L485MB+316L大管徑復合管焊接工藝研究

摘要：不銹鋼復合鋼管與不銹鋼復合鋼板一樣，既有不銹鋼較強的耐腐蝕性，又有普通鋼的經濟性和承受高溫高壓的強度要求。近年來許多氣田、場站的工藝管網中都有普遍使用。由于其特殊的結構形式，導致其焊接工藝較復雜，特別是對復合面、過渡層及復層的焊接質量要求很高。本文詳細分析了不銹鋼復合材料的焊接性，描述了L485MB＋316L大管徑不銹鋼復合管焊接接頭的坡口形式，并通過焊接工藝評定確定了焊接工藝參數。該工藝通過我公司在遼河油田雙六區塊汽驅采油及秦皇島——沈陽天然氣管道配套儲氣庫工程中的應用，獲得了滿意的焊接質量，滿足了設計與標準規范的要求，為公司今后發展積累了一定的經驗。

關鍵詞：大管徑復合鋼管封焊過渡層焊接工藝

0 引言

2012年初，我公司承攬了遼河油田雙六區塊汽驅采油及秦皇島-沈陽天然氣管道配套儲氣庫工程任務，該項目工藝管線規格主要為Φ660×（20+2），材質為L485MB＋316L的復合管，設計壓力為14MPa。不僅要求有很好的耐腐蝕性并且對其基層的強度、塑性和韌性都有很高的要求，在我們國內屬于首次應用，我們通過和復合管生產廠家及管材焊接研究機構探討和研究，查閱了大量的國內外相關資料，確定大管徑復合管焊接新工藝。

1 不銹鋼復合管的結構形式

不銹鋼復合管是采用燃爆復合的方法把不銹鋼和合金鋼機械復合在一起的，分為三層，基層、過渡層、復層，基層低合金高強度鋼，復層為不銹鋼，因為不是冶金結合所以基層和復層之間的焊接是關鍵。本次研究的L485MB屬于低合金高強度鋼類，不銹鋼316L屬奧氏體不銹鋼。

2 焊接性分析

2.1 焊接時存在的主要問題

2.1.1 焊縫內部產生結晶裂紋

產生結晶裂紋的原因首先是由于稀釋率的影響，由于基層的含碳量高于復層，使復層受到基層的稀釋作用，造成焊縫中奧氏體形成元素減少，含碳量增加。還由于奧氏體結晶區間很大，熔池結晶時在枝晶的晶界上存在硫、磷、硅等低熔點共晶物，在拉應力的作用下產生裂紋。

2.1.2 熱影響區容易脆化和產生液化裂紋

用不銹鋼焊絲焊接覆層時，容易熔化基層母材，使焊縫金屬被稀釋，形成奧氏體+馬氏體的雙相組織，使塑性和耐蝕性降低，而使熔合區脆性明顯增加。

熱影響區由于受到熱循環影響，等低熔點雜質被熔化，在焊接應力的作用下產生裂紋。焊接時，熱影響區受到熔池金屬的熱脹作用產生壓應力，熱影響區晶界存在的低熔點共晶物的液態薄膜被拉開時會產生裂紋，另外施工環境和加熱冷卻等因素的影響也會產生液化裂紋。

2.1.3 氣孔

主要出現的部位是填充和蓋面層，RMD焊機屬于是半自動MIG焊，對氬氣和二氧化碳氣體的純度要求很高，氬氣和二氧化碳的配比比例是Ar78-82%+CO218-22%，如果超出這個比例，就容易產生氣孔。另外，焊絲伸出長度過長、角度過大，也是產生氣孔主要原因。

2.2 主要措施

防止焊縫及熱影響區產生結晶裂紋和液化裂紋及氣孔的主要措施包括正確制定焊接工藝，合理選擇焊接材料，選擇合適的預熱溫度和層間溫度，嚴格遵守操作規程等；焊接時先用奧氏體鋼焊材焊接覆層。在基層和覆層之間用含鈮的鐵素體焊材焊接隔離焊縫即過渡層，盡量避免使用含鉬元素的焊材。最后用結構鋼焊材焊接基層。這種措施可避免在熔合區附近出現脫碳層和增碳層，減少熔合區的脆化現象。嚴格控制氣體的配比，控制好焊槍的角度和干伸長度。

2.3 實證分析

該次研究的不銹鋼復合鋼管材質為L485MB＋316L，規格為Φ660×（20+2），通過對奧氏體不銹鋼復合鋼的焊接性分析可得出，坡口角度、焊接方法、施工環境、焊材及工藝參數的選擇是保證復合鋼管的焊接質量的關鍵。

過渡層焊道屬于異種鋼焊接，主要起到阻止基層的碳進入到復層，使復層受到基層的稀釋，造成焊縫中奧氏體形成元素減少，含碳量增加。為了減少基層對復層的稀釋，焊接過渡層時采用小電流、快速焊、排焊等方法焊接，以利于減少熔深，使基層和復層的交界處有一定的鐵素體組織，防止根焊道被氧化，提高焊接接頭的抗裂性能和耐腐蝕性。

316L不銹鋼焊接時，要采用氬弧焊打底保證焊接質量，藥芯焊絲打底背面直接有保護層焊道不會被氧化，避免了普通焊絲管內充氬氣的步驟。焊接時要控制焊道間溫度在6O℃以下，焊縫應盡可能一次焊完，少中斷、少接頭，收弧要使用有衰減功能的焊槍，防止產生弧坑裂紋。

3 焊接工藝

3.1 焊材及焊接方法 封焊、打底焊、過渡焊采用氬弧焊，基層采用RND半自動焊焊接。根據不同的焊接位置，選用不同的焊接材料。封焊時選用Φ1.2 mm的ER309L焊絲，打底焊時選用Φ2.5mmTGF316L藥芯自保護焊絲（免去內充氬），過渡層的焊絲選用Φ2.0mm 的ER309L，基層焊接選用Φ1.2mm 的JM -68焊絲。

3.2 焊接順序 為了確保焊接質量我們要求管材生產廠家對大管徑復合管加工了特殊的坡口，采取先封焊，然后打底焊（焊接覆層），接著焊接過渡層，最后焊接基層的焊接順序。為了防止焊接接頭基層與復層的復合面耐腐蝕性達不到要求，要先對接頭坡口復合面處進行封焊，以滿足焊接接頭的耐腐蝕性。

3.3 坡口形式尺寸及焊接順序見圖一，焊接工藝參數見表1

為了確保焊接質量我們對復合管加工了如圖一所示的坡口：

其中：鈍邊高度t：0.5-1mm；坡口角度：45±5°。對接間隙：3-4mm。

圖1中所示焊接工藝：1－封口焊；2－打底焊；3－過渡焊；4－填充焊；5以上－蓋面焊。其中：1、2-手工氬弧焊，3、4、5以上為半自動焊。

3.4 焊接要點

焊前必須嚴格清理坡口兩側各50mm內的油污、鐵銹等雜質；

焊絲用酒精或丙酮擦拭，保證清潔；

封焊電流不宜過大，不能燒穿襯管，不能氧化，否則影響襯層的耐腐蝕性能；

嚴格控制層間溫度在150℃以下；

焊接接頭背面合格顏色為銀白、金黃、藍、紅，灰色、黑色等為不合格；

每道手工焊接后嚴格清理焊口，保證焊接質量；

所有焊接參數最好采用小規范、快速焊。

4 工藝評定及產品焊接試件

經過以上分析，我們制定了一個焊接工藝指導書，并指導施焊了尺寸為Φ660x（20+2）mm一組試件。焊縫經過外觀及RT檢測全部合格，之后我們又對該試板進行了一系列的力學性能試驗（包括拉伸、彎曲、沖擊）和耐腐蝕試驗，結果各項性能指標均達到要求。

5 結束語

通過對奧氏體不銹鋼復合鋼焊接性及大直徑復合管的焊接方法的分析研究，制作相應的焊接工藝評定，我們形成了一套合理的焊接工藝，并用其指導現場焊接，焊接質量得到很好的控制，效率相對手工焊有了很大的提高，以此證實該種焊接方法接焊接工藝合理，可在生產中廣泛應用。