雙金屬復(fù)合管焊接工藝研究

張西雷，馬慶樂

（中國石油天然氣管道第二工程公司，江蘇 徐州221006）

雙金屬復(fù)合管焊接工藝研究

張西雷，馬慶樂

（中國石油天然氣管道第二工程公司，江蘇 徐州221006）

為了介紹雙金屬復(fù)合管采用鎢極氬弧焊和焊條電弧焊組合焊接方法，以及采用鎳基填充材料各焊層的焊接工藝參數(shù)及操作要點(diǎn)，以L245N/316L鋼級(jí)Φ168.3 mm×（11+2）mm雙金屬復(fù)合管為例，詳細(xì)介紹了雙金屬復(fù)合管的焊接工藝，包括焊接工藝參數(shù)、封焊及組對(duì)、焊接方式以及焊后檢驗(yàn)返修等。并發(fā)現(xiàn)通過焊前檢查、焊接操作過程的控制、焊后的清理等工序，可以有效防止焊接缺陷的產(chǎn)生，保證了雙金屬復(fù)合管的焊接質(zhì)量。

焊管；雙金屬復(fù)合管；鎳基焊絲；鎳基焊條；過渡焊；熱輸入

雙金屬復(fù)合管是以碳鋼或低合金鋼為基層，在其內(nèi)壁覆襯一薄壁不銹鋼管（一般壁厚為2～3 mm），通過熱軋、熱擠壓、堆焊、爆炸、粉末冶金等工藝將復(fù)層鋼管和基層鋼管結(jié)合為一體形成雙金屬復(fù)合管。它保留了兩種不同材料內(nèi)在的優(yōu)點(diǎn)，互補(bǔ)了它們內(nèi)在的不足，因此這種雙金屬復(fù)合鋼管大大提高了鋼管在輸水、輸熱水、輸煤氣、輸天然氣、輸油等過程中的耐腐蝕性能，表面光滑，流體阻力小，又保留了鋼管機(jī)械強(qiáng)度高，可用于輸送腐蝕性介質(zhì)。

1 雙金屬復(fù)合管焊接工藝

目前國內(nèi)雙金屬復(fù)合管的基管采用鋼級(jí)主要為L245N、L360、L415和X65等，復(fù)層不銹鋼管采用的鋼級(jí)以316L為主 （316L為美國標(biāo)準(zhǔn)牌號(hào)，其相對(duì)應(yīng)的國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)牌號(hào)為022Cr17Ni12Mo2），其化學(xué)成分見表1。

選擇焊接工藝時(shí)需考慮填充金屬的強(qiáng)度與基層鋼管相匹配，還要考慮根焊填充金屬的耐腐蝕性，更要考慮焊接過渡層（復(fù)層不銹鋼管與基層鋼管過渡區(qū)域）時(shí)合金元素的稀釋問題。因此選擇耐腐蝕性好，Cr和Mo含量較高的鎳基填充金屬。為減小焊接熱輸入，根焊、過渡層焊接采用焊接熱輸入較小的鎢極氬弧焊，填充、蓋面焊接焊條電弧焊。

表1 316L不銹鋼化學(xué)成分要求%

1.1 焊接工藝參數(shù)

以 L245N/316L鋼級(jí) Φ168.3 mm×（11+2）mm雙金屬復(fù)合管為例。雙金屬復(fù)合管各層焊接工藝參數(shù)見表2。對(duì)接接頭坡口形式及尺寸如圖1所示。

表2 雙金屬復(fù)合管焊接工藝參數(shù)

圖1 V形坡口對(duì)接接頭

1.2 封焊及組對(duì)

1.2.1 封焊

雙金屬復(fù)合管基層與復(fù)層之間的封焊一般是由鋼管生產(chǎn)廠家完成的，但對(duì)于管線連頭需要切割短管時(shí)封焊要由施工單位在現(xiàn)場(chǎng)完成。

切割完的雙金屬復(fù)合管應(yīng)檢查基層與復(fù)層間的貼合程度，基層與復(fù)層間貼合的越緊密越好。如果最大間隙超過1 mm，則要采必要取措施進(jìn)行修復(fù)。另外，還要檢查管端切割和坡口加工時(shí)是否損傷到復(fù)層不銹鋼管，如果傷到不銹鋼管將大大降低其抗腐蝕能力，縮短管線的服役壽命。

封焊層的焊接是雙金屬復(fù)合管焊接的關(guān)鍵工序，是復(fù)合管焊接質(zhì)量的重要保證。復(fù)合管的基層和復(fù)層接觸面并不牢固，夾層中常有空氣和水分等，封焊時(shí)會(huì)影響焊接質(zhì)量，所以焊前應(yīng)進(jìn)行預(yù)熱，保持管內(nèi)干燥并排除基層與復(fù)層間的空氣。

封焊時(shí)焊槍傾角為60°～70°，焊絲與鎢極夾角為90°～110°。焊槍后傾與焊件表面的夾角角度過小，會(huì)降低氬氣保護(hù)效果；角度過大，可見度小，操作困難。封焊時(shí)采用短弧焊接向上斜拉的電弧行走方法，在結(jié)合處快速點(diǎn)狀給絲保持有5～7 mm寬的熔池快速前行，在不銹鋼側(cè)熔合即走不做停留，大步斜拉至碳鋼側(cè)停留控制熔池溫度，防止不銹鋼背面溫度過高氧化。焊接過程中嚴(yán)格控制熱輸入減少不銹鋼管側(cè)高溫停留時(shí)間。為防止不銹鋼背面氧化應(yīng)采取內(nèi)充氬的方式進(jìn)行保護(hù)。

1.2.2 打磨、組對(duì)

待封焊焊道冷卻至室溫后，用不銹鋼專用砂輪片緊貼封焊外側(cè)切掉多余襯管，注意切削時(shí)溫度不要太高，見鋼管發(fā)紅應(yīng)立即停止，待冷卻后再切，切完后，找平打磨坡口。注意封焊不要打磨過多，只需將內(nèi)襯管打磨出坡度即可。組對(duì)前將兩管口處用水溶紙或其他措施在距離管口6～7 cm處進(jìn)行嚴(yán)密封堵，封堵嚴(yán)密后進(jìn)行組對(duì)。組對(duì)時(shí)留有2.5～3.5 mm的根部間隙，采用定位焊或外對(duì)口器進(jìn)行組對(duì)。組對(duì)完成后用膠帶將待焊焊縫處封閉進(jìn)行管內(nèi)充氬，氬氣流量一般為16～20 L/min。內(nèi)充氬1～2 min后在待焊焊縫下側(cè)撕開一個(gè)5 mm的排氣孔，排出管內(nèi)空氣。然后繼續(xù)充氬置換20 min。

2 焊 接

2.1 根焊

待充氬置換完畢后管道密封區(qū)處于飽和氬氣狀態(tài)后，可以開始根部焊道的焊接，焊前將鎢極打磨尖銳，仰焊至立焊以下位置鎢極傾角為 90°左右，立焊到平焊段鎢極傾角為 70°～80°。電弧引燃后應(yīng)迅速壓至根部，保持短弧操作，采用小點(diǎn)狀快速送進(jìn)焊絲，焊接速度比焊接普通不銹鋼時(shí)要快，鎢極稍做擺動(dòng)，輕微擺動(dòng)有利于熔池平滑。起弧處有熔池發(fā)粘走不動(dòng)的現(xiàn)象時(shí)應(yīng)增大焊接速度，控制熔池溫度，溫度越高越不易焊接。點(diǎn)狀送絲時(shí)應(yīng)保證焊絲端頭始終處于氬氣保護(hù)區(qū)內(nèi)，以免焊絲端頭高溫氧化，影響焊接質(zhì)量。

當(dāng)焊接仰焊至立焊段時(shí)因?yàn)楹附铀俣认鄬?duì)慢小些，這時(shí)必須是送絲跟上，小點(diǎn)狀，快頻率送絲，把焊絲送至熔池前段1/2處點(diǎn)入即快速取出，離開熔池的焊絲應(yīng)仍在氬氣保護(hù)范圍內(nèi)，取出速度一定要快否則會(huì)出現(xiàn)焊絲末端有來不及融化的焊絲瘤，影響下一個(gè)點(diǎn)的送絲，還易碰燒鎢極引起焊縫夾鎢。焊接時(shí)要注意控制熔池溫度，溫度過高焊道會(huì)過熱氧化變黑。氧化后的焊縫即使射線檢測(cè)和超聲波檢測(cè)合格也很難保證焊縫的耐腐蝕性。

2.2 過渡焊

過渡焊應(yīng)該在根焊道焊接完成并冷卻至100℃以下并將根部焊道清理干凈后方可開始焊接，根焊道的冷卻過程和過渡焊的焊接過程中應(yīng)保持管內(nèi)氬氣壓力，防止背面焊道的氧化。過渡焊的焊接應(yīng)采用小的焊接熱輸入，速度要快，焊縫金屬厚度可以適當(dāng)?shù)谋∫恍?。焊接過程中要時(shí)刻檢測(cè)焊縫溫度，溫度過高時(shí)可適當(dāng)暫停，待溫度降下來后繼續(xù)焊接，焊縫外觀呈銀白色最佳。

2.3 填充焊

第一遍填充時(shí)，仍應(yīng)保持管內(nèi)充氬，從6點(diǎn)鐘位置引燃電弧形成熔池后采用反月牙的運(yùn)條方法快速薄層的進(jìn)行焊接，焊條傾角保持在80°左右。注意控制熔池溫度，減少高溫滯留時(shí)間，防止根焊背面氧化，坡口兩側(cè)熔合好后立即快速運(yùn)條前進(jìn)。

后面的填充焊道應(yīng)在前一層焊道清理干凈后進(jìn)行焊接時(shí)同樣要注意控制熔池的溫度，盡量減小熱輸入。焊接過程中保持短弧操作保留原始坡口的邊緣，采用反之字型運(yùn)條。焊接完成的焊道應(yīng)為凹形焊道。

2.4 蓋面焊

用鋼絲刷清理干凈上一層的熔渣，待焊道表面溫度降至100℃以下時(shí)開始焊接，從仰焊位置引燃電弧形成熔池后采用之字型運(yùn)條方法焊接，坡口每側(cè)應(yīng)熔合0.5～1 mm，以確保蓋面焊縫的寬度。更換焊條時(shí)要快，在前面10 mm處引燃電弧快速拉至接頭處，將接頭收弧處填滿后進(jìn)行正常焊接。

3 焊后檢驗(yàn)及返修

焊接完成之后對(duì)焊縫的表面進(jìn)行外觀檢查，外觀檢查合格后進(jìn)行無損檢測(cè)。雙金屬復(fù)合管管道環(huán)向焊縫均應(yīng)進(jìn)行超聲波檢測(cè)和射線檢測(cè)，檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)為JB/T 4730—2005《承壓設(shè)備無損檢測(cè)》。射線檢測(cè)和超聲波檢測(cè)達(dá)到Ⅱ級(jí)為合格。

雙金屬復(fù)合管內(nèi)襯不銹鋼鋼焊接不合格時(shí)，不允許返修，應(yīng)將焊口切除重新焊接焊。基層鋼管焊接不合格時(shí)，可以返修一次，若返修不合格，應(yīng)切除重新焊接。返修后的焊縫仍按照原檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢驗(yàn)。

4 結(jié) 語

雙金屬復(fù)合管采用鎳基焊絲和焊條進(jìn)行焊接，表面成形良好，焊道的質(zhì)量和耐蝕性能得到了很好的保證，操作得當(dāng)，無損檢測(cè)一次合格率較高，解決了不銹鋼復(fù)合管焊接的眾多難題。但是在焊接過程中必須嚴(yán)格遵照焊接工藝規(guī)程進(jìn)行操作，嚴(yán)格控制層間溫度及焊接的熱輸入，采用薄層多道焊，防止熱裂紋晶間腐蝕的產(chǎn)生，確保不銹鋼鋼管的耐蝕性。焊接過程中應(yīng)當(dāng)要認(rèn)真觀察并清理干凈焊渣及飛濺，發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)缺陷，應(yīng)立即清除或返修，以此確保焊接質(zhì)量。

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Welding Operation of Bimetal Composite Pipe

ZHANG Xilei,MA Qingle
（The No.2 Subsidiary Construction Company of China Petroleum Pipeline Bureau,Xuzhou 221006,Jiangsu,China）

In order to introduce the combined welding method,tungsten argon arc welding and shielded metal arc welding,used in bimetal composite pipe,as well as the welding process parameters and operation key points of nickel-based filler material welding layer,in this article,taking L245N/316L grade Φ168.3 mm ×（11+2） mm bimetal composite pipe for example,it detailedly introduced the welding process,including welding process parameters,sealing and fitting up,welding method,checkout and repair after welding,and so on.Through inspection before welding,controlling welding operation process,cleaning after welding,it can effectively prevent the formation of welding defects;guarantee the welding quality of bimetal composite pipe.

welded pipe;bimetal composite pipe;nickel-based welding wire;nickel-based welding electrode;transition welding;heat input

TE973.3

B

10.19291/j.cnki.1001-3938.2016.01.010

張西雷（1982—），男，工程師，畢業(yè)于中國石油大學(xué)（華東）材料成型及控制工程專業(yè)，現(xiàn)在中國石油天然氣管道第二工程公司從事焊接工藝評(píng)定相關(guān)工作。

2015-10-30

張 歌