探究石油化工工程不銹鋼復合鋼管的焊接

季本章

【摘 要】不銹鋼復合鋼管在石油化工工程中得到了廣泛的應用，不銹鋼復合鋼管在應用中的焊接工藝對其質量有著重要影響，雖然隨著技術的發展焊接技術得到了提升，但在實際操作中還存在一定問題。基于此，本文對不銹鋼復合鋼管的焊接技術進行了分析，希望對焊接技術的完善能夠有所幫助。

【關鍵詞】石油化工；不銹鋼；復合鋼管；焊接

不銹鋼復合鋼由低鉻鉬合金鋼或碳鋼為基體，通過爆炸復合、堆焊、和熱軋復合等工藝合理的將兩種金屬材料結合在一起，構成一種性能好、并且具有節能效果的材料。不銹鋼復合鋼管因為具有耐高溫、耐腐蝕等良好的性能而被廣泛的應用于石油化工工程中。

1.焊接特點

1.1異種鋼焊接

復層與基層交接處的焊接也稱為“過渡層”焊接，屬于異種鋼焊接，有著自身的特殊性。過渡層的焊接在參數的選擇上如果出現差錯，焊接基層時，會導致復層的附近可能發生熔化，從而使復層的合金混入到基層中，基層將會被脆化。情況嚴重時，可能會導致基層出現裂痕。復層焊接時可能會引起焊縫處的金屬被稀釋，降低其耐腐性和塑性。因此在實際焊接中，對復層鋼管進行焊接時，需要應用鎳、鉻為填充材料，從而確保焊縫處具有足夠的鐵素體，使復層的抗裂性能得到提高。這樣過渡層在焊接過程中即使被基層碳鋼所稀釋，也不會因此形成馬氏體淬硬組織。選取合適的焊接參數和焊接方法，即在焊接過程中要盡量降低焊接熱輸入，以確保碳鋼基層的一側不會發生較深熔化，可以有效降低碳鋼基層合金化的發生和焊縫處金屬被稀釋的程度。

1.2基層、復層焊接

在對不銹鋼復合鋼管進行焊接時，為了確保復合鋼不會因為焊接而導致其原有性能發生變化，焊接過程中需要將基層和復層的焊接分開。基層與基層之間的焊材應當與基層母材材質相同，焊接工藝選取應當同珠光體鋼保持一致。復層之間焊接使用的焊材應當與復層的材質一致，焊接工藝應當與相應的不銹鋼焊接工藝一致。同材質焊接技術目前已經較為成熟，在管線施工過程中也具有一定的施工經驗。

1.3過渡區組織

在不銹鋼復合管中，基層與復層之間的關系十分微妙，兩者僅是分子擴散與原子結合的隔離，在進行接頭焊接時僅僅有幾毫米的距離。焊接時產生的電弧高溫，經常會使合金元素被燒壞、碳元素嚴重擴散等，在交界處將會形成一種硬度偏低的脫碳帶和硬度較高的增碳帶，導致在過渡區域形成的金相組織十分復雜。在過渡層的焊接過程中焊材選用如果不當或者焊接電流過大都會導致材料的強度和耐腐性下降。因此在復合層焊接中不僅要注意焊材的選擇，也要對焊接電流合理控制，確保焊接質量能夠滿足不銹鋼復合鋼管石油化工工程中的應用。

2.焊接工藝

2.1控制焊接錯邊

不銹鋼復合鋼管焊接接頭的質量要達到使用標準，必須嚴格控制錯邊量。若不銹鋼管的壁厚一致，焊接過程中應以復層作為基層，錯邊量應當嚴格控制在復層厚度的一半以內，并且控制在2毫米之內。若管壁厚度不同（包括基層厚度不同；復層厚度不同；兩者都不同），焊接時應當以內壁平齊作為施工原則，內壁錯邊量應當控制在2毫米之內，其余錯邊量應當依據焊接中遇到的實際情況進行加工和調整。

2.2焊接

不銹鋼復合鋼焊接時，基層和復層應分別按照基層和復層母材選用相應的焊接材料，過渡層應選用25Cr-13Ni型或含鎳量更高的焊接材料。不銹鋼復合鋼管受管徑限制，通常采用“V”形坡口單面焊接背面自由成型的焊接工藝，焊接順序首先是復層焊接；其次是過渡層焊接；最后是基層焊接。復層焊接宜采用鎢極氬弧焊，焊接時，應當在管線內壁的局部或整體充氬實現保護，亦可以應用自保焊絲（如油脂TGF一系列的焊絲）對底層（復層）出現的焊縫進行焊接。復層焊接時應依據坡口形式進行焊接，焊接至距離復合界面0.5-1.5毫米和焊接完成后，需打磨到鈍邊部位。復層焊接時應注意焊接材料與母材材料相同，焊接中為了避免熱處理帶來的損害，在焊絲的選用上應當選取Cr含量適當的奧氏體不銹鋼焊絲對復層進行焊接；在復層焊接時應當盡量擺動，使用小電流，焊接過程中在保證焊道根部能夠完全熔化的基礎上，應當盡量避免基層材料發生熔化而流入到復層的焊縫中，避免晶間腐蝕和裂紋的產生。過渡層的作用是為了阻止基層中的碳滲透到復層不銹鋼中，對復層不銹鋼發生稀釋，甚至可能會出現硬脆的馬氏體組織，導致焊縫從耐蝕層開始失效。過渡層焊接在復層焊縫表面無損檢測合格后方可進行，宜采用手工電弧焊，選取小直徑的焊條，焊接時盡量減少擺動，并且采取多道焊接，降低在焊接過程中的成分稀釋。

2.3預熱及焊后熱處理

2.3.1預熱

不銹鋼復合管基層或復層在焊接前必須預熱，預熱溫度按GB50236-2011要求。過渡層是否預熱應當由復層和基層的材質而定，若基層與復層都需要預熱，則預熱溫度應按基層與復層預熱溫度要求較高的一層選擇。預熱時奧氏體不銹鋼的層間溫度宜小于150℃，馬氏體不銹鋼的層間最高溫度為315℃。

2.3.2焊后熱處理

不銹鋼復合鋼管應盡一切可能不采取焊后熱處理。不銹鋼復合管熱處理時，不同的材料會產生不同的影響，奧氏體不銹鋼復層熱處理時，在復合界面周圍會形成附加殘余應力，可能會導致復合界面局部脫層或強度下降，即所謂的脫開效應。奧氏體復層中如果不含有穩定化元素，熱處理時，會析出含有鉻的碳化鉻，從而導致其耐腐蝕性能下降。鐵素體不銹鋼復層進行熱處理時，極容易產生σ相，使晶粒粗化，韌性降低，從而導致復層組織發生脆化，使材料的使用性能下降。因此在選擇不銹鋼復合鋼管焊接工藝時應當盡量選取不需要焊后熱處理的工藝，如果管壁的厚度要求在完成焊接后熱處理時，應當在完成基層焊接后進行熱處理，然后再進行過渡層和復層焊接。

2.4焊工資質和工藝評定

焊工需持證上崗，不論是基層焊接、復層焊接還是過渡層焊接都應當具有相應的資質。管道焊接前需編制焊接工藝評定，編制焊接工藝評定時，需對焊接順序、焊材、是否需要預熱以及焊后熱處理進行明確。編制焊接工藝評定后應編制焊接工藝卡，由持證焊工按焊接工藝卡要求進行施焊。

3.結束語

綜上所述，不銹鋼復合鋼管在石油化工程中得到了廣泛的應用，必須要加強對其焊接工藝的探討。焊接過程中需要注重基層、復層、過渡層的焊接工藝選取，只有選取適當的焊接工藝才能確保產品的質量，從而為石油化工工程提供優質的復合鋼管，提高工程質量。 [科]

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