雙金屬復合管端部處理焊接技術

王 京

(新疆石油工程建設有限責任公司，新疆 克拉瑪依 834000)

0 前言

雙金屬復合管基層(基管)采用碳鋼或低合金鋼管，覆層(內襯管)采用薄壁不銹鋼，具有強度高、抗腐蝕性能好、造價低的特點，已在石油天然氣集輸管線、油氣井套管中推廣應用。雙金屬復合管采用機械復合工藝，基層和覆層依靠脹緊力貼合，常規工藝是對接焊之前先用氬弧焊將基層和覆層管端封焊，再現場對接焊。大口徑雙金屬復合管(直徑大于等于350 mm)因鋼管曲率小、脹緊力相對小，管口封焊位置有較大的應力集中，容易產生裂紋，且由于裂紋缺陷不易檢出，帶來質量隱患。為此研究一種新的焊接施工工藝，對于雙金屬復合管的安裝、推廣應用十分必要。

在新疆油田某儲氣庫工程中，單井注采管道、集配站至集注站采氣干線均采用SFG－L414QBBS316L雙金屬復合管(即復合管基層為L415QB，覆層為316L)，包含 φ114×(10+2)mm、φ168.3×(14.2+2)mm、φ355.6 × (11+2)mm、φ508 × (16+2)mm四種尺寸，共51.646 km，其中大口徑雙金屬復合管(直徑大于等于350 mm)6.27 km。其力學性能如表1所示。

表1 管材力學性能Tab.1 Mechanical property of pipe

新疆石油工程建設有限責任公司研究出一套雙金屬復合管端部處理技術，明顯提高雙金屬復合管焊接效率，使焊接一次合格率從常規工藝的85%提高到了95%，確保了該工程的順利投產。

1 雙金屬復合管管端處理焊接工藝

1.1 工藝原理

利用焊接冶金原理，將雙金屬復合管管端處復層和基層由機械式復合轉變為分子結合，將復合管結構導致的應力集中部位與對接焊縫熔合線的薄弱部位分離開，避免了焊接裂紋的產生。將雙金屬復合管的管端長約30 mm范圍的覆層去除，使用與覆層材料相同或鉻、鎳元素含量更高的不銹鋼焊材進行多道堆焊，所得的熔敷金屬厚度不低于原有覆層的壁厚，機加工管口后，現場管線焊接采用氬弧焊打底、過渡焊，藥芯焊絲半自動下向焊填充蓋面焊接工藝。

1.2 焊前準備

(1)管口加工。

對機械式復合管進行校圓，保證切削精度。在管口一定范圍內進行切削加工，覆層切削完后再往基層切削1±0.3 mm。為防止管口因堆焊應力產生縮徑變形，管口預留20 mm增加管口剛度，端部處理如圖1所示。

(2)管口處理。

a.焊接前用動力角向砂輪機、不銹鋼砂輪片和鋼絲刷清理干凈焊接區域及其相鄰20 mm范圍的鋼管內表面上的油污、鐵銹、積雪和其他影響焊縫性能的物質。

圖1 端部處理示意Fig.1 The schematic of Processing ends

b.均勻預熱管口內表面堆焊區域，烘干表面的水蒸氣烘干，避免焊接時產生氣孔。

(3)焊接工藝。

采用不銹鋼藥芯焊絲的熔化極氣體保護焊。堆焊分兩次進行，每次焊接一層，分別采用E309 LT1－1過渡焊焊絲和E316LT1－1堆焊焊絲。焊接過程采用φ(CO2)100%氣體保護，氣體純度大于等于95%。焊接材料見表2，焊接工藝參數見表3。

表2 焊接材料Tab.2 Welding material

表3 焊接工藝參數Tab.3 Welding parameters

(4)焊后切削加工。

a.內堆焊完成并經外觀檢測和射線檢測合格后，參考上次校圓標示位置，再次校圓。然后將內堆焊高出部分進行機加工削平，機械加工完成后內堆焊層應與原管道內壁平齊，允許偏差為0～0.2 mm，但不得低于原管道內壁，不得損傷未堆焊部位的不銹鋼復合層。

b.內堆焊層削平后，再將管端預留段切除，最后在管端平端面用角度刀倒坡口，保證管口角度27.5°～30°，用萬能角度尺進行檢驗。

2 工藝分析

2.1 工效高

在廠房內進行雙金屬復合管管口內堆焊工藝，切削作業采用機加工，堆焊采用自動焊機，作業不受天氣影響。管口內堆焊后的復合管在現場焊接采用氬弧焊打底、過渡焊，藥芯焊絲半自動下向焊填充蓋面焊接工藝，焊接工效高。

2.2 質量可靠

采用管口內堆焊工藝將管端的覆層和基層變成分子結合，再現場組對焊接，避免了復合管結構導致的應力集中部位和對接焊縫熔合線部位疊加而產生焊接裂紋的風險。采用的常規焊接工藝，質量容易保證;射線、超聲波等無損檢測不易受干擾，準確度高，進而保證了焊接質量。

2.3 成本低

由于采用的都是常規設備和焊接材料，施工工效高，施工工期短，雖然增加了內堆焊工序，但是現場焊接采用了半自動下向焊工藝，焊接質量也有很大提升，減少了返修。總體分析，降低了施工成本。

3 質量控制措施

采取常規環節全面控制焊接質量，關鍵環節重點控制的方式。按照標準規范和焊接工藝指導書嚴格控制整個焊接過程中的每道工序，包括焊前人、機、料、法的審核與驗收，焊接作業過程中參數的焊接環境和焊接工藝執行情況的監督，焊接作業完成后的外觀檢驗及無損檢測過程，實現對整個焊接作業過程的質量控制。

重點控制焊接過程中的關鍵環節。在管口加工過程中，必須對原管材校圓，管口圓度對于后續加工精度的控制十份重要，且為防止管口因堆焊焊接應力產生縮徑變形，管口預留20 mm增加管口剛度，且在所有工序完成后，坡口加工過程中再切磋預留段;在焊接工序完成后，切削加工過程中再次對管口進行校圓，該工序對于后續現場焊接作業過程中的組對質量和組對工效具有重要意義。

4 結論

隨著雙金屬復合管的應用和推廣，雙金屬復合管焊接技術的研究也越來越重要。雙金屬復合管端部處理焊接技術從根本上解決了機械式雙金屬復合管特殊結構性所造成的焊接難點及可能存在的質量隱患，提高了現場安裝工效，可推廣應用于含大口徑雙金屬復合管安裝工程中。