探究石油化工工程不銹鋼復(fù)合鋼管的焊接

季本章

【摘 要】不銹鋼復(fù)合鋼管在石油化工工程中得到了廣泛的應(yīng)用，不銹鋼復(fù)合鋼管在應(yīng)用中的焊接工藝對(duì)其質(zhì)量有著重要影響，雖然隨著技術(shù)的發(fā)展焊接技術(shù)得到了提升，但在實(shí)際操作中還存在一定問(wèn)題。基于此，本文對(duì)不銹鋼復(fù)合鋼管的焊接技術(shù)進(jìn)行了分析，希望對(duì)焊接技術(shù)的完善能夠有所幫助。

【關(guān)鍵詞】石油化工；不銹鋼；復(fù)合鋼管；焊接

不銹鋼復(fù)合鋼由低鉻鉬合金鋼或碳鋼為基體，通過(guò)爆炸復(fù)合、堆焊、和熱軋復(fù)合等工藝合理的將兩種金屬材料結(jié)合在一起，構(gòu)成一種性能好、并且具有節(jié)能效果的材料。不銹鋼復(fù)合鋼管因?yàn)榫哂心透邷?、耐腐蝕等良好的性能而被廣泛的應(yīng)用于石油化工工程中。

1.焊接特點(diǎn)

1.1異種鋼焊接

復(fù)層與基層交接處的焊接也稱(chēng)為“過(guò)渡層”焊接，屬于異種鋼焊接，有著自身的特殊性。過(guò)渡層的焊接在參數(shù)的選擇上如果出現(xiàn)差錯(cuò)，焊接基層時(shí)，會(huì)導(dǎo)致復(fù)層的附近可能發(fā)生熔化，從而使復(fù)層的合金混入到基層中，基層將會(huì)被脆化。情況嚴(yán)重時(shí)，可能會(huì)導(dǎo)致基層出現(xiàn)裂痕。復(fù)層焊接時(shí)可能會(huì)引起焊縫處的金屬被稀釋?zhuān)档推淠透院退苄?。因此在?shí)際焊接中，對(duì)復(fù)層鋼管進(jìn)行焊接時(shí)，需要應(yīng)用鎳、鉻為填充材料，從而確保焊縫處具有足夠的鐵素體，使復(fù)層的抗裂性能得到提高。這樣過(guò)渡層在焊接過(guò)程中即使被基層碳鋼所稀釋?zhuān)膊粫?huì)因此形成馬氏體淬硬組織。選取合適的焊接參數(shù)和焊接方法，即在焊接過(guò)程中要盡量降低焊接熱輸入，以確保碳鋼基層的一側(cè)不會(huì)發(fā)生較深熔化，可以有效降低碳鋼基層合金化的發(fā)生和焊縫處金屬被稀釋的程度。

1.2基層、復(fù)層焊接

在對(duì)不銹鋼復(fù)合鋼管進(jìn)行焊接時(shí)，為了確保復(fù)合鋼不會(huì)因?yàn)楹附佣鴮?dǎo)致其原有性能發(fā)生變化，焊接過(guò)程中需要將基層和復(fù)層的焊接分開(kāi)?；鶎优c基層之間的焊材應(yīng)當(dāng)與基層母材材質(zhì)相同，焊接工藝選取應(yīng)當(dāng)同珠光體鋼保持一致。復(fù)層之間焊接使用的焊材應(yīng)當(dāng)與復(fù)層的材質(zhì)一致，焊接工藝應(yīng)當(dāng)與相應(yīng)的不銹鋼焊接工藝一致。同材質(zhì)焊接技術(shù)目前已經(jīng)較為成熟，在管線施工過(guò)程中也具有一定的施工經(jīng)驗(yàn)。

1.3過(guò)渡區(qū)組織

在不銹鋼復(fù)合管中，基層與復(fù)層之間的關(guān)系十分微妙，兩者僅是分子擴(kuò)散與原子結(jié)合的隔離，在進(jìn)行接頭焊接時(shí)僅僅有幾毫米的距離。焊接時(shí)產(chǎn)生的電弧高溫，經(jīng)常會(huì)使合金元素被燒壞、碳元素嚴(yán)重?cái)U(kuò)散等，在交界處將會(huì)形成一種硬度偏低的脫碳帶和硬度較高的增碳帶，導(dǎo)致在過(guò)渡區(qū)域形成的金相組織十分復(fù)雜。在過(guò)渡層的焊接過(guò)程中焊材選用如果不當(dāng)或者焊接電流過(guò)大都會(huì)導(dǎo)致材料的強(qiáng)度和耐腐性下降。因此在復(fù)合層焊接中不僅要注意焊材的選擇，也要對(duì)焊接電流合理控制，確保焊接質(zhì)量能夠滿(mǎn)足不銹鋼復(fù)合鋼管石油化工工程中的應(yīng)用。

2.焊接工藝

2.1控制焊接錯(cuò)邊

不銹鋼復(fù)合鋼管焊接接頭的質(zhì)量要達(dá)到使用標(biāo)準(zhǔn)，必須嚴(yán)格控制錯(cuò)邊量。若不銹鋼管的壁厚一致，焊接過(guò)程中應(yīng)以復(fù)層作為基層，錯(cuò)邊量應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格控制在復(fù)層厚度的一半以?xún)?nèi)，并且控制在2毫米之內(nèi)。若管壁厚度不同（包括基層厚度不同；復(fù)層厚度不同；兩者都不同），焊接時(shí)應(yīng)當(dāng)以?xún)?nèi)壁平齊作為施工原則，內(nèi)壁錯(cuò)邊量應(yīng)當(dāng)控制在2毫米之內(nèi)，其余錯(cuò)邊量應(yīng)當(dāng)依據(jù)焊接中遇到的實(shí)際情況進(jìn)行加工和調(diào)整。

2.2焊接

不銹鋼復(fù)合鋼焊接時(shí)，基層和復(fù)層應(yīng)分別按照基層和復(fù)層母材選用相應(yīng)的焊接材料，過(guò)渡層應(yīng)選用25Cr-13Ni型或含鎳量更高的焊接材料。不銹鋼復(fù)合鋼管受管徑限制，通常采用“V”形坡口單面焊接背面自由成型的焊接工藝，焊接順序首先是復(fù)層焊接；其次是過(guò)渡層焊接；最后是基層焊接。復(fù)層焊接宜采用鎢極氬弧焊，焊接時(shí)，應(yīng)當(dāng)在管線內(nèi)壁的局部或整體充氬實(shí)現(xiàn)保護(hù)，亦可以應(yīng)用自保焊絲（如油脂TGF一系列的焊絲）對(duì)底層（復(fù)層）出現(xiàn)的焊縫進(jìn)行焊接。復(fù)層焊接時(shí)應(yīng)依據(jù)坡口形式進(jìn)行焊接，焊接至距離復(fù)合界面0.5-1.5毫米和焊接完成后，需打磨到鈍邊部位。復(fù)層焊接時(shí)應(yīng)注意焊接材料與母材材料相同，焊接中為了避免熱處理帶來(lái)的損害，在焊絲的選用上應(yīng)當(dāng)選取Cr含量適當(dāng)?shù)膴W氏體不銹鋼焊絲對(duì)復(fù)層進(jìn)行焊接；在復(fù)層焊接時(shí)應(yīng)當(dāng)盡量擺動(dòng)，使用小電流，焊接過(guò)程中在保證焊道根部能夠完全熔化的基礎(chǔ)上，應(yīng)當(dāng)盡量避免基層材料發(fā)生熔化而流入到復(fù)層的焊縫中，避免晶間腐蝕和裂紋的產(chǎn)生。過(guò)渡層的作用是為了阻止基層中的碳滲透到復(fù)層不銹鋼中，對(duì)復(fù)層不銹鋼發(fā)生稀釋?zhuān)踔量赡軙?huì)出現(xiàn)硬脆的馬氏體組織，導(dǎo)致焊縫從耐蝕層開(kāi)始失效。過(guò)渡層焊接在復(fù)層焊縫表面無(wú)損檢測(cè)合格后方可進(jìn)行，宜采用手工電弧焊，選取小直徑的焊條，焊接時(shí)盡量減少擺動(dòng)，并且采取多道焊接，降低在焊接過(guò)程中的成分稀釋。

2.3預(yù)熱及焊后熱處理

2.3.1預(yù)熱

不銹鋼復(fù)合管基層或復(fù)層在焊接前必須預(yù)熱，預(yù)熱溫度按GB50236-2011要求。過(guò)渡層是否預(yù)熱應(yīng)當(dāng)由復(fù)層和基層的材質(zhì)而定，若基層與復(fù)層都需要預(yù)熱，則預(yù)熱溫度應(yīng)按基層與復(fù)層預(yù)熱溫度要求較高的一層選擇。預(yù)熱時(shí)奧氏體不銹鋼的層間溫度宜小于150℃，馬氏體不銹鋼的層間最高溫度為315℃。

2.3.2焊后熱處理

不銹鋼復(fù)合鋼管應(yīng)盡一切可能不采取焊后熱處理。不銹鋼復(fù)合管熱處理時(shí)，不同的材料會(huì)產(chǎn)生不同的影響，奧氏體不銹鋼復(fù)層熱處理時(shí)，在復(fù)合界面周?chē)鷷?huì)形成附加殘余應(yīng)力，可能會(huì)導(dǎo)致復(fù)合界面局部脫層或強(qiáng)度下降，即所謂的脫開(kāi)效應(yīng)。奧氏體復(fù)層中如果不含有穩(wěn)定化元素，熱處理時(shí)，會(huì)析出含有鉻的碳化鉻，從而導(dǎo)致其耐腐蝕性能下降。鐵素體不銹鋼復(fù)層進(jìn)行熱處理時(shí)，極容易產(chǎn)生σ相，使晶粒粗化，韌性降低，從而導(dǎo)致復(fù)層組織發(fā)生脆化，使材料的使用性能下降。因此在選擇不銹鋼復(fù)合鋼管焊接工藝時(shí)應(yīng)當(dāng)盡量選取不需要焊后熱處理的工藝，如果管壁的厚度要求在完成焊接后熱處理時(shí)，應(yīng)當(dāng)在完成基層焊接后進(jìn)行熱處理，然后再進(jìn)行過(guò)渡層和復(fù)層焊接。

2.4焊工資質(zhì)和工藝評(píng)定

焊工需持證上崗，不論是基層焊接、復(fù)層焊接還是過(guò)渡層焊接都應(yīng)當(dāng)具有相應(yīng)的資質(zhì)。管道焊接前需編制焊接工藝評(píng)定，編制焊接工藝評(píng)定時(shí)，需對(duì)焊接順序、焊材、是否需要預(yù)熱以及焊后熱處理進(jìn)行明確。編制焊接工藝評(píng)定后應(yīng)編制焊接工藝卡，由持證焊工按焊接工藝卡要求進(jìn)行施焊。

3.結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，不銹鋼復(fù)合鋼管在石油化工程中得到了廣泛的應(yīng)用，必須要加強(qiáng)對(duì)其焊接工藝的探討。焊接過(guò)程中需要注重基層、復(fù)層、過(guò)渡層的焊接工藝選取，只有選取適當(dāng)?shù)暮附庸に嚥拍艽_保產(chǎn)品的質(zhì)量，從而為石油化工工程提供優(yōu)質(zhì)的復(fù)合鋼管，提高工程質(zhì)量。 [科]

【參考文獻(xiàn)】

[1]張興鋒，張和平.內(nèi)襯不銹鋼復(fù)合鋼管焊接質(zhì)量問(wèn)題分析[J].管道技術(shù)與設(shè)備，2012，11（15）：13-15.

[2]付現(xiàn)橋，徐敬，卜明哲，劉志田，項(xiàng)祖義，郭旭.19L360QS/316L不銹鋼復(fù)合鋼管焊接工藝和性能研究[J].焊管，2014，2（11）：21-23.

[3]馬曉紅，孫銳艷，叢延剛，王樹(shù)臣.含CO_2氣田不銹鋼內(nèi)襯復(fù)合鋼管的選擇及應(yīng)用[J].管道技術(shù)與設(shè)備，2013，3（20）：16-18.

[4]呂鍵.20R+00Cr17Ni14Mo2復(fù)合鋼管的焊接及質(zhì)量控制[J].焊接技術(shù)，2011，9（10）：23-25.

[5]潘國(guó)良，孫麗華.淺述不銹鋼復(fù)合鋼管焊接缺陷的控制[J].黑龍江科技信息，2014，4（11）：26-28.