[发明专利]优化设计管线钢埋弧焊工艺参数的方法

说明书

技术领域

本发明涉及到钢管焊接领域，特别涉及到一种优化设计管线钢埋弧焊工艺参数的方法。

背景技术

油气输送用管线钢钢管的生产在国外始于上世纪50年代，而我国则始于上世纪90年代中期。油气输送用管线钢钢管已从最初的X52发展到X80,且正在开发X90～X120超高强度管线钢钢管，油气输送管线钢钢管在世界上得到广泛应用，其中埋弧焊管线钢钢管用量最大。油气输送埋弧焊管线钢钢管通常有严格的焊接质量要求：焊缝与母材平滑过渡，焊缝余高0.5-2.5mm；内外焊缝重熔量1.5-3.0mm；焊接接头夏比低温冲击韧性100J(实际生产时在技术规范要求的基础上增加一定的富裕量)以上。选择合适的焊接材料后如何精确设计不同规格油气埋弧焊管线钢钢管焊接工艺参数确保焊接质量要求，通常的做法是设计多种试板坡口尺寸及多组焊接工艺参数进行焊接工艺评定，试焊后根据焊缝宏观形貌和力学性能优选，这导致生产成本高且效率低。

广东石油化工学院张立斌在2014年《焊接技术》第1期发表的《埋弧焊工艺参数优化与模型建立》的文章显示，采用单元正交多项式回归设计方法对中薄板埋弧焊单面焊双面成形焊接工艺参数与板厚的关系进行了优化，建立了焊接工艺参数与板厚的数学模型，可以用来确定中薄板埋弧焊单面焊双面成形焊接工艺参数。钢板厚度3-13mm、焊接电流范围400-890A、电弧电压28-40V、焊接速度0.37-0.78m/min。该数学模型只是保证钢板焊透，对焊缝与母材平滑过渡及焊缝余高没有强制要求，也没有控制焊接热输入量保证焊接接头低温冲击韧性的要求，同时油气输送埋弧焊管线钢钢管采用内外双面单道焊，钢板厚度通常为6-40mm、焊接电流范围450-1600A、电弧电压30-46V、焊接速度1.0-2.5m/min。因此上述数学模型不适合管线钢钢管埋弧焊工艺参数优化设计。

天津大学材料科学与工程学院王海波在2012年《电焊机》第8期发表的《多层多道埋弧焊工艺参数优化设计方法》的文章显示，采用底层焊(打底焊)、填充焊和盖面焊的焊接参数设定和优化的基本原则，设计了相应的参数设定和优化软件，对中厚钢板单面多层多道埋弧焊焊接电流、焊接速度、焊接电压、热输入以及焊道数等基本参数进行优化。不适合油气输送埋弧焊管线钢钢管内外双面单道焊工艺参数优化设计。

为降低生产成本、提高生产效率，需针对油气输送埋弧焊管线钢钢管构建埋弧焊工艺参数的数学模型，实现管线钢钢管埋弧焊工艺参数优化设计。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用公式计算出焊接面能量、焊缝余高和内外焊缝重熔量比较值，利用比较值确定优化设计管线钢埋弧焊工艺参数的方法。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：

一种优化设计管线钢埋弧焊工艺参数的方法，其特征在于：

所述方法如下进行：

1、计算焊接面能量Q：焊接面能量由下列公式计算

式中Q为焊接面能量，单位为J/mm²，I为焊接电流，单位为安培；U为电弧电压，单位为伏特；V为焊接速度，单位为mm/min，t为钢管壁厚，单位为mm,n为焊枪电极总数，i为焊枪电极序号,i＝1,2,3......n，焊接面能量计算出比较值的取值范围为100J/mm²＜Q≤220J/mm²；

2、计算单位时间焊丝熔敷量G：单位时间焊丝熔敷量由下列公式计算：

式中G为单位时间焊丝熔敷量，单位为g/min；I为焊接电流，单位为安培；U为电弧电压，单位为伏特；n为焊枪电极总数，i为焊枪电极序号,i＝1,2,3......n；

3、计算单位时间熔敷金属的体积：单位时间熔敷金属体积由下列公式计算：

V_金＝G×1000÷7.85

式中V_金为单位时间熔敷金属的体积，单位为mm³/min，G为单位时间焊丝熔敷量，单位为g/min；

4、计算单位时间焊缝坡口体积V坡：单位时间焊缝坡口体积由下列公式计算：

V_坡＝Vh²t_gα

式中V_坡为单位时间焊缝坡口体积，单位为mm³/min，V为焊接速度，单位为m m/min，h为坡口深度，单位为mm，α为坡口角度，单位为度；

5、计算焊缝余高δ：计算公式如下：