L485MB+316L大管徑復(fù)合管焊接工藝研究

摘要：不銹鋼復(fù)合鋼管與不銹鋼復(fù)合鋼板一樣，既有不銹鋼較強的耐腐蝕性，又有普通鋼的經(jīng)濟性和承受高溫高壓的強度要求。近年來許多氣田、場站的工藝管網(wǎng)中都有普遍使用。由于其特殊的結(jié)構(gòu)形式，導(dǎo)致其焊接工藝較復(fù)雜，特別是對復(fù)合面、過渡層及復(fù)層的焊接質(zhì)量要求很高。本文詳細分析了不銹鋼復(fù)合材料的焊接性，描述了L485MB＋316L大管徑不銹鋼復(fù)合管焊接接頭的坡口形式，并通過焊接工藝評定確定了焊接工藝參數(shù)。該工藝通過我公司在遼河油田雙六區(qū)塊汽驅(qū)采油及秦皇島——沈陽天然氣管道配套儲氣庫工程中的應(yīng)用，獲得了滿意的焊接質(zhì)量，滿足了設(shè)計與標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的要求，為公司今后發(fā)展積累了一定的經(jīng)驗。

關(guān)鍵詞：大管徑復(fù)合鋼管封焊過渡層焊接工藝

0 引言

2012年初，我公司承攬了遼河油田雙六區(qū)塊汽驅(qū)采油及秦皇島-沈陽天然氣管道配套儲氣庫工程任務(wù)，該項目工藝管線規(guī)格主要為Φ660×（20+2），材質(zhì)為L485MB＋316L的復(fù)合管，設(shè)計壓力為14MPa。不僅要求有很好的耐腐蝕性并且對其基層的強度、塑性和韌性都有很高的要求，在我們國內(nèi)屬于首次應(yīng)用，我們通過和復(fù)合管生產(chǎn)廠家及管材焊接研究機構(gòu)探討和研究，查閱了大量的國內(nèi)外相關(guān)資料，確定大管徑復(fù)合管焊接新工藝。

1 不銹鋼復(fù)合管的結(jié)構(gòu)形式

不銹鋼復(fù)合管是采用燃爆復(fù)合的方法把不銹鋼和合金鋼機械復(fù)合在一起的，分為三層，基層、過渡層、復(fù)層，基層低合金高強度鋼，復(fù)層為不銹鋼，因為不是冶金結(jié)合所以基層和復(fù)層之間的焊接是關(guān)鍵。本次研究的L485MB屬于低合金高強度鋼類，不銹鋼316L屬奧氏體不銹鋼。

2 焊接性分析

2.1 焊接時存在的主要問題

2.1.1 焊縫內(nèi)部產(chǎn)生結(jié)晶裂紋

產(chǎn)生結(jié)晶裂紋的原因首先是由于稀釋率的影響，由于基層的含碳量高于復(fù)層，使復(fù)層受到基層的稀釋作用，造成焊縫中奧氏體形成元素減少，含碳量增加。還由于奧氏體結(jié)晶區(qū)間很大，熔池結(jié)晶時在枝晶的晶界上存在硫、磷、硅等低熔點共晶物，在拉應(yīng)力的作用下產(chǎn)生裂紋。

2.1.2 熱影響區(qū)容易脆化和產(chǎn)生液化裂紋

用不銹鋼焊絲焊接覆層時，容易熔化基層母材，使焊縫金屬被稀釋，形成奧氏體+馬氏體的雙相組織，使塑性和耐蝕性降低，而使熔合區(qū)脆性明顯增加。

熱影響區(qū)由于受到熱循環(huán)影響，等低熔點雜質(zhì)被熔化，在焊接應(yīng)力的作用下產(chǎn)生裂紋。焊接時，熱影響區(qū)受到熔池金屬的熱脹作用產(chǎn)生壓應(yīng)力，熱影響區(qū)晶界存在的低熔點共晶物的液態(tài)薄膜被拉開時會產(chǎn)生裂紋，另外施工環(huán)境和加熱冷卻等因素的影響也會產(chǎn)生液化裂紋。

2.1.3 氣孔

主要出現(xiàn)的部位是填充和蓋面層，RMD焊機屬于是半自動MIG焊，對氬氣和二氧化碳氣體的純度要求很高，氬氣和二氧化碳的配比比例是Ar78-82%+CO218-22%，如果超出這個比例，就容易產(chǎn)生氣孔。另外，焊絲伸出長度過長、角度過大，也是產(chǎn)生氣孔主要原因。

2.2 主要措施

防止焊縫及熱影響區(qū)產(chǎn)生結(jié)晶裂紋和液化裂紋及氣孔的主要措施包括正確制定焊接工藝，合理選擇焊接材料，選擇合適的預(yù)熱溫度和層間溫度，嚴格遵守操作規(guī)程等；焊接時先用奧氏體鋼焊材焊接覆層。在基層和覆層之間用含鈮的鐵素體焊材焊接隔離焊縫即過渡層，盡量避免使用含鉬元素的焊材。最后用結(jié)構(gòu)鋼焊材焊接基層。這種措施可避免在熔合區(qū)附近出現(xiàn)脫碳層和增碳層，減少熔合區(qū)的脆化現(xiàn)象。嚴格控制氣體的配比，控制好焊槍的角度和干伸長度。

2.3 實證分析

該次研究的不銹鋼復(fù)合鋼管材質(zhì)為L485MB＋316L，規(guī)格為Φ660×（20+2），通過對奧氏體不銹鋼復(fù)合鋼的焊接性分析可得出，坡口角度、焊接方法、施工環(huán)境、焊材及工藝參數(shù)的選擇是保證復(fù)合鋼管的焊接質(zhì)量的關(guān)鍵。

過渡層焊道屬于異種鋼焊接，主要起到阻止基層的碳進入到復(fù)層，使復(fù)層受到基層的稀釋，造成焊縫中奧氏體形成元素減少，含碳量增加。為了減少基層對復(fù)層的稀釋，焊接過渡層時采用小電流、快速焊、排焊等方法焊接，以利于減少熔深，使基層和復(fù)層的交界處有一定的鐵素體組織，防止根焊道被氧化，提高焊接接頭的抗裂性能和耐腐蝕性。

316L不銹鋼焊接時，要采用氬弧焊打底保證焊接質(zhì)量，藥芯焊絲打底背面直接有保護層焊道不會被氧化，避免了普通焊絲管內(nèi)充氬氣的步驟。焊接時要控制焊道間溫度在6O℃以下，焊縫應(yīng)盡可能一次焊完，少中斷、少接頭，收弧要使用有衰減功能的焊槍，防止產(chǎn)生弧坑裂紋。

3 焊接工藝

3.1 焊材及焊接方法 封焊、打底焊、過渡焊采用氬弧焊，基層采用RND半自動焊焊接。根據(jù)不同的焊接位置，選用不同的焊接材料。封焊時選用Φ1.2 mm的ER309L焊絲，打底焊時選用Φ2.5mmTGF316L藥芯自保護焊絲（免去內(nèi)充氬），過渡層的焊絲選用Φ2.0mm 的ER309L，基層焊接選用Φ1.2mm 的JM -68焊絲。

3.2 焊接順序 為了確保焊接質(zhì)量我們要求管材生產(chǎn)廠家對大管徑復(fù)合管加工了特殊的坡口，采取先封焊，然后打底焊（焊接覆層），接著焊接過渡層，最后焊接基層的焊接順序。為了防止焊接接頭基層與復(fù)層的復(fù)合面耐腐蝕性達不到要求，要先對接頭坡口復(fù)合面處進行封焊，以滿足焊接接頭的耐腐蝕性。

3.3 坡口形式尺寸及焊接順序見圖一，焊接工藝參數(shù)見表1

為了確保焊接質(zhì)量我們對復(fù)合管加工了如圖一所示的坡口：

其中：鈍邊高度t：0.5-1mm；坡口角度：45±5°。對接間隙：3-4mm。

圖1中所示焊接工藝：1－封口焊；2－打底焊；3－過渡焊；4－填充焊；5以上－蓋面焊。其中：1、2-手工氬弧焊，3、4、5以上為半自動焊。

3.4 焊接要點

焊前必須嚴格清理坡口兩側(cè)各50mm內(nèi)的油污、鐵銹等雜質(zhì)；

焊絲用酒精或丙酮擦拭，保證清潔；

封焊電流不宜過大，不能燒穿襯管，不能氧化，否則影響襯層的耐腐蝕性能；

嚴格控制層間溫度在150℃以下；

焊接接頭背面合格顏色為銀白、金黃、藍、紅，灰色、黑色等為不合格；

每道手工焊接后嚴格清理焊口，保證焊接質(zhì)量；

所有焊接參數(shù)最好采用小規(guī)范、快速焊。

4 工藝評定及產(chǎn)品焊接試件

經(jīng)過以上分析，我們制定了一個焊接工藝指導(dǎo)書，并指導(dǎo)施焊了尺寸為Φ660x（20+2）mm一組試件。焊縫經(jīng)過外觀及RT檢測全部合格，之后我們又對該試板進行了一系列的力學(xué)性能試驗（包括拉伸、彎曲、沖擊）和耐腐蝕試驗，結(jié)果各項性能指標(biāo)均達到要求。

5 結(jié)束語

通過對奧氏體不銹鋼復(fù)合鋼焊接性及大直徑復(fù)合管的焊接方法的分析研究，制作相應(yīng)的焊接工藝評定，我們形成了一套合理的焊接工藝，并用其指導(dǎo)現(xiàn)場焊接，焊接質(zhì)量得到很好的控制，效率相對手工焊有了很大的提高，以此證實該種焊接方法接焊接工藝合理，可在生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用。