雙金屬復合管焊接工藝研究

張西雷，馬慶樂

（中國石油天然氣管道第二工程公司，江蘇 徐州221006）

雙金屬復合管焊接工藝研究

張西雷，馬慶樂

（中國石油天然氣管道第二工程公司，江蘇 徐州221006）

為了介紹雙金屬復合管采用鎢極氬弧焊和焊條電弧焊組合焊接方法，以及采用鎳基填充材料各焊層的焊接工藝參數及操作要點，以L245N/316L鋼級Φ168.3 mm×（11+2）mm雙金屬復合管為例，詳細介紹了雙金屬復合管的焊接工藝，包括焊接工藝參數、封焊及組對、焊接方式以及焊后檢驗返修等。并發現通過焊前檢查、焊接操作過程的控制、焊后的清理等工序，可以有效防止焊接缺陷的產生，保證了雙金屬復合管的焊接質量。

焊管；雙金屬復合管；鎳基焊絲；鎳基焊條；過渡焊；熱輸入

雙金屬復合管是以碳鋼或低合金鋼為基層，在其內壁覆襯一薄壁不銹鋼管（一般壁厚為2～3 mm），通過熱軋、熱擠壓、堆焊、爆炸、粉末冶金等工藝將復層鋼管和基層鋼管結合為一體形成雙金屬復合管。它保留了兩種不同材料內在的優點，互補了它們內在的不足，因此這種雙金屬復合鋼管大大提高了鋼管在輸水、輸熱水、輸煤氣、輸天然氣、輸油等過程中的耐腐蝕性能，表面光滑，流體阻力小，又保留了鋼管機械強度高，可用于輸送腐蝕性介質。

1 雙金屬復合管焊接工藝

目前國內雙金屬復合管的基管采用鋼級主要為L245N、L360、L415和X65等，復層不銹鋼管采用的鋼級以316L為主 （316L為美國標準牌號，其相對應的國內標準牌號為022Cr17Ni12Mo2），其化學成分見表1。

選擇焊接工藝時需考慮填充金屬的強度與基層鋼管相匹配，還要考慮根焊填充金屬的耐腐蝕性，更要考慮焊接過渡層（復層不銹鋼管與基層鋼管過渡區域）時合金元素的稀釋問題。因此選擇耐腐蝕性好，Cr和Mo含量較高的鎳基填充金屬。為減小焊接熱輸入，根焊、過渡層焊接采用焊接熱輸入較小的鎢極氬弧焊，填充、蓋面焊接焊條電弧焊。

表1 316L不銹鋼化學成分要求%

1.1 焊接工藝參數

以 L245N/316L鋼級 Φ168.3 mm×（11+2）mm雙金屬復合管為例。雙金屬復合管各層焊接工藝參數見表2。對接接頭坡口形式及尺寸如圖1所示。

表2 雙金屬復合管焊接工藝參數

圖1 V形坡口對接接頭

1.2 封焊及組對

1.2.1 封焊

雙金屬復合管基層與復層之間的封焊一般是由鋼管生產廠家完成的，但對于管線連頭需要切割短管時封焊要由施工單位在現場完成。

切割完的雙金屬復合管應檢查基層與復層間的貼合程度，基層與復層間貼合的越緊密越好。如果最大間隙超過1 mm，則要采必要取措施進行修復。另外，還要檢查管端切割和坡口加工時是否損傷到復層不銹鋼管，如果傷到不銹鋼管將大大降低其抗腐蝕能力，縮短管線的服役壽命。

封焊層的焊接是雙金屬復合管焊接的關鍵工序，是復合管焊接質量的重要保證。復合管的基層和復層接觸面并不牢固，夾層中常有空氣和水分等，封焊時會影響焊接質量，所以焊前應進行預熱，保持管內干燥并排除基層與復層間的空氣。

封焊時焊槍傾角為60°～70°，焊絲與鎢極夾角為90°～110°。焊槍后傾與焊件表面的夾角角度過小，會降低氬氣保護效果；角度過大，可見度小，操作困難。封焊時采用短弧焊接向上斜拉的電弧行走方法，在結合處快速點狀給絲保持有5～7 mm寬的熔池快速前行，在不銹鋼側熔合即走不做停留，大步斜拉至碳鋼側停留控制熔池溫度，防止不銹鋼背面溫度過高氧化。焊接過程中嚴格控制熱輸入減少不銹鋼管側高溫停留時間。為防止不銹鋼背面氧化應采取內充氬的方式進行保護。

1.2.2 打磨、組對

待封焊焊道冷卻至室溫后，用不銹鋼專用砂輪片緊貼封焊外側切掉多余襯管，注意切削時溫度不要太高，見鋼管發紅應立即停止，待冷卻后再切，切完后，找平打磨坡口。注意封焊不要打磨過多，只需將內襯管打磨出坡度即可。組對前將兩管口處用水溶紙或其他措施在距離管口6～7 cm處進行嚴密封堵，封堵嚴密后進行組對。組對時留有2.5～3.5 mm的根部間隙，采用定位焊或外對口器進行組對。組對完成后用膠帶將待焊焊縫處封閉進行管內充氬，氬氣流量一般為16～20 L/min。內充氬1～2 min后在待焊焊縫下側撕開一個5 mm的排氣孔，排出管內空氣。然后繼續充氬置換20 min。

2 焊 接

2.1 根焊

待充氬置換完畢后管道密封區處于飽和氬氣狀態后，可以開始根部焊道的焊接，焊前將鎢極打磨尖銳，仰焊至立焊以下位置鎢極傾角為 90°左右，立焊到平焊段鎢極傾角為 70°～80°。電弧引燃后應迅速壓至根部，保持短弧操作，采用小點狀快速送進焊絲，焊接速度比焊接普通不銹鋼時要快，鎢極稍做擺動，輕微擺動有利于熔池平滑。起弧處有熔池發粘走不動的現象時應增大焊接速度，控制熔池溫度，溫度越高越不易焊接。點狀送絲時應保證焊絲端頭始終處于氬氣保護區內，以免焊絲端頭高溫氧化，影響焊接質量。

當焊接仰焊至立焊段時因為焊接速度相對慢小些，這時必須是送絲跟上，小點狀，快頻率送絲，把焊絲送至熔池前段1/2處點入即快速取出，離開熔池的焊絲應仍在氬氣保護范圍內，取出速度一定要快否則會出現焊絲末端有來不及融化的焊絲瘤，影響下一個點的送絲，還易碰燒鎢極引起焊縫夾鎢。焊接時要注意控制熔池溫度，溫度過高焊道會過熱氧化變黑。氧化后的焊縫即使射線檢測和超聲波檢測合格也很難保證焊縫的耐腐蝕性。

2.2 過渡焊

過渡焊應該在根焊道焊接完成并冷卻至100℃以下并將根部焊道清理干凈后方可開始焊接，根焊道的冷卻過程和過渡焊的焊接過程中應保持管內氬氣壓力，防止背面焊道的氧化。過渡焊的焊接應采用小的焊接熱輸入，速度要快，焊縫金屬厚度可以適當的薄一些。焊接過程中要時刻檢測焊縫溫度，溫度過高時可適當暫停，待溫度降下來后繼續焊接，焊縫外觀呈銀白色最佳。

2.3 填充焊

第一遍填充時，仍應保持管內充氬，從6點鐘位置引燃電弧形成熔池后采用反月牙的運條方法快速薄層的進行焊接，焊條傾角保持在80°左右。注意控制熔池溫度，減少高溫滯留時間，防止根焊背面氧化，坡口兩側熔合好后立即快速運條前進。

后面的填充焊道應在前一層焊道清理干凈后進行焊接時同樣要注意控制熔池的溫度，盡量減小熱輸入。焊接過程中保持短弧操作保留原始坡口的邊緣，采用反之字型運條。焊接完成的焊道應為凹形焊道。

2.4 蓋面焊

用鋼絲刷清理干凈上一層的熔渣，待焊道表面溫度降至100℃以下時開始焊接，從仰焊位置引燃電弧形成熔池后采用之字型運條方法焊接，坡口每側應熔合0.5～1 mm，以確保蓋面焊縫的寬度。更換焊條時要快，在前面10 mm處引燃電弧快速拉至接頭處，將接頭收弧處填滿后進行正常焊接。

3 焊后檢驗及返修

焊接完成之后對焊縫的表面進行外觀檢查，外觀檢查合格后進行無損檢測。雙金屬復合管管道環向焊縫均應進行超聲波檢測和射線檢測，檢測標準為JB/T 4730—2005《承壓設備無損檢測》。射線檢測和超聲波檢測達到Ⅱ級為合格。

雙金屬復合管內襯不銹鋼鋼焊接不合格時，不允許返修，應將焊口切除重新焊接焊。基層鋼管焊接不合格時，可以返修一次，若返修不合格，應切除重新焊接。返修后的焊縫仍按照原檢驗標準進行檢驗。

4 結 語

雙金屬復合管采用鎳基焊絲和焊條進行焊接，表面成形良好，焊道的質量和耐蝕性能得到了很好的保證，操作得當，無損檢測一次合格率較高，解決了不銹鋼復合管焊接的眾多難題。但是在焊接過程中必須嚴格遵照焊接工藝規程進行操作，嚴格控制層間溫度及焊接的熱輸入，采用薄層多道焊，防止熱裂紋晶間腐蝕的產生，確保不銹鋼鋼管的耐蝕性。焊接過程中應當要認真觀察并清理干凈焊渣及飛濺，發現出現缺陷，應立即清除或返修，以此確保焊接質量。

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Welding Operation of Bimetal Composite Pipe

ZHANG Xilei,MA Qingle
（The No.2 Subsidiary Construction Company of China Petroleum Pipeline Bureau,Xuzhou 221006,Jiangsu,China）

In order to introduce the combined welding method,tungsten argon arc welding and shielded metal arc welding,used in bimetal composite pipe,as well as the welding process parameters and operation key points of nickel-based filler material welding layer,in this article,taking L245N/316L grade Φ168.3 mm ×（11+2） mm bimetal composite pipe for example,it detailedly introduced the welding process,including welding process parameters,sealing and fitting up,welding method,checkout and repair after welding,and so on.Through inspection before welding,controlling welding operation process,cleaning after welding,it can effectively prevent the formation of welding defects;guarantee the welding quality of bimetal composite pipe.

welded pipe;bimetal composite pipe;nickel-based welding wire;nickel-based welding electrode;transition welding;heat input

TE973.3

B

10.19291/j.cnki.1001-3938.2016.01.010

張西雷（1982—），男，工程師，畢業于中國石油大學（華東）材料成型及控制工程專業，現在中國石油天然氣管道第二工程公司從事焊接工藝評定相關工作。

2015-10-30

張 歌