Ф89×(4+2)双金属复合管焊接技术

黄镇 刘天波 梁浪涛

摘要：双金属复合管是一种新型复合材料，近年大规模使用于油田建设中，比如：在塔里木油田所属的克拉2和迪那2气田中，双金属管均得到大量的应用；双面衬塑钢管很好的解决了普通钢材腐蚀过快而不锈钢管材费用过高的难题，因此双金属复合管在以后的油田建设中具有相当广泛的应用前景；本文主要对应用于迪那2气田的Ф89×（4+2）双金属复合管的焊接给与浅析。

关键词：双金属复合管 焊接 00Cr17Ni14Mo2

前言：在石油天然气田开发中，各种酸性有害介质的腐蚀问题是困扰许多油气田开发的一项难题。油气田有害介质主要以H2S、CO2及Cl- 等为主，对油气装置管道危害很大。目前国内逐渐使用耐腐蚀材料双金属复合管替代传统钢材，即提高了油气田运营的安全稳定性，又避免大量使用不锈钢的高额费用；但是由于双金属管材的特殊性，其对焊接技术的要求非常高，如果焊接技术不过关，极易造成焊缝强度、塑性和韧性不足，主要合金元素烧损和稀释等问题。在塔里木油田迪那2气田施工中，集气站原油管线大规模采用规格为Ф89×（4+2）的双金属复合管，基材为L360，厚度4mm，衬管钢级为00Cr17Ni14Mo2，厚度2mm。

1、接头设计

在进行双金属复合管焊接时，必须首先对衬管进行封焊，封焊完成后再进行接合部和基材的焊接，根据这一焊接特性和Ф89×（4+2）双金属复合管基材和衬管的具体数据，采用该种形式的焊接接头，可以有效的减小焊接组对的错边量，降低了“渗碳”等现象对复合管焊接接头防腐性能的影响；我们设计的接头具体参数如下；接头设计示意图见图1；

(1)接头形式：管对接；

(2)坡口形式：V型；

(3)钝边：覆层厚度1.5㎜；

(4)钝边长度：t=2~2.5㎜；

(5)坡口角度：60°~65°；

(6)对口间隙：2.0mm；

(7)焊缝宽度：比表面坡口每侧增宽0.5~2mm；

(8)焊缝余高：≤1.6mm,局部不超过3mm，且长度不大于50mm；

(9)焊后错边：覆层≤0.5mm，基层≤10%T且≤1.6mm；

2、焊材选择

由于目前国内尚不能解决双金属复合管爆炸熔合的技术难题，进场的双金属复合管均为机械复合，在基材与衬管之间存在细微的间隙；管道在拉运到现场前，必须对基材与衬管接合部进行封焊，即对基材与衬层之间的间隙焊接，避免由于衬层热膨胀系数大而造成衬层与基材的脱离，也可以避免日后由于焊缝处衬管遭受腐蚀后，介质通过衬管与基材之间的缝隙对整个复合管进行破坏；封焊属于异种钢焊接，技术相对成熟，我们选用的焊接方法为氩弧焊，焊材选用ER316LФ1.2mm焊丝，具体的焊接工艺参数见表2；焊接时采用小电流，以降低焊接线能量；

双金属复合管的焊接在根焊时，属于同类别不锈钢焊接，其焊接技术非常成熟，针对Ф89×（4+2）这种双金属复合管的衬管材质为00Cr17Ni14Mo2，我们选择的根焊焊丝型号为AWS A5.9 ER316L TGS-316L Ф2.0mm，采用氩弧焊；

在根焊结束后，衬管部分同类别钢材的焊接已经完成，开始进行填充、盖面，此时所遇到的问题是如何解决基材与衬管异种钢的焊接结合问题；填充焊我们选择GB/T983 E309-15 CHS307 Ф2.5mm作为填充焊条，该焊条具有优良的抗裂性及抗氧化性能，可以有效的解决焊缝强度、塑性和韧性不足、合金元素被烧损、稀释及渗碳等问题；采用该焊条

进行焊接，还可以为下一步用E5015进行填充盖面提供良好的焊接界面，可以很好的与E5015焊条进行熔合，极大地提高劳动效率和节约施工成本。

焊接过程中出现的返修或连头，我们选用的焊接的焊丝为日本油脂公司生产的ER3O8LTФ2.4自保护钨极氩弧焊丝封底，其他焊材及焊接参数不变，该焊丝不需要背保护气即可施焊，管内形成非常薄的焊渣，可在通球清扫时轻易排出；这种焊丝的技术运用已经相当成熟，相对于国产同规格焊条具有成型良好，焊工容易操作等优点，极适用于焊缝返修、连头等没有条件充氩保护的管道焊接。

3、焊接工艺

(1)焊接层数

该型号复合管壁厚6mm，其中基材L360厚度为4mm，衬管为00Cr17Ni14Mo2，厚度为2mm，根据这一特性，焊接层数为封焊1遍，根焊1遍，填充1~2遍，盖面1遍；

(2) 工艺要求

针对该种双金属复合管，焊接工艺具有以下要求：

①焊接方法：钨极氩弧焊+焊条电弧焊，整个封焊过程采用内充氩保护；

②焊接方向：向上；

③钨极牌号：Wce，钨极规格：Ф2.0㎜；

④保护气体：Ar，气体纯度：≥99.99%；

⑤填充盖面层层间温度：100~150oC；

⑥焊条烘干：E309-15在250 oC中烘烤1小时；E5015在350 oC中烘烤1.5小时。

4、焊接规范

在焊接过程中，必须严格遵守焊接规范，焊接规范见表1；

5、焊接要求

(1)施焊环境要求

①环境湿度：≤90%RH 环境温度：≥5℃；

②环境风速：封焊、根焊≤2m/s，填盖焊≤5m/s；

③其它：无有效防护装置，雨雪天气不得施焊。

(2)焊接过程操作要求

①焊前必须用丙酮溶液清洗坡口两侧各50㎜内的油污、杂质；

②清理工具用动力角向砂轮机或不锈钢刷；

③在整个封焊过程中，必须采用内充氩工艺，氩气纯度要求不小于99.99%；背面保护气体应在施焊前10分钟通入，焊道冷却至室温时，方可撤除背面保护气体及装置；焊接前必须对焊缝处进行预热，预热温度不小于150℃；在整个焊缝的焊接过程中，必须尽量采用快速焊，且严格控制层间温度，层间温度不小于100℃，以便减少过热，提高焊缝的抗裂性；

④对口时，点焊工艺与正式焊接工艺相同，连接块的材质与基层相同，钝边必须打磨至衬垫处；

⑤焊接接头背面颜色为银白、金黄、蓝、红灰等颜色方为合格，灰色、黑色等颜色为不合格；

⑥切割时采用无齿锯，保证管端面与管轴线垂直，切割后需要用车床修整坡口。严禁采用气割、等离子等高温切割工具；

⑦填充盖面时，焊条不允许摆动，必须采用直拉运条、多道焊方法；

⑧复合管运输过程中注意防雨、防潮，合理堆垛，避免出现基材腐蚀和管道变形。

6、结束语

对于在迪那2气田中使用的Ф89×（4+2）双金属复合管，采用了上述的焊接工艺，经过对焊接接头的抽样检查，通过无损探伤、力学、化分、金相、硬度、晶间腐蚀、失重腐蚀等试验，均满足要求，该焊接工艺为日后该型号的双金属复合管的焊接提供了较好的借鉴作用。

参考文献

[1]邓文英：金属工艺学，高等教育出版社1991年版；

[2]强健：工程焊接实用手册，中国计划出版社1996年版。

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。