2.3X80焊接冷裂纹
冷裂纹是管线钢焊接过程中可能出现的一种严重缺陷，由于焊接热影响区具有较高的脆硬倾向和缺口效应。因而，冷裂纹主要发生在管线钢的热影响区。低碳当量的细晶钢减小了冷裂倾向，显然改善了它的冷裂敏感性。因为母材细晶钢的碳当量低，但是熔敷金属碳当量高，所以氢就被固在熔化的金属中，在焊缝中出现冷裂，所以降低焊缝的冷裂倾向可减少扩散氢含量。一般冷裂纹产生于晶界，沿晶内扩展。管线钢的现场环焊多使用薄皮纤维素焊条手工电弧焊，容易导致大量的氢渗入，而且焊接输入热量低，冷却速度又快，所以易于产生高硬度低韧性的低温转变产物。因而增加了冷裂纹的敏感性引起管线钢焊接冷裂纹的三大因素是扩散氢、淬硬组织和应力。一般可以采取的防止冷裂纹的工程措施都是从三个方面展开的。2.3.1控制氢源
自动和半自动气体保护焊是最具吸引力的低氢焊接方法，低氢焊接还可采用低氢焊接材料，控制焊接气氛以减少外部氢侵入，其中包括焊条的去氢处理、防潮、烘干等和低氢焊条的选用，管道焊接的发展方向是低氢焊接。然而，在世界范围内纤维素焊条的手工电弧焊仍然是管道施工中应用广泛的焊接方法。这是因为其具有易于操作、焊接速度高、适于不同地域和施工现场的特点，在采用纤维素焊条作业时注意焊接工艺过程的控制，还可以防止冷裂纹的产生，。2.3.2控制应力
在采用纤维素型焊条的大型管道工地焊接中，因焊接安装所产生的附加应力必须予以充分的注意，应精心若干工艺细节的操作，其中包括：在打底焊中采用纤维素焊条，打底焊过程中避免管道的松动，只有在打底焊后，或者在厚壁管环焊缝的6点和12点位置加固后，才能松开管内对中夹具。打底焊道与随后的热焊道间隔时间不超过5min，可能的焊接后回火等。
2.4焊接工艺设计
试验使用三种工艺方案，前两种工艺方案焊接壁厚7.9mm的管子，而第三种工艺方案焊接壁厚18.4mm的管子。凭借焊材厂家提供配合工人师傅的经验来确定工艺参数，是否合适于焊接现场的环境还需要力学性能试验检测。
(l)纤维素型焊条电弧焊E9010(根焊)+低氢型焊条E9018-G电弧焊(其余焊道)下向焊。(2)纤维素型焊条E9010电弧焊(根焊)+自保护药芯焊丝81N2半自动焊(其余焊道)下向焊。(3)自保护药芯焊丝Metalloy71半自动焊(根焊)+自保护药芯焊丝JC-29Nil半自动焊(其余焊道)下向焊。
适合于手工下向焊接工艺的是纤维素和低氢型焊条，与传统的向上焊接工艺相比，下向焊具有速度快、质量好、熔敷率高等突出优点。而自保护药芯焊丝半自动焊，本身利用渣-气联合保护，抗风力可达8m/s，有效地克服了其他焊接工艺方法野外作业抗风能力差的特点。同时也具有焊接效率高、质量好且稳定的特点，成为长输管道野外焊接目前主要的焊接方法。在长输管道中纤维素和自保护药芯焊丝广泛应用，其全位置操作性能好、熔敷率高、焊缝金属韧性好。但在焊态下焊缝金属中有粗大的柱状晶组织，使其多道焊和单道焊之间的韧性值有较大的差别。因此在使用自保护焊丝焊接时，应严格控制焊接热、输入量、焊接摆动宽度和每焊层的厚度。2.4.1工艺方案一
工艺方案一的坡口形式相同如图2.2，使用的焊接工艺参数见表2.5
表2.5工艺方案一焊接工艺参数
焊接方法
焊接层
电流(A)
电压(V)
牌号
焊条电弧焊
根焊填充焊填充焊盖面焊
80-105185-195195-205195-215
27-3220-2520-2520-25
E9010E9018-GE9018-GE9018-G
直径Φ4.0Φ4.0Φ4.0Φ4.0
9分48秒4分2秒1分30秒4分38秒
0.1660.4021.0820.350
126-152120-168151-17075-90
13.4017.5014.82
焊材
焊接时间
焊接速度(cm/s)
预热或层温（℃）
线能量(KJ/cm)
(l)试验钢管：管径为610mm，壁厚为7.9mm的螺旋埋弧焊APISpec5LX80级钢管。(2)接头设计；接头形式为对接；坡口形式：V型；钝边：1.0-1.5mm；坡口角度：55-65；间隙：l.2-1.8mm；余高小于1.6mm；错边小于1.6mm无垫板。
(3)焊缝层数：采用四层成形根焊，填充1，填充2，盖面焊。
(4)焊接材料：根焊和热焊均采用E9010焊条；填充和盖面均采用E9018-G焊条。(5)焊接方法：焊条电弧焊。
(6)执行标准：Q/SY0452-2002“石油天然气金属管道焊接工艺评定”。
(7)焊接设备：采用火焰加热使被焊管端100mm以内加热至120℃，采用DC-500焊机。(8)焊接工艺：层间与热焊间隔<10min，层间温度为120-150℃。(9)施焊环境：温度为16℃，湿度为60%RH，风速为<5m/s。
图2.2坡口示意图
2.4.2工艺方案二
工艺方案二坡口形式与方案一样如图2.2所示，采用焊接工艺参数见2.6。
表2.6工艺方案二焊接工艺参数
焊接方法
焊接层
电流(A)
电压(V)
焊材
焊接时间
焊接速度(cm/s)
预热或层温(℃)
线能量(KJ/cm)
牌号直径
焊条电弧焊+自动保护药芯半自动焊
根层85-9522-26E9010Φ4.05分32秒
0.293105-1187.8
填充层填充层盖面焊
220-240220-240210-230
18-1981N2Φ2.04分8秒
0.393112-12615.1
18.581N2Φ2.01分32秒
1.058——
18-1981N2Φ2.05分48秒
0.280——14.8
焊接过程与方案一相同，采用DC-500焊机+T456送丝机。2.4.3工艺方案三
工艺方案三坡口形式与方案一样如图2.2所示，采用焊接工艺参数见2.7。
表2.7工艺方案三焊接工艺参数
焊接方法
焊接层
电流(A)
电压(V)
牌号
直径
全自保护药芯焊丝半自动焊
填充焊盖面焊根焊
180-195200-240200-240
18-18.518.5-1919
Φ2.0Φ2.0
METALLOY
Φ2.0
2分28秒13分42秒1分44秒
0.385
115-150
10.87
0.292
120-168
12.07
0.270
100
10.13
焊材
焊接时间
焊接速度(cm/s)
预热或层温(℃)
线能量(KJ/cm)
试验钢管：宝鸡石油钢管厂生产的管径为810mm，壁厚为18.4mm的螺旋埋弧焊APISpec5LX80级钢管。与方案一相同的焊接过程，工艺三使用小线能量薄层多道焊，填充有6道上表给出的为平均线能量，盖面焊有3道上表线能量也为平均值。
2.5焊后检测
本次试验焊后采用XXH-2505(HJZO04)型号的X射线探伤仪进行探伤，对环焊缝进行了探伤，探伤结果表明该焊缝无气孔、夹渣等缺陷，质量合格。
2.6焊接操作工艺性能分析
根焊时，使用了E9010纤维素型焊条，其牌号有HOBARTFOXCEL、台湾天泰、天津大桥等，在焊接过程中，发现台湾天泰、天津大桥等纤维素型焊条不是电弧吹力小、焊条偏心严重，就是根焊道单面焊双面成形不良等工艺性能差，几乎不能满足根焊高质量的要求，而BOHLERE9010焊条操作工艺性能及单面焊双面成形都良好。填充焊BOHLERFOXBVD90E9018-G焊条焊接操作工艺性能优良，能满足工程需要,实际管道工程可以采用。
采用药芯焊丝半自动焊，HOBART81N2的焊接规范参数调节范围大、焊接电流大、操作工艺性能较好、施工效率高，焊工容易掌握，从操作工艺性能方面分析推荐优选HOBART81N2。
METALLOY71焊丝的特点是几乎无飞溅、无渣，溶敷率高，扩散氢含量低，根焊时为降低根焊缝的扩散氢含量可选用它。JC-29Nil是一种低合金钢自保护药芯焊丝，具有优良的低温韧性,抗裂性能好。其熔敷效率高，电弧穿透力大，呈喷射状，操作容易，适宜全位置焊接。由于熔渣凝固快，特别适合立向下焊。可用于焊接厚板及刚性大的重要结构。