L245NB+316L復合管返修焊接工藝試驗

稅正偉

(西南石油大學，四川 南充 637001)

L245NB+316L復合管返修焊接工藝試驗

稅正偉

(西南石油大學，四川 南充 637001)

試驗采用鎢極氬弧焊進行封焊、根焊、過渡層焊，焊條電弧焊進行填充和蓋面，優(yōu)選TGFA-309L(φ 2.2 mm)、TGS-309MoL(φ 2.4 mm)、AROSTA309Mo(φ 2.0 mm)焊接材料，針對氣質(zhì)條件總壓力不大于15 MPa、CO2摩爾含量不大于0.35%，Cl-質(zhì)量濃度為60 g／L工作環(huán)境，L245NB+316L復合管進行了返修焊接工藝試驗。試驗結(jié)果表明：焊接接頭各項力學性能指標合格；晶間腐蝕、抗Cl-應(yīng)力腐蝕性能試驗試件均未見裂紋；失重腐蝕性能試驗結(jié)果表明，氣相平均腐蝕速率為0.022 3 mm／a，液相平均腐蝕速率為0.068 1 mm／a，均能滿足相關(guān)標準要求。

L245NB；316L；復合管；焊接工藝

0 前言

隨著我國石化工業(yè)的發(fā)展，石油化工裝置的工藝管道采用不銹鋼復合管越來越多。不銹鋼復合管結(jié)合了不銹鋼的耐腐蝕性能和普通碳素鋼的高強度性能，是一種制造成本低、綜合性能良好的金屬管道，其復層不銹鋼和工作介質(zhì)相接觸，具有良好的耐腐蝕性能，而強度主要靠基層來保證，因此，綜合制造成本較低[1-3]。但復合管制造和焊接工藝較復雜，特別是對過渡層和覆層的焊接質(zhì)量要求很高，容易出現(xiàn)缺陷，返修率較高[4]。所以，為了保證不銹鋼復合管返修焊質(zhì)量，切割方式、返修焊焊接工藝參數(shù)的選擇至關(guān)重要[5-6]。

1 焊接工藝試驗準備和要求

1.1 試驗材料和焊接方法

試驗選用L245NB／316L[φ 168.3 mm×(10+2)mm]復合管+316(φ 168 mm×11 mm)不銹鋼管對接，其化學成分和力學性能見表1、表2。采用鎢極氬弧焊直流正接法進行封焊、根焊、過渡層焊，焊條電弧焊進行填充和蓋面，根據(jù)板厚、接頭形式、結(jié)構(gòu)工作條件、結(jié)構(gòu)的安全使用原則以及技術(shù)、經(jīng)濟效益要求，通過多次試驗確定封焊、根焊選用TGFA-309L(φ 2.2 mm)焊絲，過渡層選用TGS-309MoL(φ 2.4 mm)焊絲，填充、蓋面選用AROSTA309Mo(φ 2.0mm)焊條。

表1 試驗材料化學成分 %

表2 試驗材料力學性能

1.2 試件準備和坡口形式

采用機械切割切斷復合管，切割時保證管端面與管軸線垂直，切割后需要用刮刀對管口進行修整(嚴禁采用氣割等高溫切割工具切割雙金屬復合管)。采用機械加工坡口，接頭和坡口形式如圖1所示，鈍邊0.5～1.5 mm，坡口角度55°～65°。

圖1 坡口形式

1.3 試驗要求

將試件水平固定，手工組對，采用上向焊。焊接過程中保證層間溫度小于150℃；根焊、過渡焊環(huán)境風速小于2m／s；填充、蓋面焊環(huán)境風速小于5 m／s；組對間隙2.0～3.0mm；覆層錯邊不大于0.5 mm、基層錯邊不大于1.6 mm；余高小于等于2.0 mm，局部不超過2.5 mm，且長度小于等于50 mm；焊縫層數(shù)5～6層；蓋面焊縫比坡口每側(cè)增加寬度小于等于2.0mm。

2 焊接工藝試驗

焊前清理坡口兩側(cè)50 mm內(nèi)的油污、雜質(zhì)，使用動力角向砂輪機或鋼絲刷清理至露出金屬光澤；當層間溫度超標時，應(yīng)讓其自然冷卻至規(guī)定值；焊接時先封焊基襯間隙，后進行打底焊，根焊層高度不得高于復合管封焊高度；施焊前10 min通入背面保護氣體，且鋼管內(nèi)部氧含量小于等于200×10-6，當多層焊不引起襯層氧化時方能去除保護裝置。焊接工藝參數(shù)如表3所示。

表3 焊接工藝參數(shù)

3 焊后檢查

3.1 外觀和無損檢測

外觀檢測結(jié)果見表4，焊縫余高0.5～2.0 mm，焊縫寬度14～16 mm，錯邊量小于等于0.5 mm，背面余高0.5～1.5 mm，無咬邊、表面氣孔、裂紋、未熔合、夾渣、焊瘤、背面凹坑等缺陷。依據(jù)SY／T 4109-2005標準，經(jīng)X射線探傷檢測結(jié)果為Ⅱ級，檢測結(jié)果合格，滿足技術(shù)要求。

表4 焊接試樣外觀檢測結(jié)果mm

3.2 力學性能試驗

根據(jù)SY／T 4103-2006評定標準對焊接接頭進行拉伸、彎曲、沖擊和刻槽錘斷性能試驗。試驗結(jié)果：表明焊接接頭未見明顯屈服，抗拉強度604 MPa，距焊縫表面熔合線316不銹鋼側(cè)50 mm拉斷；180°彎曲角度進行面彎、背彎試驗，試驗結(jié)果均合格；刻槽錘斷試驗未見斷口缺陷；沖擊試驗采用V型試樣，試樣尺寸7.5mm×10mm×55mm，試驗溫度-20℃，試驗結(jié)果如圖2所示。

3.3 抗腐蝕性能檢測

3.3.1 晶間腐蝕傾向檢測

圖2 焊接接頭沖擊值

晶間腐蝕試驗溶液采用GB／T 4334.5-2000規(guī)定，硫酸-硫酸銅腐蝕試驗，試驗周期24 h，試驗壓力為常壓。試驗后，將不銹鋼層焊縫接頭試件(內(nèi)表面受拉應(yīng)力)彎曲成U型，在10倍放大鏡下觀察316L內(nèi)襯層和316不銹鋼焊縫接頭，均未見裂紋。

3.3.2 失重腐蝕性能檢測

失重腐蝕試驗依據(jù)GB10124-1998進行，溶液介質(zhì)：Cl-＝60 g／L，氣體介質(zhì)：CO2摩爾含量0.35%，試驗壓力15 MPa，試驗溫度60℃，試驗周期120 h。

試驗結(jié)果表明：氣相平均腐蝕速率0.0223mm／a，液相平均腐蝕速率為0.068 1 mm／a。

3.3.3 抗Cl-應(yīng)力腐蝕性能檢測

在質(zhì)量Cl-濃度為60g／L的水溶液，溫度60℃，CO2壓力0.05 MPa，總壓力15 MPa的試驗環(huán)境中，依據(jù)標準GB／T10126-2002采用U型環(huán)法進行試樣檢測，檢測結(jié)果為：經(jīng)720 h后，試件均完好，無裂紋產(chǎn)生。

4 結(jié)論

上述各項試驗數(shù)據(jù)充分說明，本試驗嚴格按照焊接技術(shù)要求進行，試樣各項指標均合格，證明選擇的焊接工藝參數(shù)合理。本試驗適用于氣質(zhì)條件為：總壓力不大于15 MPa、CO2摩爾含量不大于0.35%，Cl-質(zhì)量濃度為60 g／L的工作環(huán)境下的L245NB+ 316L復合管返修焊焊接工藝技術(shù)要求。

[1]張立輝.16MnR+00Cr17Ni14Mo2復合管的焊接[J].石油工程建設(shè)，2010，36(1)：48-50.

[2]王 新.雙金屬復合管焊接藝研究與應(yīng)用[J].電焊機，2011，41(7)：71-73.

[3]王能利，張希艷，柏朝暉，等.薄不銹鋼覆層的20鋼管對接TIG焊工藝[J].焊接技術(shù)，2006，35(6)：33-34.

[4]宋建義.內(nèi)襯不銹鋼復合管焊接工藝的改進[J].民營科技，2012(7)：40.

[5]王憾利.超薄復合管20／0Cr18Ni9復合管焊接工藝研究[J].石油工程建設(shè)，2006，32(1)：55-58.

[6]李德祥.長輸管道焊縫返修焊接技術(shù)探討[J].江漢石油科技，2005，15(2)：47-49.

Welding process test on L245NB+316L composite pipe re-welding

SHUI Zheng-wei
(Southwest Petroleum University，Nanchong 637001，China)

Seal welding，root welding and transition layer welding were completed by TIG.Filling and cover face welding were completed by SMAW in the experiment.TGFA-309L(φ 2.2 mm)，TGS-309MoL(φ 2.4 mm)and AROSTA309Mo(φ 2.0 mm)welding materials were optimally selected.Welding process rest on L245NB+316L clad pipe re-welding was proceeded in the environment of total pressure was no more than 15 MPa，CO2molar content was no more than 0.35%and Cl-content was 60 g／L work.The test results show that the various mechanical performance index of welding joint are qualified.No crack appears to the specimen of intergranular corrosion resistance and Cl-stress corrosion resistance test.The results of weightlessness corrosion test shows that the average gas phase corrosion rate is 0.022 3 mm／a，and liquid average corrosion rate is 0.068 1 mm／a.All the test results can satisfy the relevant standards.

L245NB；316L；composite pipe；welding process

TG457.6

B

1001-2303(2012)07-0094-03

2012-06-29

稅正偉(1974—)，男，四川射洪人，碩士，講師，主要從事材料物理性能研究、物理教學與研究工作。