L415/316L復(fù)合管焊接施工質(zhì)量控制

曾 君

（新疆石油工程建設(shè)有限責(zé)任公司，新疆 克拉瑪依 834000）

0 概述

L415/316L復(fù)合管的內(nèi)層（復(fù)層）是316L不銹鋼管，外層（基層）是L415低合金鋼管，采用旋壓復(fù)合工藝使兩者緊密貼合，是一種更理想的管道升級換代產(chǎn)品，結(jié)構(gòu)如圖1所示。由于綜合了不銹鋼管的耐腐蝕能力和低合金鋼管的承壓能力，使用經(jīng)濟性良好，近年來在油氣田開發(fā)中逐步得到應(yīng)用。

圖1 雙金屬復(fù)合管的結(jié)構(gòu)

呼圖壁儲氣庫作為國家重點建設(shè)項目，是西氣東輸管網(wǎng)首個大型配套系統(tǒng)，也是西氣東輸二線首座大型儲氣庫，總庫容107億m3，生產(chǎn)庫容45.1億m3，是中國石油目前規(guī)模最大、建設(shè)難度最大的儲氣庫建設(shè)項目。呼圖壁儲氣庫的天然氣來自土庫曼斯坦，CO2含量較高，對管道具有強烈的腐蝕性。因此，儲氣庫3個集氣站共計30 km的采氣干線單井線全部使用了 L415+316L/φ355×（11+2）mm、φ508×（16+2）mm雙金屬復(fù)合管。

1 焊接技術(shù)難點

L415/316L復(fù)合管的基層和復(fù)層采用旋壓復(fù)合工藝，通過壓力作用使其緊密貼合在一起，兩層金屬相互間并無冶金熔合，不存在結(jié)合力，故在熱交變環(huán)境中應(yīng)用時，內(nèi)外金屬層因膨脹導(dǎo)致的尺寸和應(yīng)力差異將集中在連接端部，導(dǎo)致長距離管道連接焊縫處于極大的交變應(yīng)力狀態(tài)，不僅易使焊縫處出現(xiàn)嚴(yán)重的應(yīng)力腐蝕，甚至導(dǎo)致焊縫開裂破壞，故該材料的焊接難度很大，其難點主要表現(xiàn)在：焊接時，既要滿足基層的焊接結(jié)構(gòu)強度，又要滿足復(fù)層的耐腐蝕性能要求；對于基層要避免鉻、鎳等合金含量增高，否則基層焊縫中會形成硬脆組織，容易產(chǎn)生裂紋，影響焊縫強度；對于復(fù)層要避免含碳量增加，否則會大大降低其耐腐蝕性。

2 焊接主要問題

綜合新疆石油工程建設(shè)有限公司前期焊接試驗、焊工培訓(xùn)情況來看，L415/316L復(fù)合管在焊接過程中存在以下主要問題。

（1）封焊和過渡層氣孔。

這主要與復(fù)合管的復(fù)合質(zhì)量有關(guān)。焊接時，復(fù)合界面存在的油脂、鐵銹、水份等雜質(zhì)受熱會分解為水蒸氣和CO2氣體，在熔池內(nèi)產(chǎn)生大量氣體，導(dǎo)致氣孔產(chǎn)生。

（2）層間未熔合。

層間未熔合的產(chǎn)生機理與過渡層氣孔相似，也是由于復(fù)層和基層之間存在的雜質(zhì)在受熱后分解造成的，雜質(zhì)分解產(chǎn)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，導(dǎo)致層間未熔合。

（3）根部未焊透和內(nèi)凹。

產(chǎn)生根部未焊透和內(nèi)凹的主要原因是焊工操作不當(dāng)。正常情況下，這兩種缺陷是不容易出現(xiàn)的，但如果組對間隙過小或鈍邊過大，就容易造成未焊透。如果產(chǎn)生磁偏吹，也容易造成單邊未焊透和內(nèi)凹。因此，焊接時應(yīng)仔細(xì)觀察熔池形狀，注意兩側(cè)鈍邊是否完全熔化，鐵水是否到位。

3 焊接施工質(zhì)量控制

焊接施工過程的質(zhì)量控制主要包括：焊工資格審查、焊接工藝評定確定、焊接材料管理、設(shè)備管理、焊接過程控制、焊后檢查及焊縫返修等方面。

3.1 焊工資格審查

從事L415/316L復(fù)合管焊接的焊工，必須按國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局頒布的TSG Z6002-2010《特種設(shè)備焊接操作人員考核細(xì)則》的有關(guān)規(guī)定經(jīng)培訓(xùn)、考核合格，并持有《特種設(shè)備作業(yè)人員證》，方可在有效期內(nèi)從事合格項目范圍內(nèi)的焊接工作。

3.2 焊接工藝評定

焊接工藝評定是焊接質(zhì)量控制中的一個重要環(huán)節(jié)，焊接質(zhì)量的保證必須以合格的焊接工藝為基礎(chǔ)。因此，在工程焊接前，施工單位應(yīng)按現(xiàn)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)NB/T 47014《承壓設(shè)備焊接工藝評定》的規(guī)定進行焊接工藝評定，并依據(jù)批準(zhǔn)的焊接工藝評定報告編制焊接工藝規(guī)程，作為指導(dǎo)焊接施工的依據(jù)。

焊接前，技術(shù)人員應(yīng)對焊接機組的全體人員進行焊接工藝交底，要求他們熟悉工藝文件并嚴(yán)格執(zhí)行，做好焊接過程的施焊記錄。同時，技術(shù)人員要對焊接工藝紀(jì)律的執(zhí)行情況進行監(jiān)督檢查，確保焊接工藝紀(jì)律執(zhí)行到位。

3.3 焊接材料管理

工程中采用的所有焊接材料都應(yīng)有制造廠的質(zhì)量證明書，并符合國家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計技術(shù)文件的規(guī)定。使用前，應(yīng)根據(jù)國家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)計技術(shù)文件或供貨協(xié)議等規(guī)定進行檢查、驗收或復(fù)驗，合格后方可使用。

3.4 設(shè)備管理

焊接前，應(yīng)對工程所用焊接工裝設(shè)備、儀表的性能進行檢查，確保其工作性能處于完好狀態(tài)。計量器具應(yīng)在檢定或校準(zhǔn)的有效期內(nèi)。

3.5 焊接過程的質(zhì)量控制

L415/316L復(fù)合管的焊接按封焊層-復(fù)層-過渡層-填充層-蓋面層的順序進行，其焊接層數(shù)如圖2所示。

圖2 焊接層數(shù)示意

（1）封焊層焊接。封焊采用手工鎢極氬弧焊，選用與復(fù)層相匹配的焊絲。焊接時，應(yīng)在焊接工藝規(guī)程允許的范圍內(nèi)，在保證焊透和熔合良好的前提下，采取小電流、短電弧、快速焊和多層多道焊工藝，并控制道間溫度，其目的是減少不銹鋼內(nèi)合金元素?zé)龘p、減少向不銹鋼內(nèi)滲碳。焊接過程中，如發(fā)現(xiàn)熔池由里往外冒氣泡時立即停止焊接，將接頭處打磨干凈后重新開始焊接。封焊層焊接完成后，檢查封焊焊縫質(zhì)量，其表面不得有裂紋、氣孔、未熔合等缺陷。封焊焊縫如圖3所示。

圖3 封焊焊縫

（2）定位焊。定位塊選用不銹鋼材料制備。定位焊時，定位焊縫應(yīng)焊在基層母材坡口內(nèi)，且采用與基層焊接相同的焊接工藝，定位焊的引弧、熄弧都應(yīng)在坡口內(nèi)進行。定位焊縫焊完后，應(yīng)清除熔渣并進行檢查，當(dāng)發(fā)現(xiàn)有缺陷時，及時處理至符合國家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和焊接工藝規(guī)程的規(guī)定后方可進行正式焊接。

（3）復(fù)層焊接。按照不銹鋼材料的常規(guī)焊接方法和工藝措施進行焊接。焊接前，應(yīng)采用不銹鋼砂輪片、鋼絲刷及敲渣錘等專用清理工具將復(fù)層坡口內(nèi)外表面上的雜質(zhì)、飛濺等污物清理干凈。焊接時，應(yīng)控制焊接線能量，擺幅不宜過大，保證根部焊縫背面成型良好。

（4）過渡層焊接。過渡層焊接是整條焊縫的關(guān)鍵，應(yīng)選用與復(fù)層相同的焊接方法及工藝進行過渡層焊接。焊接時，其焊縫應(yīng)同時熔合復(fù)層焊縫、復(fù)材與基材的復(fù)合界面，且蓋住復(fù)層焊縫和復(fù)合界面；在保證焊縫熔合良好的條件下，盡可能采用較小的焊接線能量；不得在母材表面上引弧；應(yīng)采取防飛濺措施；每道焊縫宜一次連續(xù)焊完，因故中斷焊接時，應(yīng)根據(jù)工藝要求采取防裂紋措施，再次施焊前檢查并確認(rèn)無裂紋后，方可按原工藝要求繼續(xù)焊接。

采用不銹鋼砂輪片、鋼絲刷及敲渣錘等專用清理工具進行復(fù)層、過渡層焊縫表面的清理。

（5）基層焊接（填充層、蓋面層）。按低合金鋼的常規(guī)方法和工藝焊接即可，但要注意焊接參數(shù)不宜過大，盡量減少碳元素向過渡層擴散。

3.6 焊縫檢查

焊縫完成后立即將焊縫表面的藥皮、飛濺等清理干凈，并進行焊縫外觀檢查，外觀檢查合格后方可進行無損檢測。焊縫與母材應(yīng)平滑過渡，不得有裂紋、夾渣、氣孔、未熔合、未焊滿、弧坑、焊瘤等表面缺陷。焊縫外形尺寸和質(zhì)量應(yīng)符合國家現(xiàn)行有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計技術(shù)文件的規(guī)定。

3.7 焊縫返修

對經(jīng)檢查不合格需進行焊接返修的焊縫，認(rèn)真分析缺陷產(chǎn)生的原因，制定預(yù)防措施，按評定合格的焊接工藝編制焊接返修工藝規(guī)程。返修前徹底清除焊接缺陷后方可進行焊縫返修，返修完畢按要求重新進行無損檢測。返修焊縫的性能和質(zhì)量要求與原焊縫相同。

4 結(jié)論

L415/316L復(fù)合管是異種鋼焊接，焊接難度大，現(xiàn)場焊接條件差，其產(chǎn)生焊接缺陷的因素很多。因此，焊接施工質(zhì)量應(yīng)當(dāng)通過建立健全質(zhì)量管理體系，加強質(zhì)量策劃、方案編制、技術(shù)交底、資格審查、過程監(jiān)督、結(jié)果確認(rèn)等環(huán)節(jié)的管理，通過對焊接質(zhì)量控制系統(tǒng)中的控制環(huán)節(jié)、控制過程、控制點的控制來保證。在實施中，要按照PDCA循環(huán)，把握好焊前檢驗、焊接過程中檢驗和焊后檢驗，注重焊接過程的“精、細(xì)、化”管理，最終保證焊接質(zhì)量目標(biāo)的實現(xiàn)。