Incoloy825复合管向下立焊操作技术探讨

刘庆忠 张敬洲 张先龙

土库曼300亿增供气项目主要包括采气单井（包括采气管道240km）60座、预处理厂6座、集气管道72km、处理厂2座及外输大口径管道435km。该项目中采气和集气管道材质为Incoloy825合金复合管，规格主要为φ219mm与φ610mm两种。

目前，国内Incoloy825焊接主要采用氩电联焊工艺，熔化极气体保护焊向上立焊也有试验。为此，针对土库曼工期紧、工作量大、焊工少等现状，我单位进行了Incoloy825合金复合管向下立焊工艺研究，并取得初步成果。

1.焊接性分析

Incoloy825铁镍合金是Ni-Fe-Cr系，主要用于耐热与耐蚀环境。铁镍基合金具有较大的焊接热裂纹倾向，相对于奥氏体钢必须更严格地限制有害杂质。杂质存在造成焊接时与镍形成低熔点共晶夹层，增加了焊接热裂纹的形成。

2.向下立焊工艺与操作技术

（1）焊接方法及材料 焊接设备：米勒pipepro450rfc熔化极气体保护焊机；母材：新兴铸管生产L360QS/Incoloy825冶金复合管，φ219mm×（7.1+3）mm；焊丝：Inconel625实芯焊丝，φ1.2mm。

（2）焊前准备 坡口角度70°，无钝边，间隙2.0～2.5mm。采用定位块点固两点，分别布置于9点与5点位置。焊前将接头内外表面两侧各20mm范围内用角向磨光机打磨至露出金属光泽，并用丙酮擦拭打磨部位，以避免焊接时生成夹杂物，影响焊接质量。

焊前进行5min左右的充氩置换，充氩量为20L/min。坡口外部采用锡箔纸包覆，焊接时最好有专人与焊工配合逐步打开，打开长度与焊枪保持50～80mm之间。充氩时必须均匀，避免直接采用胶管充气（见图1）。试验结果表明，采用胶管直接充气，由于气流不均匀，往往会导致背向胶管一侧焊缝氧化倾向增加，所以最好采用带均匀出气孔的充氩器进行充氩（见图2）。

（3）焊接参数 焊接位置为水平固定，最好采用锥形喷嘴，尺寸φ15mm，焊丝干伸长约10mm；氩气纯度≥99.99%。其他焊接参数如表2所示。

（4）操作要点 主要注意以下几方面：第一，打底。打底焊时，从12点处引弧，焊丝与坡口面接触，起弧要从坡口上引燃，马上移至对面坡口面上，使熔池形成两边坡口搭桥，这时向前移动焊枪，使焊丝在坡口下棱边燃烧。在12点至2点间做锯齿形运丝摆动，2点至4点间焊枪做直拉或微摆，4点至6点焊枪做微锯齿摆动。注意在焊接到4点后，不能采用直拉摆动，避免因焊缝中心过高而两侧夹角过深。

12点接头时必须把已焊完的焊缝打磨成斜坡状，长度30mm（见图3）。接头时从斜坡后端引燃电弧，依锯齿形摆动，焊枪角度与焊接方向呈15°～25°。焊接收弧时要填满弧坑，避免产生弧坑裂纹（见图4）。

在另一侧进行封闭接头时，要将之前已焊焊缝打磨成斜坡状以利接头。焊至斜坡时，一定要看清熔池，注意焊枪角度，不要穿丝。待接头封闭后，再向前焊20～30mm，把所打磨的斜坡面填充饱满后再熄弧。接头即将封闭时，一定要将内充氩流量降至10L/min左右。

根焊完成后，采用角向磨光机打磨整道焊缝，使焊缝成凹形，避免填充时两侧夹角形成夹渣（见图5）。

第二，填充（热焊）。内充氩，氩气流量10～15mL/min，焊枪氩气流量10～15mL/min，从上12点开始向下作月牙形，摆丝运动，一枪填充至管时钟5点位置。在焊接过程中注意不要在3点和9点位置停弧、接头，那样会使接头形成夹渣气孔和接头脱节或接头超高缺陷。一般从5点位置停弧，接头可减少以上缺陷的产生，6点收弧时一定要注意填满弧坑，如果6点钟收弧过快，弧坑会产生裂纹缺陷。5点位置接头：从所留焊缝熔池前5～10mm处引燃电弧，这时迅速将焊丝移至接头所留焊缝熔池最后面，作半圆划弧动作，然后采用月牙形摆动运丝，正常焊接至6点填满弧坑熄弧。

表1 Incoloy825铁镍合金复合化学成分（质量分数） （%）

图1 胶管充氩

图2 带有均匀出气孔的充氩器充氩

表2 焊接参数

图3 接头修磨

图4 弧坑裂纹

图5 内外根部焊道

焊枪与焊接方向角度为12点至2点，70°左右；2点至4点，40°～35°；4点至6点，120°～110°。焊丝伸出长度10～12mm。

第三，盖面。从上12点位置开始向下焊接，焊枪角度与填充相同，摆动方法采用月牙形，上12点至2点位置摆动要稍慢些，两侧坡口要熔合良好，并且填满熔池。2点至4点位置摆动要快并且均匀，注意不要让熔池超过电弧，两侧注意咬边缺陷。4点至6点位置摆速要比2点至4点位置慢。当摆动至两侧坡口时要稍停留，摆动幅度要比2点至4点位置小些，比12点至2点位置大些，下6点位置收弧时，要填满熔池再收弧，不要收弧太快。

盖面12点位接头要把起弧所焊焊缝打磨成斜坡形，注意焊缝起头两侧未熔合处一定要打磨去除，接头和摆动方法与填充时相同，5点位接头方法与填充相同。

盖面6点位接头，注意当与前半部所焊焊缝熔池接触时要作划圈摆动，并向前移动焊枪填满熔池时熄弧。焊枪不要马上离开所焊焊缝，要用焊枪滞后停气保护熔池3～4s。盖面焊道如图6所示。

3.探伤检测

此次复合管向下立焊试验，打底是重中之重。在打底成形后，后续填充与盖面难度较小。为验证打底质量，特填充盖面了两道管口进行探伤检测。第一道管口在填充层2点位置左右有侧面夹渣出现（见图7）。第二道管口则未有明显缺陷出现。分析原因，主要是填充时，第一道管口使用的功能档不同，正面焊缝成形也随之变化，容易造成焊道侧面夹角过深。第二道管口在换用合适档位后，熔池容易摊开，两侧夹角变浅，再配合适当打磨，就会彻底解决夹渣问题。

4.结语

通过以上试验，可得出如下结论：

（1）焊接铁镍合金操作手法与焊接碳钢稍有不同，且需要加大摆幅，以保证两侧熔合。

（2）铁镍合金线膨胀系数较大，对定位焊点数量与焊接顺序都有较大影响。

（3）铁镍合金打底与填充盖面在功能选择方面会有不同，主要与其各自焊接特点有关。

实践证明，采用熔化极气体保护焊进行Incoloy825铁镍合金复合管向下立焊是完全可行的。

图6 盖面焊道

图7 射线探伤