X70/316L双金属复合管全自动焊接工艺应用研究

王伟 栾陈杰 杨帆 杨晓飞

X70/316L双金属复合管全自动焊接工艺应用研究

王伟 栾陈杰 杨帆 杨晓飞

由于X70/316L双金属复合海管基层和复层为机械结合，所以焊接存在困难。从双金属复合海管基管材料、内衬材料、管端堆焊技术及坡口设计等方面介绍X70/316L双金属复合海管全自动焊接技术，严控焊接过程质量，确保海上施工顺利进行。

1. 概述

根据输送油气介质的特征，PY35－1/2项目海底管道选用X70/316L双金属复合管。海油工程焊接技术人员经过大量的科研试验和技术攻关，成功摸索出一套双金属复合管全自动焊接技术。该技术采用了管端堆焊技术，窄间隙坡口形式，采用单一焊丝进行填充焊接的焊接方法，解决了双金属复合管焊接技术难题，并成功应用于番禺35－1/2项目中，取得了良好的效果。

2. X70/316L双金属复合管性能

X70/316L双金属复合管是由基管（X70）和内衬管（316L）两部分组成。X70管线钢是微合金控轧钢，是采用了微合金化（加入微量的Nb、V、Ti、Ni、Cr、Mo等合金元素）和控制轧制新技术，同时采取从冶金工艺上降低了C、S、P等杂质，改变了夹杂物形态，提高钢的纯净度等措施，使钢材具有均匀的细晶粒等轴铁素体基体，得到了一种针状铁素体组织。因此这种钢在轧制状态下就有相当于正火钢的质量，具有高韧性、高强度和良好焊接性。316L是低碳微合金钢，具有高强度、强韧性和良好的焊接性和耐CO2和H2S腐蚀性能。X70/316L双金属复合管化学成分及力学性能如表1、表2所示。

3. 焊接材料

试验采用的焊材为美国ARCOS 625焊丝，焊丝成分和力学性能如表3、表4所示。

4. 焊接工艺

（1）管端堆焊 为了解决复合管焊接过程中内外管剥离问题，要求复合管生产厂家对管端90mm内堆焊3mm镍基合金625，使复合管端部形成冶金结合，解决焊接时由于内外层热膨胀系数不同而造成的剥离问题。

为了保证海上施工焊接质量，要求复合管生产厂家对堆焊层进行机加工，并保证所有复合海管管端90mm堆焊层的内径公差＜±0.3 mm，能够保证海上施工时的组对精度和错边量，从而保证焊接质量。

（2）坡口设计 设计窄间隙坡口，可以减小坡口角度，减少焊材填充量，并利用铺管船分站作业，合理安排焊接站点，提高焊接施工效率。坡口形式及尺寸如图1所示。

图1 坡口形式及尺寸

表1 双金属复合管主要化学成分（质量分数） （%）

表2 双金属复合管力学性能（基层X70）

表3 焊丝化学成分（质量分数） （%）

表4 焊丝的力学性能（ARCOS 625）

（3）焊接参数 双金属复合管采用全自动TIG焊接工艺，从根部到盖面，全部采用单一ARCOS625焊丝和产自奥地利的全自动TIG焊机。采用内对口器进行组对焊接。焊接参数如表5所示。

（4）施工流程 施工作业使用HYSY201船，主作业线其正常作业流程如图2所示。

5. 焊接质量控制

（1）组对与清理 首先用专用毛刺刀将已经加工好的坡口钝边的上、下两边毛刺刮掉，以避免组对时因毛刺而造成的虚接（焊接工艺规定组对0间隙），否则会出现起弧打漏的状况。

然后采用不锈钢丝刷、砂轮等专用工具打磨管端≥25mm 范围内的油污、锈垢等杂物，直至露出金属光泽。

最后，用丙酮将焊缝坡口清洗干净，并保证彻底清除防锈保护涂层；保证焊缝坡口周围应没有水分、油污、碳化物、涂层等影响焊接质量的杂质存在。

（2）预热 对坡口边缘75mm范围内进行预热，预热温度50℃，预热采用电加热方式，并保证整个坡口加热透。

（3）焊接过程质量控制 焊工及焊机操作工（包括定位焊、焊接及返修）必须经过焊工考核并合格后才能从事焊接施工工作。

焊工及焊机操作工应严格执行焊接程序的要求，使用正确的焊接材料、焊接参数；同时，焊工操作严格按照全自动钨极氩弧焊焊接操作规范的动作要求进行。

背部保护气体＜500ppm（1ppm=10-6）时方可进行焊接，在完成4道焊接之后才能撤出保护气体。焊接过程严格控制层间温度，最高不能超过150℃。

（4）无损检测 焊接质量按照DNV OS F101焊接标准要求，100%射线（RT）检测，根部不允许存在未熔合，填充层未熔合长度小于两倍基材壁厚。

图2 正常作业流程

6. 结语

通过管端堆焊处理和机加工，解决了复合管内外层分离和组对精度问题，成功开发双金属复合管全自动氩弧焊接工艺。该工艺成功应用于PY35－1/2海上铺设项目， 海管总长度19.3km，焊接一次合格率97.7%以上。

表5 焊接参数（背部保护气体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.

王伟等，海洋石油工程股份有限公司。