L245NB+316L復合管返修焊接工藝試驗

稅正偉

(西南石油大學，四川 南充 637001)

L245NB+316L復合管返修焊接工藝試驗

稅正偉

(西南石油大學，四川 南充 637001)

試驗采用鎢極氬弧焊進行封焊、根焊、過渡層焊，焊條電弧焊進行填充和蓋面，優選TGFA-309L(φ 2.2 mm)、TGS-309MoL(φ 2.4 mm)、AROSTA309Mo(φ 2.0 mm)焊接材料，針對氣質條件總壓力不大于15 MPa、CO2摩爾含量不大于0.35%，Cl-質量濃度為60 g／L工作環境，L245NB+316L復合管進行了返修焊接工藝試驗。試驗結果表明：焊接接頭各項力學性能指標合格；晶間腐蝕、抗Cl-應力腐蝕性能試驗試件均未見裂紋；失重腐蝕性能試驗結果表明，氣相平均腐蝕速率為0.022 3 mm／a，液相平均腐蝕速率為0.068 1 mm／a，均能滿足相關標準要求。

L245NB；316L；復合管；焊接工藝

0 前言

隨著我國石化工業的發展，石油化工裝置的工藝管道采用不銹鋼復合管越來越多。不銹鋼復合管結合了不銹鋼的耐腐蝕性能和普通碳素鋼的高強度性能，是一種制造成本低、綜合性能良好的金屬管道，其復層不銹鋼和工作介質相接觸，具有良好的耐腐蝕性能，而強度主要靠基層來保證，因此，綜合制造成本較低[1-3]。但復合管制造和焊接工藝較復雜，特別是對過渡層和覆層的焊接質量要求很高，容易出現缺陷，返修率較高[4]。所以，為了保證不銹鋼復合管返修焊質量，切割方式、返修焊焊接工藝參數的選擇至關重要[5-6]。

1 焊接工藝試驗準備和要求

1.1 試驗材料和焊接方法

試驗選用L245NB／316L[φ 168.3 mm×(10+2)mm]復合管+316(φ 168 mm×11 mm)不銹鋼管對接，其化學成分和力學性能見表1、表2。采用鎢極氬弧焊直流正接法進行封焊、根焊、過渡層焊，焊條電弧焊進行填充和蓋面，根據板厚、接頭形式、結構工作條件、結構的安全使用原則以及技術、經濟效益要求，通過多次試驗確定封焊、根焊選用TGFA-309L(φ 2.2 mm)焊絲，過渡層選用TGS-309MoL(φ 2.4 mm)焊絲，填充、蓋面選用AROSTA309Mo(φ 2.0mm)焊條。

表1 試驗材料化學成分 %

表2 試驗材料力學性能

1.2 試件準備和坡口形式

采用機械切割切斷復合管，切割時保證管端面與管軸線垂直，切割后需要用刮刀對管口進行修整(嚴禁采用氣割等高溫切割工具切割雙金屬復合管)。采用機械加工坡口，接頭和坡口形式如圖1所示，鈍邊0.5～1.5 mm，坡口角度55°～65°。

圖1 坡口形式

1.3 試驗要求

將試件水平固定，手工組對，采用上向焊。焊接過程中保證層間溫度小于150℃；根焊、過渡焊環境風速小于2m／s；填充、蓋面焊環境風速小于5 m／s；組對間隙2.0～3.0mm；覆層錯邊不大于0.5 mm、基層錯邊不大于1.6 mm；余高小于等于2.0 mm，局部不超過2.5 mm，且長度小于等于50 mm；焊縫層數5～6層；蓋面焊縫比坡口每側增加寬度小于等于2.0mm。

2 焊接工藝試驗

焊前清理坡口兩側50 mm內的油污、雜質，使用動力角向砂輪機或鋼絲刷清理至露出金屬光澤；當層間溫度超標時，應讓其自然冷卻至規定值；焊接時先封焊基襯間隙，后進行打底焊，根焊層高度不得高于復合管封焊高度；施焊前10 min通入背面保護氣體，且鋼管內部氧含量小于等于200×10-6，當多層焊不引起襯層氧化時方能去除保護裝置。焊接工藝參數如表3所示。

表3 焊接工藝參數

3 焊后檢查

3.1 外觀和無損檢測

外觀檢測結果見表4，焊縫余高0.5～2.0 mm，焊縫寬度14～16 mm，錯邊量小于等于0.5 mm，背面余高0.5～1.5 mm，無咬邊、表面氣孔、裂紋、未熔合、夾渣、焊瘤、背面凹坑等缺陷。依據SY／T 4109-2005標準，經X射線探傷檢測結果為Ⅱ級，檢測結果合格，滿足技術要求。

表4 焊接試樣外觀檢測結果mm

3.2 力學性能試驗

根據SY／T 4103-2006評定標準對焊接接頭進行拉伸、彎曲、沖擊和刻槽錘斷性能試驗。試驗結果：表明焊接接頭未見明顯屈服，抗拉強度604 MPa，距焊縫表面熔合線316不銹鋼側50 mm拉斷；180°彎曲角度進行面彎、背彎試驗，試驗結果均合格；刻槽錘斷試驗未見斷口缺陷；沖擊試驗采用V型試樣，試樣尺寸7.5mm×10mm×55mm，試驗溫度-20℃，試驗結果如圖2所示。

3.3 抗腐蝕性能檢測

3.3.1 晶間腐蝕傾向檢測

圖2 焊接接頭沖擊值

晶間腐蝕試驗溶液采用GB／T 4334.5-2000規定，硫酸-硫酸銅腐蝕試驗，試驗周期24 h，試驗壓力為常壓。試驗后，將不銹鋼層焊縫接頭試件(內表面受拉應力)彎曲成U型，在10倍放大鏡下觀察316L內襯層和316不銹鋼焊縫接頭，均未見裂紋。

3.3.2 失重腐蝕性能檢測

失重腐蝕試驗依據GB10124-1998進行，溶液介質：Cl-＝60 g／L，氣體介質：CO2摩爾含量0.35%，試驗壓力15 MPa，試驗溫度60℃，試驗周期120 h。

試驗結果表明：氣相平均腐蝕速率0.0223mm／a，液相平均腐蝕速率為0.068 1 mm／a。

3.3.3 抗Cl-應力腐蝕性能檢測

在質量Cl-濃度為60g／L的水溶液，溫度60℃，CO2壓力0.05 MPa，總壓力15 MPa的試驗環境中，依據標準GB／T10126-2002采用U型環法進行試樣檢測，檢測結果為：經720 h后，試件均完好，無裂紋產生。

4 結論

上述各項試驗數據充分說明，本試驗嚴格按照焊接技術要求進行，試樣各項指標均合格，證明選擇的焊接工藝參數合理。本試驗適用于氣質條件為：總壓力不大于15 MPa、CO2摩爾含量不大于0.35%，Cl-質量濃度為60 g／L的工作環境下的L245NB+ 316L復合管返修焊焊接工藝技術要求。

[1]張立輝.16MnR+00Cr17Ni14Mo2復合管的焊接[J].石油工程建設，2010，36(1)：48-50.

[2]王 新.雙金屬復合管焊接藝研究與應用[J].電焊機，2011，41(7)：71-73.

[3]王能利，張希艷，柏朝暉，等.薄不銹鋼覆層的20鋼管對接TIG焊工藝[J].焊接技術，2006，35(6)：33-34.

[4]宋建義.內襯不銹鋼復合管焊接工藝的改進[J].民營科技，2012(7)：40.

[5]王憾利.超薄復合管20／0Cr18Ni9復合管焊接工藝研究[J].石油工程建設，2006，32(1)：55-58.

[6]李德祥.長輸管道焊縫返修焊接技術探討[J].江漢石油科技，2005，15(2)：47-49.

Welding process test on L245NB+316L composite pipe re-welding

SHUI Zheng-wei
(Southwest Petroleum University，Nanchong 637001，China)

Seal welding，root welding and transition layer welding were completed by TIG.Filling and cover face welding were completed by SMAW in the experiment.TGFA-309L(φ 2.2 mm)，TGS-309MoL(φ 2.4 mm)and AROSTA309Mo(φ 2.0 mm)welding materials were optimally selected.Welding process rest on L245NB+316L clad pipe re-welding was proceeded in the environment of total pressure was no more than 15 MPa，CO2molar content was no more than 0.35%and Cl-content was 60 g／L work.The test results show that the various mechanical performance index of welding joint are qualified.No crack appears to the specimen of intergranular corrosion resistance and Cl-stress corrosion resistance test.The results of weightlessness corrosion test shows that the average gas phase corrosion rate is 0.022 3 mm／a，and liquid average corrosion rate is 0.068 1 mm／a.All the test results can satisfy the relevant standards.

L245NB；316L；composite pipe；welding process

TG457.6

B

1001-2303(2012)07-0094-03

2012-06-29

稅正偉(1974—)，男，四川射洪人，碩士，講師，主要從事材料物理性能研究、物理教學與研究工作。