雙金屬復合管制造過程中的質量控制

郎一鳴，蔣曉斌

1.中海石油(中國)有限公司上海分公司 （上海 200030）

2.中海油（天津）管道工程技術有限公司 （天津 塘沽 300452）

雙金屬復合管由2種不同的金屬管材構成：內管提供防腐蝕、耐磨蝕性能，外管保證高強度，達到設計應力的要求。由于其優良的性能，目前越來越廣泛的應用到石油、化工、城市燃氣等行業[1-3]。

對于某高含H2S/CO2的油氣田開發項目，海底輸送管線采用內襯Φ193mm×3mm,316L不銹鋼管，外管采用Φ219.1mm×11.1mm，X65無縫碳鋼鋼管。通過靜水壓對襯管施加脹管壓力，利用內外管不同材料之間的變形性能差異，使得外管與內管實現脹接復合成型[4-5]。

1 復合管制造工藝

項目雙金屬復合管制造采用水壓機械復合方式，核心工藝主要包括水壓復合、管端堆焊、無損檢測以及管端精加工等工序。簡要制造工藝流程圖如圖1所示。

2 復合管產品質量狀態描述

以項目中50支復合管的質量統計狀況為例進行說明，主要表征和考查產品的幾何尺寸指標以及管端堆焊區無損檢測結果。

本項目內徑要求的范圍在188.4～189.0mm，統計的50支復合管的兩端內徑平均值均在技術要求范圍之內，且滿足正態分布。同時對于鈍邊、坡口角度、管端橢圓度、壁厚以及堆焊層長度等參數統計結果表明產品質量均能達到要求，并表現出良好的穩定性。

圖1 雙金屬復合管制造工藝流程圖

50支復合管中有15個管端存在缺陷。其中焊接缺陷10處，表現為氣孔和未熔合，其余5處缺陷分別為復合管鼓包1處，打磨時損傷襯管導致襯管壁厚減薄1處以及堆焊層硬度超標3處。具體缺陷統計數據如圖2所示。

圖2 缺陷統計圖

3 復合管質量控制要點

從復合管的生產過程發現，由于復合管工序復雜，技術要求高，合格率較低。因此提出一些復合管制造過程中的質量控制要點，把控好產品的質量關，提高合格率。

復合裝配階段應注意基管內除銹的溫濕度記錄，環境濕度小于80%，基管表面溫度高于露點溫度5℃時可進行施工。除銹等級需要達到ISO 8501要求的Sa2.5級，為了得到更好的剪切強度，對基管內壁處理的錨紋深度以及表面清潔度的控制也是必不可少。

水壓復合階段注意復合管的裝配和密封，復合前應通過抽真空操作保證內外管空隙之間的水氣得到良好的排放，避免后期根焊時造成連續氣孔缺陷。計算和控制好復合凈水壓力，保證襯管塑形變形量，基管彈性變形量，確保內外管之間的結合強度。復合時保壓時間≥10s，保持壓力的穩定，保壓過程中不允許增補壓力，同時監測復合用水氯離子含量小于30mg/L。

復合完畢后進行抽真空測試，利用真空泵保證襯管內部氣壓在-0.08MPa～0.10MPa之間，保壓5min，檢驗襯管是否存在貫穿性缺陷。

焊接工藝評定伊始需確定導電嘴距工件距離，起弧位置，起弧角度，焊接方向。同時需確定預熱溫度，層間溫度，保護氣體流量，焊接電流，電弧電壓，焊接速度，擺幅，擺速等參數。焊接工藝評定參數通過第三方驗證并進行固化，實際施工時嚴格按照焊接工藝規范執行?？紤]到顯示值和真實值之間的誤差，監造工程中使用萬用表實測和記錄電流，電壓等參數。

堆焊時實測焊接處外壁溫度，根據溫度調整水冷卻流量以及位置。同時在管端設置擋板裝置，避免水蒸氣進入管內壁造成氣孔等缺陷。同時在遠離焊接管端進行封堵，避免空氣流動對保護氣體造成影響。

堆焊時著重考慮熱輸出量，在保證質量的前提下；第一層堆焊時控制好電流，保證熔深。第二層堆焊時可以適當增大電流，電壓，加大送絲量，提高生產效率。

管端精車和粗車時必須選取同一參照物，避免造成誤差的累加。精車時注意坡口角度以及鈍邊尺寸，清理毛刺，同時進行輕微打磨，保證襯管和堆焊層之間的平滑過渡，且不能傷及襯管。

管端堆焊過程中，管端會發生一定程度的縮徑，從工廠生產統計的結果來看，縮徑情況大致為每30mm堆焊長度縮1mm。在保證復合管內徑的要求下，對于處于管徑下偏差尺寸的薄壁基管堆焊時建議粗車時內鏜長度增加20～25mm，堆焊長度保持不變，精車時管端增大切削量不失為一個有效保證復合管堆焊區壁厚的措施。

在保證基管，襯管以及復合管力學和化學性能的同時，復合管后期還要進行外防腐，配重作業處理以及現場安裝施工[6]，因此整體塌陷試驗和四點彎曲試驗是證實產品性能全面達到標準要求的型式試驗。

塌陷試驗通過均勻加熱復合管到250℃，模擬外防腐施工條件下，襯管的穩定性。在復合管等距離位置6、12點鐘方向貼熱電偶。試驗過程中記錄升溫和保溫曲線，自然冷卻后，通過內窺鏡觀測內襯管無鼓包、褶皺、彎曲等缺陷。同時使用95%公稱直徑的測徑球進行通徑測試，測徑球需附帶一塊測徑鋁板。

四點彎曲試驗主要是模擬復合管安裝工況在彎曲載荷和拉伸載荷作用下，內襯是否產生褶皺，破環管道的完整性。試驗過程中主要完成正向純彎曲，正反彎曲以及極限彎曲試驗。試驗中要注意加載載荷、加載周期、加載速率的設定，加載速率考慮海洋使用環境波浪的頻率。試驗中通過采集應變片的參數值控制試驗進程，試驗后計算和分析復合管的彎曲半徑。試驗后通過內窺鏡觀測襯管情況，同時考察試驗前后復合管橢圓度的變化。

4 結束語

雙金屬復合管制造是一個技術復雜，多專業，要求高的過程，工廠質量合格率有待提高。加強第三方對生產工藝規范的審核及固化，聘請監理方進行全過程監督，督促工廠操作員工貫徹執行有助于促進產品質量的提高。

制造過程中應首要控制好復合管力學和防腐性能指標，規格尺寸指標則可以適當放寬。

[1]李發根，魏斌，邵曉東，等.高腐蝕性油氣田用雙金屬復合管[J].油氣儲運，2010，29（5）：359-362.

[2]王永芳，袁江龍，張燕飛，等.雙金屬復合管的技術現狀和發展方向[J].焊管，2013，36（2）：5-9.

[3]李發根，魏斌，邵曉東，等.雙金屬復合管技術經濟性分析[J].腐蝕科學與防護技術，2011，23（1）：86-88.

[4]賈建波，徐巖.雙金屬復合管塑性成型工藝[J].北京大學學報:自然科學版,2009，10（3）：279-284.

[5]曾德智，楊斌，孫永興，等.雙金屬復合管液壓成型有限元模擬與試驗研究[J].鉆采工藝，2010，33（6）：78-79.

[6]章洋，雙金屬復合管3PE防腐技術研究[J].全面腐蝕控制，2013,27（3）：63-65.