X70/316L雙金屬復合管全自動焊接工藝應用研究

王偉 欒陳杰 楊帆 楊曉飛

X70/316L雙金屬復合管全自動焊接工藝應用研究

王偉 欒陳杰 楊帆 楊曉飛

由于X70/316L雙金屬復合海管基層和復層為機械結合，所以焊接存在困難。從雙金屬復合海管基管材料、內襯材料、管端堆焊技術及坡口設計等方面介紹X70/316L雙金屬復合海管全自動焊接技術，嚴控焊接過程質量，確保海上施工順利進行。

1. 概述

根據輸送油氣介質的特征，PY35－1/2項目海底管道選用X70/316L雙金屬復合管。海油工程焊接技術人員經過大量的科研試驗和技術攻關，成功摸索出一套雙金屬復合管全自動焊接技術。該技術采用了管端堆焊技術，窄間隙坡口形式，采用單一焊絲進行填充焊接的焊接方法，解決了雙金屬復合管焊接技術難題，并成功應用于番禺35－1/2項目中，取得了良好的效果。

2. X70/316L雙金屬復合管性能

X70/316L雙金屬復合管是由基管（X70）和內襯管（316L）兩部分組成。X70管線鋼是微合金控軋鋼，是采用了微合金化（加入微量的Nb、V、Ti、Ni、Cr、Mo等合金元素）和控制軋制新技術，同時采取從冶金工藝上降低了C、S、P等雜質，改變了夾雜物形態，提高鋼的純凈度等措施，使鋼材具有均勻的細晶粒等軸鐵素體基體，得到了一種針狀鐵素體組織。因此這種鋼在軋制狀態下就有相當于正火鋼的質量，具有高韌性、高強度和良好焊接性。316L是低碳微合金鋼，具有高強度、強韌性和良好的焊接性和耐CO2和H2S腐蝕性能。X70/316L雙金屬復合管化學成分及力學性能如表1、表2所示。

3. 焊接材料

試驗采用的焊材為美國ARCOS 625焊絲，焊絲成分和力學性能如表3、表4所示。

4. 焊接工藝

（1）管端堆焊 為了解決復合管焊接過程中內外管剝離問題，要求復合管生產廠家對管端90mm內堆焊3mm鎳基合金625，使復合管端部形成冶金結合，解決焊接時由于內外層熱膨脹系數不同而造成的剝離問題。

為了保證海上施工焊接質量，要求復合管生產廠家對堆焊層進行機加工，并保證所有復合海管管端90mm堆焊層的內徑公差＜±0.3 mm，能夠保證海上施工時的組對精度和錯邊量，從而保證焊接質量。

（2）坡口設計 設計窄間隙坡口，可以減小坡口角度，減少焊材填充量，并利用鋪管船分站作業，合理安排焊接站點，提高焊接施工效率。坡口形式及尺寸如圖1所示。

圖1 坡口形式及尺寸

表1 雙金屬復合管主要化學成分（質量分數） （%）

表2 雙金屬復合管力學性能（基層X70）

表3 焊絲化學成分（質量分數） （%）

表4 焊絲的力學性能（ARCOS 625）

（3）焊接參數 雙金屬復合管采用全自動TIG焊接工藝，從根部到蓋面，全部采用單一ARCOS625焊絲和產自奧地利的全自動TIG焊機。采用內對口器進行組對焊接。焊接參數如表5所示。

（4）施工流程 施工作業使用HYSY201船，主作業線其正常作業流程如圖2所示。

5. 焊接質量控制

（1）組對與清理 首先用專用毛刺刀將已經加工好的坡口鈍邊的上、下兩邊毛刺刮掉，以避免組對時因毛刺而造成的虛接（焊接工藝規定組對0間隙），否則會出現起弧打漏的狀況。

然后采用不銹鋼絲刷、砂輪等專用工具打磨管端≥25mm 范圍內的油污、銹垢等雜物，直至露出金屬光澤。

最后，用丙酮將焊縫坡口清洗干凈，并保證徹底清除防銹保護涂層；保證焊縫坡口周圍應沒有水分、油污、碳化物、涂層等影響焊接質量的雜質存在。

（2）預熱 對坡口邊緣75mm范圍內進行預熱，預熱溫度50℃，預熱采用電加熱方式，并保證整個坡口加熱透。

（3）焊接過程質量控制 焊工及焊機操作工（包括定位焊、焊接及返修）必須經過焊工考核并合格后才能從事焊接施工工作。

焊工及焊機操作工應嚴格執行焊接程序的要求，使用正確的焊接材料、焊接參數；同時，焊工操作嚴格按照全自動鎢極氬弧焊焊接操作規范的動作要求進行。

背部保護氣體＜500ppm（1ppm=10-6）時方可進行焊接，在完成4道焊接之后才能撤出保護氣體。焊接過程嚴格控制層間溫度，最高不能超過150℃。

（4）無損檢測 焊接質量按照DNV OS F101焊接標準要求，100%射線（RT）檢測，根部不允許存在未熔合，填充層未熔合長度小于兩倍基材壁厚。

圖2 正常作業流程

6. 結語

通過管端堆焊處理和機加工，解決了復合管內外層分離和組對精度問題，成功開發雙金屬復合管全自動氬弧焊接工藝。該工藝成功應用于PY35－1/2海上鋪設項目， 海管總長度19.3km，焊接一次合格率97.7%以上。

表5 焊接參數（背部保護氣體8L/min）

[1] Spence M A, Roscoe C V. Bi-metal CRA-lined pipe employed for north sea field development[J]. Oil & Gas Journal, 1999,97(18)： 80-88.

王偉等，海洋石油工程股份有限公司。