雙金屬復(fù)合管焊接工藝工程實(shí)踐

單海生

摘 要：在如今的工業(yè)生產(chǎn)過程中，復(fù)合雙金屬管材在焊接的過程中容易出現(xiàn)多種問題，例如合金元素?zé)龘p、背面氧化成形問題、層間未熔合、熔池金屬塌陷等，這些問題的出現(xiàn)將會(huì)對(duì)復(fù)合雙金屬管材的質(zhì)量造成嚴(yán)重影響。文章重點(diǎn)就雙金屬復(fù)合管焊接工藝缺陷及處理措施進(jìn)行研究分析，以供參考和借鑒。

關(guān)鍵詞：雙金屬；復(fù)合管；焊接工藝；工程實(shí)踐

引言

雙金屬復(fù)合管又稱雙層管或包覆管，它是由兩種不同的金屬管材構(gòu)成，管兩端僻用特殊方法焊接或特殊結(jié)構(gòu)連接。油氣田用防腐雙金屬復(fù)合管其基管采用碳鋼管或其他合金鋼管，從而保證優(yōu)異的機(jī)械力學(xué)性能襯管為一層薄壁耐蝕合金，耐蝕金屬可根據(jù)油氣田腐蝕環(huán)境選擇，常選用Super13Cr、22Cr以及鎳基合金825等，從而保證良好的耐腐蝕性能，同時(shí)價(jià)格卻又比整體耐蝕鋼管低50%甚至70%，從而達(dá)到最佳性能價(jià)格組合。

1雙金屬復(fù)合管焊接工藝概述

1.1雙金屬復(fù)合管的理論

在酸性氣田中建設(shè)過程中無論集輸管線還是站場(chǎng)施工，我們前期都是謹(jǐn)慎的選用純不銹鋼管材、管件，采用純不銹鋼固然安全保險(xiǎn)，但是投資額度太大，在經(jīng)濟(jì)分析下對(duì)于小產(chǎn)量的酸性氣田就無法保證收益，對(duì)于產(chǎn)量不高和地層復(fù)雜的氣井又面臨了舍棄局面。在上世紀(jì)70年代日本、德國(guó)相繼研發(fā)了雙金屬復(fù)合管及產(chǎn)品，積累了許多成功的經(jīng)驗(yàn)，并取得了明顯的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。雙金屬復(fù)合管以碳鋼管為基本材料，承受管道系統(tǒng)的工作壓力，充分發(fā)揮碳鋼管優(yōu)良的機(jī)械力學(xué)性能和價(jià)廉優(yōu)勢(shì)，以耐腐蝕合金鋼為內(nèi)襯防腐層，充分發(fā)揮耐腐蝕合金優(yōu)異的耐腐蝕性能，這種結(jié)構(gòu)極大的降低了原材料和管道的長(zhǎng)期運(yùn)營(yíng)成本。雙金屬復(fù)合管還可以根據(jù)腐蝕介質(zhì)的不同，選擇相應(yīng)的耐腐蝕合金材料作為內(nèi)襯，能夠完全達(dá)到耐腐蝕合金管材的耐蝕標(biāo)準(zhǔn)，可確保生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)的安全性。

1.2雙金屬復(fù)合管的性能特點(diǎn)

雙金屬復(fù)合管是一種新型耐磨管道，鋼管外層采用普通鋼管，通過離心成型工藝形成316L不銹鋼高鉻內(nèi)襯復(fù)合而成。該管道與傳統(tǒng)的耐磨合金鑄鐵、耐磨合金鑄鋼、鋼-陶瓷復(fù)合管及鑄石管相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)：第一，耐磨性能好，充分發(fā)揮高鉻鋼材的耐磨性能；第二，使用內(nèi)襯同外層鋼管結(jié)合緊密，采用特殊工藝，復(fù)合層之間形成熔接，保證運(yùn)行的可靠性；第三，能承受較大的壓力，各項(xiàng)機(jī)械性能及工藝性能較全不銹鋼有所提高和完善，可取代全不銹鋼管，從而大大降低產(chǎn)品的生產(chǎn)成本。

2雙金屬復(fù)合管焊接難題

雙金屬復(fù)合管以碳素鋼管或合金鋼管為基管，在其內(nèi)表面覆襯一定厚度（一般為2～3mm）的不銹鋼、鈦合金、銅、鋁等耐蝕合金屬制造的復(fù)合管，這種特殊的結(jié)構(gòu)形式，使其兼顧碳鋼的耐壓性和不銹鋼的耐蝕性以及相對(duì)不銹鋼價(jià)格低廉的特點(diǎn)，其突出的性價(jià)比和耐蝕性能，使它在石油及天然氣工業(yè)、供水工程、化學(xué)工業(yè)等行業(yè)具有廣泛的應(yīng)用前景。但是該材料焊接有許多技術(shù)特點(diǎn)，工藝參數(shù)和現(xiàn)場(chǎng)措施對(duì)接頭的組織和性能有很大影響，由于生產(chǎn)工藝的限制，目前國(guó)內(nèi)主要采用金屬管道爆燃加襯技術(shù)或者液壓復(fù)合技術(shù)，其基層和襯層間的結(jié)合完全是機(jī)械結(jié)合，未達(dá)到冶金結(jié)合，基層和襯層間會(huì)有一定的縫隙，其特殊的結(jié)構(gòu)形式導(dǎo)致焊接時(shí)層間未熔合或夾渣、主要合金元素易燒損、熔池金屬塌陷形成焊瘤、焊縫背面氧化成型不良、焊縫周圍碳原子遷移影響防腐效果等焊接缺陷，并且目前國(guó)內(nèi)無法生產(chǎn)復(fù)合管的彎頭，必然存在兩種鋼或多種鋼的焊接，因此解決復(fù)合管的焊接難題是其大規(guī)模推廣應(yīng)用的關(guān)鍵。

3雙金屬復(fù)合管焊接焊接缺陷及處理

3.1焊縫形狀和尺寸

焊縫寬度不一致、余高過高或焊道低于母材，如焊條不正確的搖動(dòng)和移動(dòng)不均勻，焊件邊緣切割不齊等會(huì)出現(xiàn)焊縫寬度不一致。在焊接過程中當(dāng)電流過小或焊接速度太慢時(shí)，會(huì)出現(xiàn)余高過高，電流大或焊接速度快會(huì)出現(xiàn)焊道低于母材。選擇合理的坡口角度和均勻的間隙，保持正確的運(yùn)條角度勻速運(yùn)條；根據(jù)間隙變化，隨時(shí)調(diào)整焊速及焊條角度，正確選擇焊接工藝參數(shù)。

3.2焊瘤

一是操作不熟練和運(yùn)條方法不當(dāng)；二是電弧拉得過長(zhǎng)、焊速太慢、溶池溫度過高等，盡量采用短弧焊接，適當(dāng)加快焊接使溶池溫度不致過高，選擇合適的焊接電流，保持正確的運(yùn)條角度。

3.3咬邊

焊接電流過大，電弧過長(zhǎng)且偏吹，運(yùn)條角度不當(dāng)及焊速不合適，均可引起咬邊。選擇合適的焊接電流和焊接速度，電弧不應(yīng)過長(zhǎng)，選用正確的焊條角度和運(yùn)條方法。

3.4燒穿

電流過大而焊速太慢，焊件間隙太大等，都有可能引起燒穿。正確選擇焊接電流和焊接速度，嚴(yán)格控制焊件的間隙并保持均勻一致，電弧在焊縫接頭處不能長(zhǎng)時(shí)間停留，要?jiǎng)蛩龠\(yùn)條。

3.5夾渣

由于焊件邊緣清理不凈，有殘留氧化物和碳化物等，冷凝時(shí)熔渣不能及時(shí)浮出熔池表面，一部分留在焊縫中即形成夾渣。清除焊道上的雜質(zhì)、污物，尤其是焊接坡口要保持清潔干燥。

3.6氣孔

施焊前未將焊道上的鐵銹、油污去凈，在高溫電弧作用下分解后放出氣體；電焊條受潮或焊條烘干的溫度或時(shí)間不夠。施焊前將坡口表面兩側(cè)清理干凈，焊前應(yīng)將電焊條在350℃烘干1h。

3.7裂紋

一是環(huán)境濕度超過90%RH；二是焊條烘干溫度或時(shí)間不夠；三是管道組對(duì)時(shí)強(qiáng)行受力；四是每層焊接的間隔時(shí)間過長(zhǎng)等。霧、雨、雪天氣嚴(yán)謹(jǐn)施焊，焊前應(yīng)將電焊條在350℃烘干l小時(shí)。管工下料精確避免強(qiáng)行受力，縮短每層焊接時(shí)的間隔時(shí)間，溫度過低時(shí)要進(jìn)行層間加熱。

3.8封焊未熔合

過渡層間隙過大，焊前未進(jìn)行預(yù)熱或預(yù)熱溫度未達(dá)到要求。加快了碳遷移、破壞復(fù)層的耐腐蝕性。采用機(jī)械方法或加熱方法減少基層與復(fù)層的間隙，并且焊前一定進(jìn)行預(yù)熱，溫度到達(dá)130℃左右。

結(jié)束語

綜上所述，對(duì)于機(jī)械式雙金屬復(fù)合管的焊接質(zhì)量的控制是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，首先需要從源頭進(jìn)行入手，其次針對(duì)管道制作環(huán)節(jié)開始控制，最后通過后續(xù)的焊接技術(shù)來對(duì)焊接質(zhì)量進(jìn)行控制。但是在后續(xù)的焊接控制過程中，封焊質(zhì)量控制作為關(guān)鍵以及重點(diǎn)，需要嚴(yán)格的根據(jù)技術(shù)的相關(guān)要求以及規(guī)范來進(jìn)行焊接工作的開展，只有這樣才能夠保障其質(zhì)量以及復(fù)合管的安全使用。

參考文獻(xiàn)

[1]趙燁菊.機(jī)械式雙金屬復(fù)合管焊接質(zhì)量控制[J].山東工業(yè)技術(shù)，2017（24）：29.

（作者單位：承德濱達(dá)爆破工程有限公司）