TIP TIG焊接技術(shù)在雙金屬?gòu)?fù)合管海底管道鋪設(shè)中的應(yīng)用（下）

海洋石油工程股份有限公司 （天津 300452） 徐玉強(qiáng) 徐曉明 許可望 武振凱 劉慶昌

為此，我們選用了單金屬焊絲的TIP TIG焊接工藝。焊材選用了美國(guó)ARCOS 公司生產(chǎn)的ARCOS 625卷式TIG焊絲，其實(shí)測(cè)化學(xué)成分如表3所示，焊接參數(shù)如表4所示，坡口如圖4所示。

表3 ARCOS 625焊絲實(shí)測(cè)化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）（%）

表4 復(fù)合管TIP TIG焊接參數(shù)

圖4 焊接坡口

3.工藝評(píng)定試驗(yàn)

（1）試驗(yàn)步驟 崖城13-4氣田海底管道項(xiàng)目復(fù)合管焊接工藝評(píng)定按照國(guó)際上最嚴(yán)格的DNV—OS—F101海底管線(xiàn)規(guī)范執(zhí)行。試驗(yàn)步驟為：坡口制備→管線(xiàn)組對(duì)→TIP TIG焊接→外觀檢驗(yàn)→射線(xiàn)檢驗(yàn)→焊縫接頭性能測(cè)試分析。

（2）拉伸與彎曲試驗(yàn) 進(jìn)行拉伸和彎曲試驗(yàn)，測(cè)定焊縫接頭強(qiáng)度和延展性。試驗(yàn)后的試樣照片如圖5所示。試驗(yàn)結(jié)果表明焊縫接頭強(qiáng)度滿(mǎn)足要求，焊縫表面和根部塑性良好。

圖5 拉伸與彎曲試驗(yàn)照片

（3）宏觀與顯微組織分析 焊縫接頭宏觀照片如圖6所示，未見(jiàn)缺陷。焊縫接頭焊縫、熱影響區(qū)和母材三個(gè)區(qū)域的微觀組織如圖7所示。

圖6 焊接接頭宏觀照

圖7 硬度測(cè)試結(jié)果

金相組織表明，焊接接頭各微區(qū)組織均勻，同時(shí)不銹鋼焊縫中只有鐵素體和奧氏體兩相，未發(fā)現(xiàn)含Cr碳化物的析出，這是由于采用了超低碳焊絲，從而制約了含Cr碳化物的形成，確保焊縫在服役過(guò)程中不會(huì)發(fā)生晶間腐蝕。

（4）硬度測(cè)試 進(jìn)行焊縫接頭的硬度測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如圖7所示。從硬度數(shù)據(jù)可看出，HAZ硬度高于母材硬度，從熔合線(xiàn)到母材硬度逐漸降低，并逐漸接近母材硬度，焊接接頭各處的硬度值都小于酸性介質(zhì)中管線(xiàn)鋼的硬度極限值HV250。

綜上所述，焊材選擇和焊接參數(shù)是合適的，能夠滿(mǎn)足雙金屬?gòu)?fù)合管焊接接頭的性能要求。

五、海底管道鋪設(shè)

崖城13-1氣田海底管道是我國(guó)首條采用機(jī)械雙金屬?gòu)?fù)合管的海底管道項(xiàng)目，全長(zhǎng)22.5km。施工過(guò)程中為了將焊接缺陷出現(xiàn)幾率降至最低，在復(fù)合管的焊接過(guò)程中要求坡口加工精度和組對(duì)精度盡可能高。同時(shí)，由于起到耐蝕作用的內(nèi)襯復(fù)層合金通常較薄，一般不超3mm，若因焊接根部缺陷引起局部根部返修，對(duì)于內(nèi)部合金層耐蝕質(zhì)量會(huì)有較大影響，因此對(duì)于海管鋪設(shè)通常的做法是禁止進(jìn)行根部全刨透返修的。如果出現(xiàn)根部缺陷便進(jìn)行切管作業(yè)，重新加工管端坡口再進(jìn)行組對(duì)焊接，這樣勢(shì)必造成整條鋪管作業(yè)線(xiàn)停機(jī)等待，將嚴(yán)重影響鋪設(shè)效率與成本。因此必須統(tǒng)一質(zhì)量與效率之間的矛盾，提高焊接質(zhì)量或者增加過(guò)程檢驗(yàn)，從降低返修率、及早發(fā)現(xiàn)根部缺陷及避免焊口切除等方面提高鋪設(shè)效率。

六、結(jié)語(yǔ)

TIP TIG焊接技術(shù)成功應(yīng)用到了我國(guó)首條雙金屬?gòu)?fù)合管崖城13-4海底管道項(xiàng)目的鋪設(shè)中。滿(mǎn)足了海底管道鋪設(shè)焊接對(duì)高質(zhì)量和高效率的雙重要求，是復(fù)合管管道焊接的最佳焊接方法之一。

（1）對(duì)于X65+316L復(fù)合管焊接，焊材選擇與端部堆焊冶金復(fù)層相兼容且焊縫金屬?gòu)?qiáng)度高于基層材料的合金焊絲ARCOS 625。

（2）合理控制工藝參數(shù)，兼顧焊接效率和復(fù)層耐腐蝕性能要求。

（3）采取措施，避免耐蝕合金復(fù)層免受基層碳鋼的污染，從而降低復(fù)層耐腐蝕性能。

（4）海底管道鋪設(shè)過(guò)程中保持坡口加工精度和組對(duì)精度至最佳水平，降低缺陷特別是根部缺陷發(fā)生幾率。

雙金屬?gòu)?fù)合管海底管道TIP TIG焊接技術(shù)的開(kāi)發(fā)和首次成功應(yīng)用，為復(fù)合管的高效高質(zhì)量焊接提供了解決方案。這必將促進(jìn)復(fù)合管在石油天然氣工業(yè)中得以更大規(guī)模的推廣應(yīng)用，對(duì)于降低管道工程建設(shè)成本和提高管道服役壽命有著重要經(jīng)濟(jì)和技術(shù)意義。