雙金屬復合管焊接質量控制

姜漢勝 權高軍

1.中國石化集團江蘇石油勘探局 基建辦公室 （江蘇 揚州 225009）

2.中國石化集團江蘇石油勘探局 技術監督處 （江蘇 揚州 225009）

雙金屬復合管焊接質量控制

姜漢勝1權高軍2

1.中國石化集團江蘇石油勘探局 基建辦公室 （江蘇 揚州 225009）

2.中國石化集團江蘇石油勘探局 技術監督處 （江蘇 揚州 225009）

針對某油氣田地面工程復合管一次焊接合格率低的問題，從焊接工藝、缺陷產生機理、操作規范等方面分析缺陷產生的原因。指出封焊層質量失控、過渡層焊接操作不當是造成氣孔、未熔合等缺陷產生的原因。結果表明，加強關鍵工序的質量控制，改進焊接操作方法，對提高一次焊接合格率是有效的。

復合管 焊接 缺陷 質量控制

采用“金屬管道爆燃加襯技術”制造而成的雙金屬復合管，是以碳素鋼管為基管，在其內表面覆襯一定厚度的不銹鋼、鈦合金、銅等耐蝕金屬，由于其綜合了不銹鋼管的耐腐蝕能力和碳素鋼管的承壓能力，有良好的使用經濟性，近年來在油氣田開發中逐步得到應用。但是，由于該產品屬于機械復合產品，采用的不是冶金復合工藝，也不如爆炸復合板的兩種金屬結合力強，對焊接過程控制要求高。2009年，某油氣田地面工程集輸管線項目，由于管道輸送介質富含CO2，設計采用基管材質L360、襯管材質316L、規格φ273mm×9（7+2）mm雙金屬復合管。工程建設初期，在進行復合管焊接質量監督檢查中，抽查焊口220道，存在超標缺陷焊口50道，一次焊接合格率僅77.2%，遠低于普通管線鋼的一次焊接合格率。

1 焊接工藝情況

該復合管由供貨商按施工單位提供的焊接工藝評定進行封焊后出廠，施工單位采用的焊接工藝參數如表1，采用的坡口型式及尺寸見圖1。

表1 焊接工藝參數

2 焊接缺陷及原因分析

2.1 缺陷檢測情況

本次抽查，是采用射線檢測來評價管道焊口質量，通過對底片上缺陷情況統計，發現主要存在以下幾種性質缺陷，統計情況見表2。

表2 缺陷性質及數量統計

由表2可以看出，氣孔、未熔合占缺陷總數的93.5%，其中未熔合占缺陷總數的44.1%。在復合鋼管焊接中，氣孔是常見焊接缺陷，但氣孔、未熔合出現幾率如此之高，并不多見。在對超標氣孔、未熔合等缺陷進行打磨返修時發現，氣孔多出現在封焊層、過渡層，未熔合均出現在封焊焊道。經過現場調查了解到，焊接人員即使發現封焊層上存在缺陷，如氣孔（見圖2上封焊層氣孔），也不作處理（因為封焊層由復合管供貨商焊接）；施焊時聽到爆裂聲時也不停止焊接而繼續施焊。

2.2 缺陷原因分析

氣孔：復合管焊接常見氣孔是封焊層和過渡層焊接時產生的，主要原因是焊接封焊層時，復合層和基層之間存在水、氣、油污等雜質在受熱后分解，產生大量氣體,不能及時逸出，從而形成氣孔（見圖2）；過渡層焊接時，電弧將封焊層熔化，復合層和基層之間存在雜質在受熱后分解，穿過封焊層進入過渡層，未能及時逸出。從底片影像分析，氣孔多呈不規則狀，尺寸較大或呈連續分布。

未熔合：一是層間未熔合(圖3)，是指焊道之間的未熔合，由于復合層和基層之間存在的雜質在受熱后分解，雜質分解產生的氣體吸走了熱量，并在瞬間形成氣膜，熔池不能將上一層焊道表面熔化，從而導致層間未熔合。從底片影像分析，層間未熔合大部分存在于過渡層，少部分存在于過渡層與碳鋼填充層之間，面積較大，呈不規則塊狀。二是焊縫與母材間的未熔合（圖4），是由于封焊時，復合管復層與基層存在雜質或焊接電流過小、擺幅過大造成焊縫金屬與基層母材未熔合，本次檢查發現此類未熔合大量存在。從底片影像分析，該類未熔合呈條狀或線狀（常伴點渣），有的長度與底片等長。

夾渣：焊條藥皮熔化后沒有從熔池中排出造成的，出現在基層焊道中。從底片影像分析，夾渣呈點狀或條狀，點渣分布無規律性，條狀夾渣與焊條走向一致。

3 質量控制措施

從該工程中采用的焊接工藝、發現缺陷情況分析及結合現場調查綜合分析，氣孔、未熔合等缺陷的大量產生與封焊層、打底層、過渡層焊接質量控制直接相關，其中封焊層質量失控（后對所有復合管封焊層重新檢測并由供貨商對不合格管重新封焊）、過渡層焊接操作不當是造成缺陷產生的主要原因。從施工單位的焊接工藝參數、缺陷產生機理、焊接復雜性分析，進行復合管焊接時，封焊層、打底層和過渡層焊接產生缺陷概率最大。對于基層材料的焊接，已有經實踐證明比較成熟的焊接工藝。因此，在復合管焊接中，做好封焊層、打底層和過渡層這三道關鍵工序焊接質量控制，是保證復合管焊接質量，提高焊接一次合格率的重要保證。

3.1 封焊層焊接

封焊是為了確保復合管基層與復層結合面的耐腐蝕性能在坡口結合面上進行的堆焊。由于復合管的基層與復層是機械式復合，焊接時雜質受熱分解會產生大量氣體進入熔池，嚴重時發生爆裂破壞熔池。所以，焊接前應仔細清理接觸層，必要時用丙酮清洗坡口表面。焊接時，應注意觀察熔池，如發現熔池由里往外冒氣泡或發生爆裂時，應立即停止焊接，必須將接頭處打磨干凈后才允許重新焊接。另外，焊接時電流不宜過大，擺幅也不宜過大，焊道不宜太厚太寬。焊完后檢查焊道表面應呈銀白、金黃或藍色。

3.2 打底層焊接

打底焊是復合管焊接質量要求最高的工序。如果打底焊出現焊接缺陷，返修將會十分困難。焊接前應將封焊層打磨平整。焊接順序應由下到上，對稱焊接，同時注意觀察熔池成形和鐵水是否到位，并注意鈍邊是否被完全熔化。焊接電流應合適，過小電流容易造成未焊透，過大則易造成根部內凹。在焊完一道焊縫后，應注意觀察根部焊道表面顏色，若出現根部保護不佳，應檢測氧含量。若風速超過4m/s，應使用防風設施。

3.3 過渡層焊接

過渡層是復合管合金成分最為復雜的焊層，如果參數選擇不當，會造成熔敷金屬過大的濃度梯度，影響接頭的防腐蝕性能。焊接時，電流選擇要適宜，過小易造成層間未熔合及熔敷金屬濃度梯度較大，過大則易將根部燒穿。焊接過渡層時，還應仔細觀察熔池，若發現熔池中有大量氣泡冒出，應立即停止焊接，將缺陷清理干凈后才允許施焊。

3.4 其它事項

在焊接過程中，焊條烘干、保溫、層間溫度控制不當，也會引起缺陷產生，在焊接作業指導書中應進行詳細規定。

4 結束語

通過加大對封焊層、打底層及過渡層的質量控制與監督，完善焊接作業指導書，復合管焊接質量顯著提高，檢測一次合格率也達到了正常水平。該管道現已投產2年，運行良好。

雙金屬復合管由于其現有制造工藝的局限性，導致焊接難度大，易產生缺陷。在今后復合管焊接工程中，還有幾點應引起重視：

（1）復合管焊接，焊接方法有氬弧焊、電弧焊，焊接材料有碳鋼、不銹鋼，特別是壓力管道焊接時，焊工的資格應作為質量控制的重點，同時焊前對焊工進行考核也非常必要。此外焊工的責任心也不能忽視，特別是焊接最為復雜的打底焊，一旦出現缺陷，不僅難于返修，返修成本也高。

（2）由于復合管復層厚度薄，組對時，管徑越大，出現錯位甚至錯層現象越多，此時應調整對口管道，強行對口焊接不僅易產生缺陷，焊接后的管道也達不到耐蝕效果。

（3）復合管從封焊、打底、過渡、填充、蓋面焊接是一完整的焊接過程，購方如將封焊工序委托供方進行時，應明確封焊質量的驗收要求，以免后續施工中出現缺陷造成不必要的糾紛，延誤工期。

[1]王能利,潘希德,薛錦.20/0Cr18Ni9復合管焊接工藝和接頭的抗腐蝕性能[J].焊接,2003(5):23-26.

[2]許愛華,院振剛.雙金屬復合管的施工焊接技術[J].天然氣與石油, 2010,28(6):22-28.

[3]SH/T 3527-1999石油化工不銹鋼復合鋼焊接規程[S].

In view of the problem of the low primary welding qualified rate about the composite pipes of ground engineering in an oilgas field,this article analyzes the causes of defects from the aspects of welding process,the mechanism of defect occurrence,and the operating regulation.It is pointed out that defects such as blowhole,incomplete fusion are caused by being out of control in the quality of seal welding layer and the improper operation of transition welding layer.The results show that enhancing the quality control of key technological process and improving the method of welding operation are effective in improving the primary qualified rate of welding.

composite pipe;welding;defect;quality control

姜漢勝（1964-），男，工程師，主要從事石油石化工程建設的質量監督工作。

張簫鈴

2011-07-07