都研究应用了类似的管道内、外自动焊技术，当今世界大口径管道自动焊技术的主流就是该项技术。

前苏联研制的管道闪光对焊机，焊接方法为电阻焊。这种工艺在前苏联时期累计焊接大口径管道数万千米。它的显著特点就是耗电量高，机组庞大，同时也具有显著的焊接高效率和很强的环境适应能力。目前，受经济和技术条件的制约，该项焊接技术已经不再被采用。

1.3.2我国长输管道焊接现状

我国钢质管道环焊缝焊接技术经历了几次大的变革。七十年代采用传统焊接方法，上向焊的低氢型焊条电弧焊工艺，该方法的特点是管口组对间隙较大。焊接过程中采用断弧操作法完成，焊层厚度大，焊接效率低，焊接质量较差，目前主要用于长输管道站场的焊接施工，在线路工程建设中已基本不采用。

八十年代推广焊条电弧焊下向焊工艺，使用纤维素型焊条和低氢型焊条下向焊。这种方法的特点是管口组对间隙小，焊接过程中使用大电流、多层、快速焊的操作方法来施行。薄的焊层厚度，高焊接效率，并且通过后面焊层对前面焊层的热处理作用来提高环焊接头的力学性能。焊条电弧焊具有灵活简便、适应性强等特点。同时由于焊条工艺性能的不断改进，其熔敷效率、力学性能仍能满足当今管道建设的需要，在很多场合下是自动焊方法所不能代替的。

九十年代采用自保护药芯焊丝半自动焊工艺，这种方法的特点是高熔敷效率，焊接质量好，焊工容易于掌握，对不同施工环境的适应能力很强，具有比较高的技术经济指标。

如今，随着管道建设用钢管强度等级的提高，管径和壁厚的增大，在管道焊接施工过程中渐渐开始采用熔化极气体保护自动焊工艺。这种方法的特点是对管口组对质量要求高，焊接过程受人为因素影响小、焊接效率高、劳动强度小，对于大口径、厚壁钢管以及恶劣的气候条件下的管道建设具有很大的潜力，现在正在逐步推广使用。此外，在九十年代，采用了双联管焊接工艺来提高焊接施工效率。即在施工现场附近建立临时的工作站，使用埋弧焊等焊接方法完成两根钢管的对接后再运送到施工现场进行固定钢管的环焊缝对接。

目前，管道焊接施工使用的主要焊接工艺有：纤维素焊条和自保护药芯焊丝半自动焊的组合工艺（SMAW+FCAW，通常称为半自动焊）、富氩混合气体保护自动焊工艺（GMAW，通常称为自动焊）和纤维素焊条和低氢焊条的组合工艺（SMAW，通常称为手工焊）。其中，自保护药芯焊丝半自动焊工艺的施工配套机具简单，施工占地面积小，对各种不同施工环境的适应能力很强，是目前管道焊接施工中一种重要的焊接工艺。而自动焊工艺的施工配套机具复杂，施工占地面积较大，一般适用于平坦开阔地区的大机组作业。焊条电弧焊的施工配套机具最简单，适合于单兵作业。

1.4本文研究的主要内容

本课题作为X80钢焊接性课题研究的初始工作，主要目的是研究X80钢在焊接过程中产生的冷裂纹问题通过改变一些试验方法和工艺设计进行分析；提高热影响区的韧性，实现焊缝金属的纯净化与晶粒细化、选择合适的焊接方法以及改进焊接工艺等。利用扫描电镜、金相显微镜研究了环缝焊接接头的显微结构、物相成分，并对接头的力学性能和显微硬度进行了测试与分析。

我以宝鸡石油钢管厂提供的X80管线钢为研究对象，将展开以下的研究工作。

（1）焊接工艺的设计：焊接接头的不同区域由于受到的热循环不同，其组织和性能有极大的差异，焊接接头韧性最薄弱的区域是粗晶区，有一定的冷裂倾向。当采用小线能量现场焊接时，淬硬组织可能产生在热影响区，甚至产生冷裂纹。焊接热输入量越大，晶粒长大越严重、热影响区硬度也越低，软化现象就越严重。因此，需要焊前预热。焊接方法也对焊缝的性能有很大的影响。

（2）通过各种力学性能试验检测焊接接头是否合格。

（3）组织性能分析：通过金相显微镜、扫描电镜、分析方法观察焊缝处组织的形貌及变化分析这种变化对焊缝的力学性能和焊缝冷裂纹产生的影响。

第2章

2.1试验选用的材料

2.1.1钢管试验材料及焊接工艺

试验采用西气东输二线工程拟采用的钢管APISpec5LX80管线钢直径610mm、壁厚7.9mm与同样材质的直径810mm，壁厚18.4mm钢管。该钢管由宝鸡石油钢管有限责任公司提供的

X80管线钢，该钢是一种通过控扎控冷工艺获得的超低碳、微合金高强钢，是一种性能优良的管线钢材料。其化学成分和力学性能。如表2.1，表2.2所示：

表2.1X80管线钢化学成分

C

0.059

Nb

0.059S0.004Ti0.016Mn1.52V0.040Cr0.026Fe97.53Mo0.210N0.007Ni0.178Pb0.002Si0.178P0.013Al0.025Cu0.118

表2.2X80管线钢力学性能

试验材料屈服强度

Re/MPa

X80管线钢580抗拉强度Rm/MPa720拉伸率A(％)33.0冲击吸收功Akv(-20℃)/J102

有许多化学元素影响钢材焊接性，以碳为主要影响，所以可以按照碳当量(Ceq)来判断其焊接性的优劣，碳当量Ceq≤0.45为一般输气用管线钢。用冷裂纹敏感系数Pcm也可以判别X80输气管线钢材的焊接性，一般Pcm≤0.2。规定管线钢的硬度不大于248HV，用来为防止管线的硫化物应力腐蚀破坏；为了提高钢的纯净度、提高成分和组织的均匀性，可以同时限制S的含量小于

0.004%，P的含量小于0.02%，一般碳的含量不高于0.1%，Mn的含量不大于1.55%。在降低S含量的同时进行Ca处理，通过微合金化与控扎、控冷使晶粒细化、限制带状组织等。

图2.1针状铁素铁

该钢的原始组织为针状铁素体(图2.1)。针状铁素体是一种在连续冷却条件下获得的不同于铁素体一珠光体或少珠光体的类贝氏体组织，相变形成温度略高于上贝氏体，以扩散和切变的混合机制实现相变，因而在非等轴铁素体基体中具有高的亚结构和位错密度。因为相变中只涉及到铁素体,不形成渗碳体，而且其中只含有少量残留奥氏体(部分奥氏体冷却时转变为马氏体)，所以该相变产物为铁素体范畴。针状铁素体呈板条或针状片条形态，其微观结构类型包括准多边形铁素体(QF)、粒状铁素体(GF)和贝氏体铁素体((BF)M/A岛等。

2.1.2焊材

工艺试验分三组进行，根据目前市场上具有的焊材，为了保证环焊缝强度不低于或略高于母材强度的基础上，获得较好的焊缝强度，选取强度级别与母材相当或略高于母材的焊接材料。工艺方案一使用(BOHLER)E9010焊条进行根焊，(BOHLER)E9018焊条手工焊进行填充焊和盖面焊。工艺方案二为使用低氢纤维素(BOHLER)E9010焊条进行根焊，(HOBART)81N2自保护药芯进行填充和盖面焊接。工艺方案三使用METALLOY71自保护药芯焊丝打底，使用29Nil填充和盖面焊。试验用焊接材料的化学成分及熔敷金属力学性能见表2.3、表2.4。