TIP TIG焊接技術在雙金屬復合管海底管道鋪設中的應用（下）

海洋石油工程股份有限公司 （天津 300452） 徐玉強 徐曉明 許可望 武振凱 劉慶昌

為此，我們選用了單金屬焊絲的TIP TIG焊接工藝。焊材選用了美國ARCOS 公司生產的ARCOS 625卷式TIG焊絲，其實測化學成分如表3所示，焊接參數如表4所示，坡口如圖4所示。

表3 ARCOS 625焊絲實測化學成分（質量分數）（%）

表4 復合管TIP TIG焊接參數

圖4 焊接坡口

3.工藝評定試驗

（1）試驗步驟 崖城13-4氣田海底管道項目復合管焊接工藝評定按照國際上最嚴格的DNV—OS—F101海底管線規范執行。試驗步驟為：坡口制備→管線組對→TIP TIG焊接→外觀檢驗→射線檢驗→焊縫接頭性能測試分析。

（2）拉伸與彎曲試驗 進行拉伸和彎曲試驗，測定焊縫接頭強度和延展性。試驗后的試樣照片如圖5所示。試驗結果表明焊縫接頭強度滿足要求，焊縫表面和根部塑性良好。

圖5 拉伸與彎曲試驗照片

（3）宏觀與顯微組織分析 焊縫接頭宏觀照片如圖6所示，未見缺陷。焊縫接頭焊縫、熱影響區和母材三個區域的微觀組織如圖7所示。

圖6 焊接接頭宏觀照

圖7 硬度測試結果

金相組織表明，焊接接頭各微區組織均勻，同時不銹鋼焊縫中只有鐵素體和奧氏體兩相，未發現含Cr碳化物的析出，這是由于采用了超低碳焊絲，從而制約了含Cr碳化物的形成，確保焊縫在服役過程中不會發生晶間腐蝕。

（4）硬度測試 進行焊縫接頭的硬度測試，測試結果如圖7所示。從硬度數據可看出，HAZ硬度高于母材硬度，從熔合線到母材硬度逐漸降低，并逐漸接近母材硬度，焊接接頭各處的硬度值都小于酸性介質中管線鋼的硬度極限值HV250。

綜上所述，焊材選擇和焊接參數是合適的，能夠滿足雙金屬復合管焊接接頭的性能要求。

五、海底管道鋪設

崖城13-1氣田海底管道是我國首條采用機械雙金屬復合管的海底管道項目，全長22.5km。施工過程中為了將焊接缺陷出現幾率降至最低，在復合管的焊接過程中要求坡口加工精度和組對精度盡可能高。同時，由于起到耐蝕作用的內襯復層合金通常較薄，一般不超3mm，若因焊接根部缺陷引起局部根部返修，對于內部合金層耐蝕質量會有較大影響，因此對于海管鋪設通常的做法是禁止進行根部全刨透返修的。如果出現根部缺陷便進行切管作業，重新加工管端坡口再進行組對焊接，這樣勢必造成整條鋪管作業線停機等待，將嚴重影響鋪設效率與成本。因此必須統一質量與效率之間的矛盾，提高焊接質量或者增加過程檢驗，從降低返修率、及早發現根部缺陷及避免焊口切除等方面提高鋪設效率。

六、結語

TIP TIG焊接技術成功應用到了我國首條雙金屬復合管崖城13-4海底管道項目的鋪設中。滿足了海底管道鋪設焊接對高質量和高效率的雙重要求，是復合管管道焊接的最佳焊接方法之一。

（1）對于X65+316L復合管焊接，焊材選擇與端部堆焊冶金復層相兼容且焊縫金屬強度高于基層材料的合金焊絲ARCOS 625。

（2）合理控制工藝參數，兼顧焊接效率和復層耐腐蝕性能要求。

（3）采取措施，避免耐蝕合金復層免受基層碳鋼的污染，從而降低復層耐腐蝕性能。

（4）海底管道鋪設過程中保持坡口加工精度和組對精度至最佳水平，降低缺陷特別是根部缺陷發生幾率。

雙金屬復合管海底管道TIP TIG焊接技術的開發和首次成功應用，為復合管的高效高質量焊接提供了解決方案。這必將促進復合管在石油天然氣工業中得以更大規模的推廣應用，對于降低管道工程建設成本和提高管道服役壽命有著重要經濟和技術意義。