Incoloy825復合管向下立焊操作技術探討

劉慶忠 張敬洲 張先龍

土庫曼300億增供氣項目主要包括采氣單井（包括采氣管道240km）60座、預處理廠6座、集氣管道72km、處理廠2座及外輸大口徑管道435km。該項目中采氣和集氣管道材質為Incoloy825合金復合管，規格主要為φ219mm與φ610mm兩種。

目前，國內Incoloy825焊接主要采用氬電聯焊工藝，熔化極氣體保護焊向上立焊也有試驗。為此，針對土庫曼工期緊、工作量大、焊工少等現狀，我單位進行了Incoloy825合金復合管向下立焊工藝研究，并取得初步成果。

1.焊接性分析

Incoloy825鐵鎳合金是Ni-Fe-Cr系，主要用于耐熱與耐蝕環境。鐵鎳基合金具有較大的焊接熱裂紋傾向，相對于奧氏體鋼必須更嚴格地限制有害雜質。雜質存在造成焊接時與鎳形成低熔點共晶夾層，增加了焊接熱裂紋的形成。

2.向下立焊工藝與操作技術

（1）焊接方法及材料 焊接設備：米勒pipepro450rfc熔化極氣體保護焊機；母材：新興鑄管生產L360QS/Incoloy825冶金復合管，φ219mm×（7.1+3）mm；焊絲：Inconel625實芯焊絲，φ1.2mm。

（2）焊前準備 坡口角度70°，無鈍邊，間隙2.0～2.5mm。采用定位塊點固兩點，分別布置于9點與5點位置。焊前將接頭內外表面兩側各20mm范圍內用角向磨光機打磨至露出金屬光澤，并用丙酮擦拭打磨部位，以避免焊接時生成夾雜物，影響焊接質量。

焊前進行5min左右的充氬置換，充氬量為20L/min。坡口外部采用錫箔紙包覆，焊接時最好有專人與焊工配合逐步打開，打開長度與焊槍保持50～80mm之間。充氬時必須均勻，避免直接采用膠管充氣（見圖1）。試驗結果表明，采用膠管直接充氣，由于氣流不均勻，往往會導致背向膠管一側焊縫氧化傾向增加，所以最好采用帶均勻出氣孔的充氬器進行充氬（見圖2）。

（3）焊接參數 焊接位置為水平固定，最好采用錐形噴嘴，尺寸φ15mm，焊絲干伸長約10mm；氬氣純度≥99.99%。其他焊接參數如表2所示。

（4）操作要點 主要注意以下幾方面：第一，打底。打底焊時，從12點處引弧，焊絲與坡口面接觸，起弧要從坡口上引燃，馬上移至對面坡口面上，使熔池形成兩邊坡口搭橋，這時向前移動焊槍，使焊絲在坡口下棱邊燃燒。在12點至2點間做鋸齒形運絲擺動，2點至4點間焊槍做直拉或微擺，4點至6點焊槍做微鋸齒擺動。注意在焊接到4點后，不能采用直拉擺動，避免因焊縫中心過高而兩側夾角過深。

12點接頭時必須把已焊完的焊縫打磨成斜坡狀，長度30mm（見圖3）。接頭時從斜坡后端引燃電弧，依鋸齒形擺動，焊槍角度與焊接方向呈15°～25°。焊接收弧時要填滿弧坑，避免產生弧坑裂紋（見圖4）。

在另一側進行封閉接頭時，要將之前已焊焊縫打磨成斜坡狀以利接頭。焊至斜坡時，一定要看清熔池，注意焊槍角度，不要穿絲。待接頭封閉后，再向前焊20～30mm，把所打磨的斜坡面填充飽滿后再熄弧。接頭即將封閉時，一定要將內充氬流量降至10L/min左右。

根焊完成后，采用角向磨光機打磨整道焊縫，使焊縫成凹形，避免填充時兩側夾角形成夾渣（見圖5）。

第二，填充（熱焊）。內充氬，氬氣流量10～15mL/min，焊槍氬氣流量10～15mL/min，從上12點開始向下作月牙形，擺絲運動，一槍填充至管時鐘5點位置。在焊接過程中注意不要在3點和9點位置停弧、接頭，那樣會使接頭形成夾渣氣孔和接頭脫節或接頭超高缺陷。一般從5點位置停弧，接頭可減少以上缺陷的產生，6點收弧時一定要注意填滿弧坑，如果6點鐘收弧過快，弧坑會產生裂紋缺陷。5點位置接頭：從所留焊縫熔池前5～10mm處引燃電弧，這時迅速將焊絲移至接頭所留焊縫熔池最后面，作半圓劃弧動作，然后采用月牙形擺動運絲，正常焊接至6點填滿弧坑熄弧。

表1 Incoloy825鐵鎳合金復合化學成分（質量分數） （%）

圖1 膠管充氬

圖2 帶有均勻出氣孔的充氬器充氬

表2 焊接參數

圖3 接頭修磨

圖4 弧坑裂紋

圖5 內外根部焊道

焊槍與焊接方向角度為12點至2點，70°左右；2點至4點，40°～35°；4點至6點，120°～110°。焊絲伸出長度10～12mm。

第三，蓋面。從上12點位置開始向下焊接，焊槍角度與填充相同，擺動方法采用月牙形，上12點至2點位置擺動要稍慢些，兩側坡口要熔合良好，并且填滿熔池。2點至4點位置擺動要快并且均勻，注意不要讓熔池超過電弧，兩側注意咬邊缺陷。4點至6點位置擺速要比2點至4點位置慢。當擺動至兩側坡口時要稍停留，擺動幅度要比2點至4點位置小些，比12點至2點位置大些，下6點位置收弧時，要填滿熔池再收弧，不要收弧太快。

蓋面12點位接頭要把起弧所焊焊縫打磨成斜坡形，注意焊縫起頭兩側未熔合處一定要打磨去除，接頭和擺動方法與填充時相同，5點位接頭方法與填充相同。

蓋面6點位接頭，注意當與前半部所焊焊縫熔池接觸時要作劃圈擺動，并向前移動焊槍填滿熔池時熄弧。焊槍不要馬上離開所焊焊縫，要用焊槍滯后停氣保護熔池3～4s。蓋面焊道如圖6所示。

3.探傷檢測

此次復合管向下立焊試驗，打底是重中之重。在打底成形后，后續填充與蓋面難度較小。為驗證打底質量，特填充蓋面了兩道管口進行探傷檢測。第一道管口在填充層2點位置左右有側面夾渣出現（見圖7）。第二道管口則未有明顯缺陷出現。分析原因，主要是填充時，第一道管口使用的功能檔不同，正面焊縫成形也隨之變化，容易造成焊道側面夾角過深。第二道管口在換用合適檔位后，熔池容易攤開，兩側夾角變淺，再配合適當打磨，就會徹底解決夾渣問題。

4.結語

通過以上試驗，可得出如下結論：

（1）焊接鐵鎳合金操作手法與焊接碳鋼稍有不同，且需要加大擺幅，以保證兩側熔合。

（2）鐵鎳合金線膨脹系數較大，對定位焊點數量與焊接順序都有較大影響。

（3）鐵鎳合金打底與填充蓋面在功能選擇方面會有不同，主要與其各自焊接特點有關。

實踐證明，采用熔化極氣體保護焊進行Incoloy825鐵鎳合金復合管向下立焊是完全可行的。

圖6 蓋面焊道

圖7 射線探傷