方案驗(yàn)證分析：（1）焊縫低溫沖擊韌性是體現(xiàn)焊口質(zhì)量的重要指標(biāo)，結(jié)合表 4和圖 4 可以看出，方案二焊縫低溫沖擊韌性優(yōu)于方案一和方案三；11X90 鋼管氣保護(hù)藥芯焊絲半自動(dòng)焊工藝的研發(fā)（2）焊口一次合格率也是體現(xiàn)焊口質(zhì)量的重要指標(biāo)，焊縫缺陷率是反映焊口一次合格率的重要參數(shù)，結(jié)合表 4 和圖 5 可以看出，方案二焊口一次合格率優(yōu)于方案一和方案三；（3）單道焊口焊接時(shí)間反映焊口的焊接效率，可以做為 X90鋼管氣保護(hù)藥芯焊絲半自動(dòng)焊工藝研發(fā)的參考指標(biāo)，結(jié)合表 4 和圖6 可以發(fā)現(xiàn)，方案二焊口一次合格率優(yōu)于方案一和方案三。表 4 三個(gè)方案

17、驗(yàn)證分析表其他 低溫沖擊功 射線探傷 單道焊口一次合格率 結(jié)論試驗(yàn)方案 （試驗(yàn)溫度：-10） （缺陷率） 焊接時(shí)間方案一 差別較小 差別不大 較低 差別較小 不采用方案二 差別最高 差別最大 較低 差別較大 采用方案三 差別不大 差別較大 較低 差別較大 不采用注：文中缺陷率是指焊縫在射線探傷時(shí)，氣孔、夾渣、未熔合等缺欠在每道焊口中連續(xù) 300mm長度內(nèi)累計(jì)長度不超過 25mm 的數(shù)量。制表人：XXXX 時(shí)間：XXXX.11.29經(jīng)試驗(yàn)分析可確認(rèn)：綜合比較三個(gè)工藝方案，方案二調(diào)整電流電壓焊接速度工藝確定進(jìn)入最佳方案細(xì)化程序。3、最佳方案細(xì)化結(jié)合上述三個(gè)方案驗(yàn)證分析結(jié)果，同時(shí)將 X90 鋼管分析

18、、焊接材料確定及焊接工藝參數(shù)優(yōu)化，采用樹圖工具進(jìn)行細(xì)化，如圖 7 所示。12X90 鋼管氣保護(hù)藥芯焊絲半自動(dòng)焊工藝的研發(fā)1#鋼管化學(xué)成分及碳當(dāng)量分析2#鋼管X90鋼管分析1#鋼管焊接性分析2#鋼管 調(diào)整電 1#焊接材料流熔敷金屬性能電2#焊接材料焊接材料確定壓焊速全位置操作性能工預(yù)熱溫度及層間溫度 藝保護(hù)氣流量焊接工藝參數(shù)焊接速度大電流電壓電流電壓小電流電壓圖 7 最佳方案細(xì)化樹圖制圖人：XXXX 時(shí)間：XXXX.12.2表 5 焊接工藝要求工序 工藝要求X90 鋼管分析 鋼管碳當(dāng)量 Ceq 小于 0.52，鋼管具有良好的焊接性能。焊接材料確定AWS 5.36 E91T1E111T1 型號(hào)，熔

19、敷金屬抗拉強(qiáng)度大于690Mpa，-40沖擊功大于 70J，全位置操作性能優(yōu)良。焊接方式及坡口形式采用多層多道焊方式，擺焊；2230 V 型坡口。焊接效率高，缺陷少。預(yù)熱溫度： ，層間溫度： ， 100 120 80 100焊接工藝參數(shù)電流：180240A，電壓：2028V，焊接速度：1020cm/min， 焊縫-10沖擊功大于 85J。制表人：XXXXXXXX 時(shí)間：XXXX.12.1013X90 鋼管氣保護(hù)藥芯焊絲半自動(dòng)焊工藝的研發(fā)X90 鋼管分析、焊接材料確定、焊接工藝參數(shù)三部分細(xì)化方案試驗(yàn)必須滿足GB T 31032-XXXX鋼制管道焊接驗(yàn)收規(guī)范的要求，主要判據(jù)及采取的試驗(yàn)焊接工藝參數(shù)見

20、表 5。在采納表 5 焊接工藝參數(shù)的同時(shí)為了進(jìn)行工藝參數(shù)的優(yōu)化，減小試驗(yàn)量，QC 小組通過設(shè)計(jì)正交試驗(yàn)的方式開展了試驗(yàn)。本次試驗(yàn)的目的是提高焊縫低溫沖擊韌性并且保證焊口的一次合格率達(dá)到95%以上，故確定焊縫沖擊韌性 Kcv 為指標(biāo)，選取電流、電壓、焊接速度作為要考察的因素，每個(gè)因素選取三個(gè)不同的狀態(tài)進(jìn)行比較，列成的因素水平表見表 6，選用 L9（34）表，共 9 次試驗(yàn)。列出的試驗(yàn)方案表見表 7。表 6 三因素三水平表因素 電流 電壓 焊接速度試驗(yàn)號(hào)A V mm/min1 190 22 1502 210 24 2003 230 26 300制表人：XXXX 時(shí)間：2015.3.18表 7 L9

21、（34）正交試驗(yàn)結(jié)果因素 電流 電壓 焊接速度 指標(biāo) KcvA V mm/min試驗(yàn)號(hào) J（-10）1 1（190） 1（22） 1（150） 892 2（190） 2（24） 2（200） 953 3（190） 3（26） 3（300） 984 1（210） 1（22） 2（200） 9614X90 鋼管氣保護(hù)藥芯焊絲半自動(dòng)焊工藝的研發(fā)5 2（210） 2（24） 3（300） 1036 3（210） 3（26） 1（150） 977 1（230） 1（22） 3（300） 948 2（230） 2（24） 1（150） 1089 3（230） 3（26） 2（200） 103 282 27

22、9 294 296 306 294 305 298 295T=883極差 R 23 27 1制表人：XXXX 時(shí)間：2015.3.18先“看一看”，通過表 7 可以看出，所有焊口焊縫低溫沖擊韌性均滿足標(biāo)準(zhǔn)的要求，試驗(yàn)編號(hào) 5、8 和 9 的結(jié)果較好；電流電壓參數(shù)較大的情況下焊縫低溫沖擊結(jié)果較高。再“算一算”利用極差分析法，確定各因素的主次關(guān)系：電壓電流焊接速度。為了保證焊口一次合格率及焊縫低溫沖擊韌性指標(biāo)，在后續(xù)焊接實(shí)施過程中要重點(diǎn)考慮這種主次關(guān)系。15X90 鋼管氣保護(hù)藥芯焊絲半自動(dòng)焊工藝的研發(fā)（1）X90 鋼管分析 化學(xué)成分及碳當(dāng)量分析小組成員對(duì)兩種不同合金成分 X90 鋼管（規(guī)格 121

23、9×16.3mm）化學(xué)成分及碳當(dāng)量進(jìn)行了分析，見表 8 所示。采用的碳當(dāng)量計(jì)算公式為國際焊接學(xué)會(huì)推薦的碳當(dāng)量公式 CE(IIW):CE(IIW) = C + Mn/6+(Cr + Mo+V)/5+(Ni +Cu) /15(式中采用%)計(jì)算得 1#鋼管 CE=0.46，2#鋼管 CE=0.53。表 8 X90 鋼管化學(xué)成分及碳當(dāng)量鋼管 C Si Mn P S Cr Mo Ni Al Cu Nb Ti V B1# 0.05 0.16 1.91 0.008 0.004 0.17 0.16 0.19 0.015 0.14 0.05 0.01 0.004 0.0012# 0.055 0.23

24、1.92 0.006 0.003 0.31 0.27 0.38 0.032 0.02 0.08 0.014 0.004 0.001制表人：XXXX 時(shí)間：2015.1.5 焊接性試驗(yàn)小組成員針對(duì)上述兩種不同合金成分 X90 鋼管進(jìn)行了焊接性試驗(yàn)，見表 9 所示。表 9 X90 鋼管焊接性試驗(yàn)實(shí)施分析表焊接性試驗(yàn) 試驗(yàn)結(jié)果針對(duì) X90 鋼管進(jìn)行了 30 件插銷試驗(yàn)。插銷試驗(yàn)試驗(yàn)結(jié)果：1#和 2#鋼管臨界斷裂應(yīng)力分別為 850Mpa 和 740Mpa，1#鋼臨界斷裂應(yīng)力高于 2#，結(jié)合化學(xué)成分可知，由于 2#化學(xué)成分較高，碳當(dāng)量較高，焊接時(shí)容易產(chǎn)生淬硬組織，提高熱影響區(qū)冷裂紋傾向，造成臨界斷裂應(yīng)力

25、較低。16X90 鋼管氣保護(hù)藥芯焊絲半自動(dòng)焊工藝的研發(fā)針對(duì) X90 鋼管進(jìn)行了 36 組斜 Y 坡口試驗(yàn)。斜 Y 坡口試驗(yàn)試驗(yàn)結(jié)果：1#和 2#鋼管斜 Y 坡口試樣斷面未觀察到明顯的裂紋，可以認(rèn)為該試驗(yàn)對(duì)這兩種鋼管冷裂紋傾向不敏感。初步確定預(yù)熱溫度大于 120。針對(duì) X90 鋼管進(jìn)行了 54 件物理熱模擬沖擊試驗(yàn)。物理熱模擬 試驗(yàn)1400120010008006003025201612645040035030025020015020KJ/cm25KJ/cm400100200506KJ/cm00試驗(yàn)結(jié)果：分別針對(duì) 1#和 2#鋼管模擬了不同熱輸入量下，鋼管熱影響區(qū)沖擊功的變化情況，結(jié)果表明：2#

26、鋼管熱影響區(qū)的沖擊韌性離散性較大，說明鋼管本身焊接性較 1#差。制表人：XXXX 時(shí)間：2015.2.517X90 鋼管氣保護(hù)藥芯焊絲半自動(dòng)焊工藝的研發(fā)試驗(yàn)確認(rèn)：如表 10 所示，1#鋼管化學(xué)成分和碳當(dāng)量較低，且通過插銷試驗(yàn)、斜 Y 坡口試驗(yàn)及物理熱模擬試驗(yàn)表明，1#鋼管冷裂紋敏感性小于 2#鋼管，具有較好的焊接性，最終選擇 1#鋼管為試驗(yàn)鋼管。表 10 X90 鋼管分析表鋼管 化學(xué)成分及碳當(dāng)量 焊接性試驗(yàn) 結(jié)論1#鋼管 較低 較好 采用2#鋼管 較高 較差 不采用制表人：XXXX 時(shí)間：2015.2.5（2）焊接材料確定小組成員對(duì) X90 鋼管相匹配的焊接材料熔敷金屬及全位置操作性能進(jìn)行分析

27、，并進(jìn)行了焊接性試驗(yàn)，見表 11 所示。表 11 焊接材料確定實(shí)施分析表焊接材料 試驗(yàn)結(jié)果1#焊材 試驗(yàn)結(jié)果：焊材熔敷金屬性能：抗拉強(qiáng)度：635Mpa，-40低溫沖擊：86J，76J，71J，伸長率：22%，其他性能要求滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。焊接工藝性能：焊材的電弧穩(wěn)定性、脫渣性、再引弧性能、飛濺率、熔化系數(shù)、熔敷效率及焊接發(fā)塵量等較好，全位置操作性能良好。18X90 鋼管氣保護(hù)藥芯焊絲半自動(dòng)焊工藝的研發(fā)2#焊材 試驗(yàn)結(jié)果：焊材熔敷金屬性能：抗拉強(qiáng)度：726Mpa，-40低溫沖擊：93J，95J，89J，伸長率：22%，其他性能要求滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。焊接工藝性能：焊材的電弧穩(wěn)定性、脫渣性、再引弧性能、飛濺

28、率、熔化系數(shù)、熔敷效率及焊接發(fā)塵量等優(yōu)良。全位置操作性能優(yōu)良。制表人：XXXX 時(shí)間：2015.3.5試驗(yàn)確認(rèn)：如表 12 所示，1#和 2#焊接材料熔敷金屬力學(xué)性能均滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，但是對(duì)于焊接工藝性能，2#焊材電弧穩(wěn)定性、脫渣性、再引弧性能、飛濺率、熔化系數(shù)、熔敷效率及焊接發(fā)塵量等優(yōu)良，全位置操作性能優(yōu)良。最終選擇 2#焊接材料做為試驗(yàn)焊材。表 12 焊接材料確定表熔敷金屬力學(xué)性能 焊接工藝性能 結(jié)論1#焊接材料 良好 良好 不采用2#焊接材料 優(yōu)良 優(yōu)良 采用制表人：XXXX 時(shí)間：2015.3.6（3）焊接工藝參數(shù)焊接工藝參數(shù)實(shí)施過程中，小組成員采用預(yù)熱溫度（層間溫度）+保護(hù)氣流量+調(diào)整

29、電流電壓焊速 2 種方式開展了氣保護(hù)藥芯焊絲半自動(dòng)焊工藝試驗(yàn)。見表 13 和表 14。19X90 鋼管氣保護(hù)藥芯焊絲半自動(dòng)焊工藝的研發(fā)表 13 小電流電壓實(shí)施分析表方案一 方案思路采用預(yù)熱溫度（層間溫度）+保護(hù)氣流量 +小電流電壓。預(yù)熱溫度（層間溫度）+保護(hù)氣流量+小電流160Ti 75 140電壓120100806040焊接工藝參數(shù)：預(yù)熱溫度 120，層間溫度 100，保護(hù)氣流量 20-25L/min，干伸長15-20mm，電流：180-200A，電壓：22V。試驗(yàn)結(jié)果：達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求，-10時(shí)低溫沖擊功平均為 83J、焊縫缺欠主要以夾渣和氣孔為主，缺欠率較低，約 4%左右，全位置操作性較好，

30、焊工可靈活操作，焊接效率高。制表人：XXXX 時(shí)間：2015.4.820X90 鋼管氣保護(hù)藥芯焊絲半自動(dòng)焊工藝的研發(fā)表 14 大電流電壓實(shí)施分析表方案二 方案思路采用預(yù)熱溫度（層間溫度）+保護(hù)氣流量+大電流電壓。采用預(yù)熱溫度（層間溫度）+保護(hù)氣流量 +160140Ti 75大電流120電壓。100806040焊接工藝參數(shù)：預(yù)熱溫度 120，層間溫度 100，保護(hù)氣流量 20-25L/min，干伸長 15-20mm，電流：200-240A，電壓：24-26V。試驗(yàn)結(jié)果：達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求，-10時(shí)低溫沖擊功平均為 100J、沖擊韌性集中度較好，焊縫缺欠主要以氣孔為主，缺欠率非常低，約 0.5%左右，全

31、位置操作性優(yōu)良，焊工可靈活操作，焊接效率高。制表人：XXXX 時(shí)間：2015.4.821X90 鋼管氣保護(hù)藥芯焊絲半自動(dòng)焊工藝的研發(fā)試驗(yàn)確認(rèn)：方案二焊縫低溫沖擊功較高且沖擊韌性集中度較好，缺陷率較低，并且以氣孔缺陷為主，達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。同時(shí)焊接重現(xiàn)性好，沖擊韌性集中度較好，極大地降低了焊縫沖擊韌性離散造成焊口質(zhì)量的不穩(wěn)定性。最終選擇方案二預(yù)熱溫度（層間溫度）+保護(hù)氣流量+大電流電壓作為最佳方案。經(jīng)過充分的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證后，小組成員繪制了表 15，用以比對(duì)細(xì)化分解方案的實(shí)施結(jié)果和各個(gè)分解方案的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)。表 15 最佳方案細(xì)化分解方案的選定細(xì)化方案工序 分解方案 評(píng)判標(biāo)準(zhǔn) 試驗(yàn)結(jié)果 是否采用1、X90 鋼

32、管分析1#鋼管（碳當(dāng)量低）鋼 管 碳 當(dāng) 量 低 于0.52 ， 焊 接 性 優(yōu)鋼管碳當(dāng)量低、裂紋敏感性低，焊接性優(yōu)良。采用2#鋼管（碳當(dāng)量高）良。鋼管碳當(dāng)量高、焊接性一般。不采用2、焊接材料確定1#焊材（強(qiáng)度級(jí)別較低）2#焊材（強(qiáng)度級(jí)別較高）熔 敷 金 屬 抗 拉 強(qiáng)度大于 690 Mpa，-40沖擊功大于70J，焊接工藝性能 優(yōu) 良 ， 全 位 置性能優(yōu)良。熔敷金屬性能達(dá)標(biāo)，焊接工藝性能良好，全位置操作性能良好。熔敷金屬性能達(dá)標(biāo)，焊接工藝性能優(yōu)良，全位置操作性能優(yōu)良。不采用采用3、焊接工藝參數(shù)小電流電壓一 次 合 格 率 大 于95%， 焊縫 -10 焊縫沖擊功不達(dá)標(biāo)，缺欠率較高。不采用優(yōu)

33、化大電流電壓沖擊功大于 85J，缺欠率較低。焊縫沖擊功達(dá)標(biāo)，缺欠率較低。采用制表人：XXXX 時(shí)間：2015.4.2822X90 鋼管氣保護(hù)藥芯焊絲半自動(dòng)焊工藝的研發(fā)4、確定最佳方案的細(xì)化方案通過以上的各個(gè)部分試驗(yàn)分析和對(duì)比后，小組確定了氣保護(hù)藥芯焊絲半自動(dòng)焊最佳方案的細(xì)化方案。如圖 8 所示。1#鋼管化學(xué)成分及碳當(dāng)量分析2#鋼管X90鋼管分析1#鋼管焊接性分析2#鋼管 調(diào)整電 1#焊接材料流熔敷金屬性能電2#焊接材料焊接材料確定壓焊速全位置操作性能工預(yù)熱溫度及層間溫度 藝保護(hù)氣流量焊接工藝參數(shù)焊接速度大電流電壓電流電壓小電流電壓圖 8 確定最佳方案的細(xì)化方案圖制圖人：XXXX 時(shí)間：2015

34、.5.1823X90 鋼管氣保護(hù)藥芯焊絲半自動(dòng)焊工藝的研發(fā)六、制定對(duì)策最佳方案確定了之后，小組成員按照 5W1H 的原則制訂了以下對(duì)策及實(shí)施計(jì)劃表。見表 16。表 16 對(duì)策及實(shí)施計(jì)劃表序號(hào) 方案 對(duì)策 目標(biāo) 措施 地點(diǎn) 時(shí)間 負(fù)責(zé)人1化學(xué)成分及碳當(dāng)量分析、焊接性分析采用碳當(dāng)量分析及焊接性試驗(yàn)分析 X90 鋼管 的 可 焊 接性。碳當(dāng)量 Ceq 低于0.52，并且焊接性較好的鋼管。1.化學(xué)成分分析測試；2. 碳當(dāng)量分析；3. 焊接性試驗(yàn)分析。送安全國家 5 月 20 XXXX工程實(shí)驗(yàn)室 日油氣管道輸 2015 年2熔敷金屬及全位置性能分析采用熔敷金屬檢驗(yàn)及焊接工藝性能試驗(yàn)確定焊材。熔 敷 金

35、屬 抗 拉 強(qiáng)度大于 690Mpa，-40沖擊大于 70J及 焊 接 工 藝 性 能和 全 位 置 操 作 性好的焊材。1.熔敷金屬檢驗(yàn)；2. 焊接工藝性能試驗(yàn)；3. 全 位 置 操 作性。油氣管道輸送安全國家工程實(shí)驗(yàn)室2015 年6 月 2日XXXX1.優(yōu)化焊接工藝參3調(diào)整焊接電流電壓采用大電流電壓參數(shù)進(jìn)行焊接。焊 縫 沖 擊 功 大 于85J，缺欠率低于4%。數(shù)；2. 提高焊縫沖擊功 ， 降 低 射 線 檢驗(yàn) 氣 孔 及 夾 渣 缺陷率。油氣管道輸送安全國家工程實(shí)驗(yàn)室2015 年6 月 10日XXXX4氣保護(hù)藥芯焊絲半自動(dòng)焊工藝應(yīng)用將氣保護(hù)藥芯焊絲半自動(dòng)焊工 藝 應(yīng) 用 到X90 管道爆破

36、試驗(yàn)現(xiàn)場。確保 X90 鋼管爆破 試 驗(yàn) 過 程 中 環(huán)焊縫的安全性。1、氣保護(hù)藥芯焊絲 半 自 動(dòng) 焊 工 藝適 應(yīng) 野 外 焊 接 操作；2、優(yōu)化工藝。鋼管爆破試 6 月 28 XXXX驗(yàn)場 日江 蘇 X90 2015 年制表人：XXXX 時(shí)間：2015.5.2524X90 鋼管氣保護(hù)藥芯焊絲半自動(dòng)焊工藝的研發(fā)七、按對(duì)策實(shí)施1、X90 鋼管分析的實(shí)施小組于 2015 年 5 月 10 日-2015 年 5 月 20 日對(duì) X90 鋼管分析步驟進(jìn)行實(shí)施。實(shí)施過程見圖 9 所示。結(jié)論：選定的 X90 鋼管碳當(dāng)量 Ceq=0.46，插銷試驗(yàn)臨界斷裂應(yīng)力為 850-910Mpa，斜 Y 坡口試驗(yàn)未

37、觀察到明顯的裂紋，物理熱模擬試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)鋼管熱影響區(qū)淬硬組織較少(馬氏體含量較低)，說明鋼管具有良好的焊接性能，達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。圖 9 X90 鋼管分析實(shí)施圖制圖人：XXXX 時(shí)間：2015.5.1525X90 鋼管氣保護(hù)藥芯焊絲半自動(dòng)焊工藝的研發(fā)2、焊接材料確定的實(shí)施小組于 2015 年 5 月 30 日-2015 年 6 月 5 日對(duì)焊接材料確定步驟進(jìn)行實(shí)施，具體包括熔敷金屬檢驗(yàn)，焊接工藝性能和全位置操作性測試，試驗(yàn)實(shí)施過程如圖 10 所示。圖 10 焊接材料確定的實(shí)施圖制圖人：XXXX 時(shí)間：2015.6.7結(jié)論：選定的焊接材料型號(hào)為 AWS 5.36 E101T1，熔敷金屬性能：屈服強(qiáng)度：6

38、85Mpa，抗拉強(qiáng)度：720Mpa，伸長率：21%，-40沖擊功：93J、95J、89J；焊材電弧穩(wěn)定性、脫渣性、飛濺率、熔化系數(shù)及焊接發(fā)塵量等優(yōu)良，全位置操作性能優(yōu)良。達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。3、焊接工藝參數(shù)優(yōu)化的實(shí)施小組于 2015 年 6 月 10 日-2015 年 6 月 20 日對(duì)預(yù)熱溫度（層間溫度）+保護(hù)氣流量+大電流電壓工藝步驟進(jìn)行實(shí)施。針對(duì) 1219×26X90 鋼管氣保護(hù)藥芯焊絲半自動(dòng)焊工藝的研發(fā)16.3mm X90 鋼管，單道口焊接時(shí)間為 125 分鐘。實(shí)施過程見圖11。160Ti 75 140120100806040圖 11 焊接工藝參數(shù)實(shí)施圖制圖人：XXXX 時(shí)間：20

39、15.6.20結(jié)論：針對(duì) 1219×16.3mm X90 鋼管，單道口焊接時(shí)間為 125 分鐘，焊接預(yù)熱溫度 120，層間溫度 100，保護(hù)氣流量 25L/min，干 伸 長 20mm ， 電 流 ： 220-230A ， 電 壓 ： 24V ， 焊 接 速 度 ：15cm/min。焊縫沖擊功平均值 103J，沖擊功離散性小，射線探傷氣孔及夾渣缺陷率為 0.3%，達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。27X90 鋼管氣保護(hù)藥芯焊絲半自動(dòng)焊工藝的研發(fā)4、氣保護(hù)藥芯焊絲半自動(dòng)焊工藝應(yīng)用小組于 2015 年 6 月 26 日XXXX 年 7 月 1 日將氣保護(hù)藥芯焊絲半自動(dòng)焊工藝應(yīng)用到 X90 鋼管全尺寸氣壓爆破

40、試驗(yàn)現(xiàn)場的焊接。由于全尺寸氣壓爆破試驗(yàn)主要考察 X90 鋼管管體的止裂性能，因此對(duì)環(huán)焊縫的要求較高，在爆破試驗(yàn)過程中不能沿著環(huán)焊縫開裂。小組頂著巨大的壓力實(shí)施了此次焊接任務(wù)，并且在最終爆破試驗(yàn)過程中沒有沿著環(huán)焊縫開裂，圓滿完成了此次任務(wù)。見圖 12 所示。圖 12 X90 鋼管全尺寸氣壓爆破施工現(xiàn)場制圖人：XXXX 時(shí)間：2015.7.528X90 鋼管氣保護(hù)藥芯焊絲半自動(dòng)焊工藝的研發(fā)八、效果檢查氣保護(hù)藥芯焊絲半自動(dòng)焊工藝研發(fā)成功以后，在 2015 年 7 月初成功地應(yīng)用于石油管工程技術(shù)研究院在江蘇東臺(tái)進(jìn)行的 X90 鋼管全尺寸氣壓爆破試驗(yàn)的現(xiàn)場焊接。焊接施工、無損檢測及爆破后現(xiàn)場分析證明：氣

41、保護(hù)藥芯焊絲半自動(dòng)焊焊口一次合格率達(dá)到 98%，焊接接頭質(zhì)量安全可靠，見圖 13 所示。實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)，工程實(shí)踐證明，在氣保護(hù)藥芯焊絲半自動(dòng)焊工藝研發(fā)的 QC 活動(dòng)中，圓滿完成活動(dòng)目標(biāo)值，即將焊口一次合格率提高到 95%以上，焊縫低溫沖擊韌性在 90J 以上，焊口質(zhì)量穩(wěn)定可靠。圖 13 X90 鋼管全尺寸氣壓爆破前后現(xiàn)場制圖人：XXXXXXXX 時(shí)間：2015.7.1029X90 鋼管氣保護(hù)藥芯焊絲半自動(dòng)焊工藝的研發(fā)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益分析：通過對(duì) X90 鋼管全尺寸氣壓爆破試驗(yàn)的現(xiàn)場焊接施工和無損檢測的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益分析：直接經(jīng)濟(jì)效益：X90 鋼管氣保護(hù)藥芯焊絲半自動(dòng)焊工藝在焊接施工

42、過程中，提高了焊接效率，減少了返修率，直接降低了焊接施工中的人工成本和施工成本；社會(huì)效益：氣保護(hù)藥芯焊絲半自動(dòng)焊工藝的研發(fā)，不僅提高了國內(nèi)高強(qiáng)度管線鋼管焊接施工的水平，而且也提高了我國管道建設(shè)在國際上的影響力。先后有較多國內(nèi)外企業(yè)院所觀摩了 X90 鋼管全尺寸氣壓爆破試驗(yàn)及焊口的裂紋擴(kuò)展特征。此外國內(nèi)外較多從事氣保護(hù)藥芯焊絲研發(fā)的焊材公司（如 Hobart 焊材集團(tuán)、伯樂焊材集團(tuán)、金橋焊材集團(tuán)和京群焊材集團(tuán)等）對(duì)該工藝表示出了極大的興趣，取得了良好的社會(huì)效益。30X90 鋼管氣保護(hù)藥芯焊絲半自動(dòng)焊工藝的研發(fā)九、標(biāo)準(zhǔn)化為鞏固該活動(dòng)的效果，QC 小組將實(shí)施中的有效措施形成了如下工藝評(píng)定報(bào)告、工藝規(guī)程、企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、發(fā)明專利：1、 形成企業(yè)標(biāo)準(zhǔn) 1 項(xiàng)X90 鋼級(jí)天然氣管道工程線路焊接技術(shù)規(guī)范；2、 焊接工藝規(guī)程 2 項(xiàng)爆破試驗(yàn)用 X90 鋼管焊接工藝規(guī)程及管道斷裂韌性試驗(yàn)場工程焊接工藝規(guī)