Incoloy825復(fù)合管向下立焊操作技術(shù)探討

劉慶忠 張敬洲 張先龍

土庫(kù)曼300億增供氣項(xiàng)目主要包括采氣單井（包括采氣管道240km）60座、預(yù)處理廠6座、集氣管道72km、處理廠2座及外輸大口徑管道435km。該項(xiàng)目中采氣和集氣管道材質(zhì)為Incoloy825合金復(fù)合管，規(guī)格主要為φ219mm與φ610mm兩種。

目前，國(guó)內(nèi)Incoloy825焊接主要采用氬電聯(lián)焊工藝，熔化極氣體保護(hù)焊向上立焊也有試驗(yàn)。為此，針對(duì)土庫(kù)曼工期緊、工作量大、焊工少等現(xiàn)狀，我單位進(jìn)行了Incoloy825合金復(fù)合管向下立焊工藝研究，并取得初步成果。

1.焊接性分析

Incoloy825鐵鎳合金是Ni-Fe-Cr系，主要用于耐熱與耐蝕環(huán)境。鐵鎳基合金具有較大的焊接熱裂紋傾向，相對(duì)于奧氏體鋼必須更嚴(yán)格地限制有害雜質(zhì)。雜質(zhì)存在造成焊接時(shí)與鎳形成低熔點(diǎn)共晶夾層，增加了焊接熱裂紋的形成。

2.向下立焊工藝與操作技術(shù)

（1）焊接方法及材料 焊接設(shè)備：米勒pipepro450rfc熔化極氣體保護(hù)焊機(jī)；母材：新興鑄管生產(chǎn)L360QS/Incoloy825冶金復(fù)合管，φ219mm×（7.1+3）mm；焊絲：Inconel625實(shí)芯焊絲，φ1.2mm。

（2）焊前準(zhǔn)備 坡口角度70°，無(wú)鈍邊，間隙2.0～2.5mm。采用定位塊點(diǎn)固兩點(diǎn)，分別布置于9點(diǎn)與5點(diǎn)位置。焊前將接頭內(nèi)外表面兩側(cè)各20mm范圍內(nèi)用角向磨光機(jī)打磨至露出金屬光澤，并用丙酮擦拭打磨部位，以避免焊接時(shí)生成夾雜物，影響焊接質(zhì)量。

焊前進(jìn)行5min左右的充氬置換，充氬量為20L/min。坡口外部采用錫箔紙包覆，焊接時(shí)最好有專(zhuān)人與焊工配合逐步打開(kāi)，打開(kāi)長(zhǎng)度與焊槍保持50～80mm之間。充氬時(shí)必須均勻，避免直接采用膠管充氣（見(jiàn)圖1）。試驗(yàn)結(jié)果表明，采用膠管直接充氣，由于氣流不均勻，往往會(huì)導(dǎo)致背向膠管一側(cè)焊縫氧化傾向增加，所以最好采用帶均勻出氣孔的充氬器進(jìn)行充氬（見(jiàn)圖2）。

（3）焊接參數(shù) 焊接位置為水平固定，最好采用錐形噴嘴，尺寸φ15mm，焊絲干伸長(zhǎng)約10mm；氬氣純度≥99.99%。其他焊接參數(shù)如表2所示。

（4）操作要點(diǎn) 主要注意以下幾方面：第一，打底。打底焊時(shí)，從12點(diǎn)處引弧，焊絲與坡口面接觸，起弧要從坡口上引燃，馬上移至對(duì)面坡口面上，使熔池形成兩邊坡口搭橋，這時(shí)向前移動(dòng)焊槍?zhuān)购附z在坡口下棱邊燃燒。在12點(diǎn)至2點(diǎn)間做鋸齒形運(yùn)絲擺動(dòng)，2點(diǎn)至4點(diǎn)間焊槍做直拉或微擺，4點(diǎn)至6點(diǎn)焊槍做微鋸齒擺動(dòng)。注意在焊接到4點(diǎn)后，不能采用直拉擺動(dòng)，避免因焊縫中心過(guò)高而兩側(cè)夾角過(guò)深。

12點(diǎn)接頭時(shí)必須把已焊完的焊縫打磨成斜坡?tīng)?，長(zhǎng)度30mm（見(jiàn)圖3）。接頭時(shí)從斜坡后端引燃電弧，依鋸齒形擺動(dòng)，焊槍角度與焊接方向呈15°～25°。焊接收弧時(shí)要填滿弧坑，避免產(chǎn)生弧坑裂紋（見(jiàn)圖4）。

在另一側(cè)進(jìn)行封閉接頭時(shí)，要將之前已焊焊縫打磨成斜坡?tīng)钜岳宇^。焊至斜坡時(shí)，一定要看清熔池，注意焊槍角度，不要穿絲。待接頭封閉后，再向前焊20～30mm，把所打磨的斜坡面填充飽滿后再熄弧。接頭即將封閉時(shí)，一定要將內(nèi)充氬流量降至10L/min左右。

根焊完成后，采用角向磨光機(jī)打磨整道焊縫，使焊縫成凹形，避免填充時(shí)兩側(cè)夾角形成夾渣（見(jiàn)圖5）。

第二，填充（熱焊）。內(nèi)充氬，氬氣流量10～15mL/min，焊槍氬氣流量10～15mL/min，從上12點(diǎn)開(kāi)始向下作月牙形，擺絲運(yùn)動(dòng)，一槍填充至管時(shí)鐘5點(diǎn)位置。在焊接過(guò)程中注意不要在3點(diǎn)和9點(diǎn)位置?；?、接頭，那樣會(huì)使接頭形成夾渣氣孔和接頭脫節(jié)或接頭超高缺陷。一般從5點(diǎn)位置?；。宇^可減少以上缺陷的產(chǎn)生，6點(diǎn)收弧時(shí)一定要注意填滿弧坑，如果6點(diǎn)鐘收弧過(guò)快，弧坑會(huì)產(chǎn)生裂紋缺陷。5點(diǎn)位置接頭：從所留焊縫熔池前5～10mm處引燃電弧，這時(shí)迅速將焊絲移至接頭所留焊縫熔池最后面，作半圓劃弧動(dòng)作，然后采用月牙形擺動(dòng)運(yùn)絲，正常焊接至6點(diǎn)填滿弧坑熄弧。

表1 Incoloy825鐵鎳合金復(fù)合化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)） （%）

圖1 膠管充氬

圖2 帶有均勻出氣孔的充氬器充氬

表2 焊接參數(shù)

圖3 接頭修磨

圖4 弧坑裂紋

圖5 內(nèi)外根部焊道

焊槍與焊接方向角度為12點(diǎn)至2點(diǎn)，70°左右；2點(diǎn)至4點(diǎn)，40°～35°；4點(diǎn)至6點(diǎn)，120°～110°。焊絲伸出長(zhǎng)度10～12mm。

第三，蓋面。從上12點(diǎn)位置開(kāi)始向下焊接，焊槍角度與填充相同，擺動(dòng)方法采用月牙形，上12點(diǎn)至2點(diǎn)位置擺動(dòng)要稍慢些，兩側(cè)坡口要熔合良好，并且填滿熔池。2點(diǎn)至4點(diǎn)位置擺動(dòng)要快并且均勻，注意不要讓熔池超過(guò)電弧，兩側(cè)注意咬邊缺陷。4點(diǎn)至6點(diǎn)位置擺速要比2點(diǎn)至4點(diǎn)位置慢。當(dāng)擺動(dòng)至兩側(cè)坡口時(shí)要稍停留，擺動(dòng)幅度要比2點(diǎn)至4點(diǎn)位置小些，比12點(diǎn)至2點(diǎn)位置大些，下6點(diǎn)位置收弧時(shí)，要填滿熔池再收弧，不要收弧太快。

蓋面12點(diǎn)位接頭要把起弧所焊焊縫打磨成斜坡形，注意焊縫起頭兩側(cè)未熔合處一定要打磨去除，接頭和擺動(dòng)方法與填充時(shí)相同，5點(diǎn)位接頭方法與填充相同。

蓋面6點(diǎn)位接頭，注意當(dāng)與前半部所焊焊縫熔池接觸時(shí)要作劃圈擺動(dòng)，并向前移動(dòng)焊槍填滿熔池時(shí)熄弧。焊槍不要馬上離開(kāi)所焊焊縫，要用焊槍滯后停氣保護(hù)熔池3～4s。蓋面焊道如圖6所示。

3.探傷檢測(cè)

此次復(fù)合管向下立焊試驗(yàn)，打底是重中之重。在打底成形后，后續(xù)填充與蓋面難度較小。為驗(yàn)證打底質(zhì)量，特填充蓋面了兩道管口進(jìn)行探傷檢測(cè)。第一道管口在填充層2點(diǎn)位置左右有側(cè)面夾渣出現(xiàn)（見(jiàn)圖7）。第二道管口則未有明顯缺陷出現(xiàn)。分析原因，主要是填充時(shí)，第一道管口使用的功能檔不同，正面焊縫成形也隨之變化，容易造成焊道側(cè)面夾角過(guò)深。第二道管口在換用合適檔位后，熔池容易攤開(kāi)，兩側(cè)夾角變淺，再配合適當(dāng)打磨，就會(huì)徹底解決夾渣問(wèn)題。

4.結(jié)語(yǔ)

通過(guò)以上試驗(yàn)，可得出如下結(jié)論：

（1）焊接鐵鎳合金操作手法與焊接碳鋼稍有不同，且需要加大擺幅，以保證兩側(cè)熔合。

（2）鐵鎳合金線膨脹系數(shù)較大，對(duì)定位焊點(diǎn)數(shù)量與焊接順序都有較大影響。

（3）鐵鎳合金打底與填充蓋面在功能選擇方面會(huì)有不同，主要與其各自焊接特點(diǎn)有關(guān)。

實(shí)踐證明，采用熔化極氣體保護(hù)焊進(jìn)行Incoloy825鐵鎳合金復(fù)合管向下立焊是完全可行的。

圖6 蓋面焊道

圖7 射線探傷