雙金屬復(fù)合管端部處理焊接技術(shù)

王 京

(新疆石油工程建設(shè)有限責(zé)任公司，新疆 克拉瑪依 834000)

0 前言

雙金屬復(fù)合管基層(基管)采用碳鋼或低合金鋼管，覆層(內(nèi)襯管)采用薄壁不銹鋼，具有強(qiáng)度高、抗腐蝕性能好、造價低的特點(diǎn)，已在石油天然氣集輸管線、油氣井套管中推廣應(yīng)用。雙金屬復(fù)合管采用機(jī)械復(fù)合工藝，基層和覆層依靠脹緊力貼合，常規(guī)工藝是對接焊之前先用氬弧焊將基層和覆層管端封焊，再現(xiàn)場對接焊。大口徑雙金屬復(fù)合管(直徑大于等于350 mm)因鋼管曲率小、脹緊力相對小，管口封焊位置有較大的應(yīng)力集中，容易產(chǎn)生裂紋，且由于裂紋缺陷不易檢出，帶來質(zhì)量隱患。為此研究一種新的焊接施工工藝，對于雙金屬復(fù)合管的安裝、推廣應(yīng)用十分必要。

在新疆油田某儲氣庫工程中，單井注采管道、集配站至集注站采氣干線均采用SFG－L414QBBS316L雙金屬復(fù)合管(即復(fù)合管基層為L415QB，覆層為316L)，包含 φ114×(10+2)mm、φ168.3×(14.2+2)mm、φ355.6 × (11+2)mm、φ508 × (16+2)mm四種尺寸，共51.646 km，其中大口徑雙金屬復(fù)合管(直徑大于等于350 mm)6.27 km。其力學(xué)性能如表1所示。

表1 管材力學(xué)性能Tab.1 Mechanical property of pipe

新疆石油工程建設(shè)有限責(zé)任公司研究出一套雙金屬復(fù)合管端部處理技術(shù)，明顯提高雙金屬復(fù)合管焊接效率，使焊接一次合格率從常規(guī)工藝的85%提高到了95%，確保了該工程的順利投產(chǎn)。

1 雙金屬復(fù)合管管端處理焊接工藝

1.1 工藝原理

利用焊接冶金原理，將雙金屬復(fù)合管管端處復(fù)層和基層由機(jī)械式復(fù)合轉(zhuǎn)變?yōu)榉肿咏Y(jié)合，將復(fù)合管結(jié)構(gòu)導(dǎo)致的應(yīng)力集中部位與對接焊縫熔合線的薄弱部位分離開，避免了焊接裂紋的產(chǎn)生。將雙金屬復(fù)合管的管端長約30 mm范圍的覆層去除，使用與覆層材料相同或鉻、鎳元素含量更高的不銹鋼焊材進(jìn)行多道堆焊，所得的熔敷金屬厚度不低于原有覆層的壁厚，機(jī)加工管口后，現(xiàn)場管線焊接采用氬弧焊打底、過渡焊，藥芯焊絲半自動下向焊填充蓋面焊接工藝。

1.2 焊前準(zhǔn)備

(1)管口加工。

對機(jī)械式復(fù)合管進(jìn)行校圓，保證切削精度。在管口一定范圍內(nèi)進(jìn)行切削加工，覆層切削完后再往基層切削1±0.3 mm。為防止管口因堆焊應(yīng)力產(chǎn)生縮徑變形，管口預(yù)留20 mm增加管口剛度，端部處理如圖1所示。

(2)管口處理。

a.焊接前用動力角向砂輪機(jī)、不銹鋼砂輪片和鋼絲刷清理干凈焊接區(qū)域及其相鄰20 mm范圍的鋼管內(nèi)表面上的油污、鐵銹、積雪和其他影響焊縫性能的物質(zhì)。

圖1 端部處理示意Fig.1 The schematic of Processing ends

b.均勻預(yù)熱管口內(nèi)表面堆焊區(qū)域，烘干表面的水蒸氣烘干，避免焊接時產(chǎn)生氣孔。

(3)焊接工藝。

采用不銹鋼藥芯焊絲的熔化極氣體保護(hù)焊。堆焊分兩次進(jìn)行，每次焊接一層，分別采用E309 LT1－1過渡焊焊絲和E316LT1－1堆焊焊絲。焊接過程采用φ(CO2)100%氣體保護(hù)，氣體純度大于等于95%。焊接材料見表2，焊接工藝參數(shù)見表3。

表2 焊接材料Tab.2 Welding material

表3 焊接工藝參數(shù)Tab.3 Welding parameters

(4)焊后切削加工。

a.內(nèi)堆焊完成并經(jīng)外觀檢測和射線檢測合格后，參考上次校圓標(biāo)示位置，再次校圓。然后將內(nèi)堆焊高出部分進(jìn)行機(jī)加工削平，機(jī)械加工完成后內(nèi)堆焊層應(yīng)與原管道內(nèi)壁平齊，允許偏差為0～0.2 mm，但不得低于原管道內(nèi)壁，不得損傷未堆焊部位的不銹鋼復(fù)合層。

b.內(nèi)堆焊層削平后，再將管端預(yù)留段切除，最后在管端平端面用角度刀倒坡口，保證管口角度27.5°～30°，用萬能角度尺進(jìn)行檢驗(yàn)。

2 工藝分析

2.1 工效高

在廠房內(nèi)進(jìn)行雙金屬復(fù)合管管口內(nèi)堆焊工藝，切削作業(yè)采用機(jī)加工，堆焊采用自動焊機(jī)，作業(yè)不受天氣影響。管口內(nèi)堆焊后的復(fù)合管在現(xiàn)場焊接采用氬弧焊打底、過渡焊，藥芯焊絲半自動下向焊填充蓋面焊接工藝，焊接工效高。

2.2 質(zhì)量可靠

采用管口內(nèi)堆焊工藝將管端的覆層和基層變成分子結(jié)合，再現(xiàn)場組對焊接，避免了復(fù)合管結(jié)構(gòu)導(dǎo)致的應(yīng)力集中部位和對接焊縫熔合線部位疊加而產(chǎn)生焊接裂紋的風(fēng)險(xiǎn)。采用的常規(guī)焊接工藝，質(zhì)量容易保證;射線、超聲波等無損檢測不易受干擾，準(zhǔn)確度高，進(jìn)而保證了焊接質(zhì)量。

2.3 成本低

由于采用的都是常規(guī)設(shè)備和焊接材料，施工工效高，施工工期短，雖然增加了內(nèi)堆焊工序，但是現(xiàn)場焊接采用了半自動下向焊工藝，焊接質(zhì)量也有很大提升，減少了返修。總體分析，降低了施工成本。

3 質(zhì)量控制措施

采取常規(guī)環(huán)節(jié)全面控制焊接質(zhì)量，關(guān)鍵環(huán)節(jié)重點(diǎn)控制的方式。按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范和焊接工藝指導(dǎo)書嚴(yán)格控制整個焊接過程中的每道工序，包括焊前人、機(jī)、料、法的審核與驗(yàn)收，焊接作業(yè)過程中參數(shù)的焊接環(huán)境和焊接工藝執(zhí)行情況的監(jiān)督，焊接作業(yè)完成后的外觀檢驗(yàn)及無損檢測過程，實(shí)現(xiàn)對整個焊接作業(yè)過程的質(zhì)量控制。

重點(diǎn)控制焊接過程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。在管口加工過程中，必須對原管材校圓，管口圓度對于后續(xù)加工精度的控制十份重要，且為防止管口因堆焊焊接應(yīng)力產(chǎn)生縮徑變形，管口預(yù)留20 mm增加管口剛度，且在所有工序完成后，坡口加工過程中再切磋預(yù)留段;在焊接工序完成后，切削加工過程中再次對管口進(jìn)行校圓，該工序?qū)τ诤罄m(xù)現(xiàn)場焊接作業(yè)過程中的組對質(zhì)量和組對工效具有重要意義。

4 結(jié)論

隨著雙金屬復(fù)合管的應(yīng)用和推廣，雙金屬復(fù)合管焊接技術(shù)的研究也越來越重要。雙金屬復(fù)合管端部處理焊接技術(shù)從根本上解決了機(jī)械式雙金屬復(fù)合管特殊結(jié)構(gòu)性所造成的焊接難點(diǎn)及可能存在的質(zhì)量隱患，提高了現(xiàn)場安裝工效，可推廣應(yīng)用于含大口徑雙金屬復(fù)合管安裝工程中。