316L+L360內襯復合管環焊縫焊接操作技巧

湯海東

中石化勝利油建工程有限公司 山東東營 257064

1 序言

在油氣田開發過程中，地下采集的天然氣含有大量的H2S、SO2等腐蝕介質，造成輸氣管道使用過程中內部嚴重腐蝕，導致管道使用壽命短，同時存在非常大的安全隱患。我公司承建的井口集輸管網工程選用316L+L360內襯不銹鋼復合管，有效提高了管道抗腐蝕性，降低了安全隱患風險。該管道規格為φ273mm×10mm，其中覆層厚度2mm。

針對此復合鋼管焊接質量控制難度大和對焊工操作技術要求高等問題，現場通過對焊接工藝的不斷完善及焊接操作技術的提升，保證了焊接一次合格率，為公司今后復合鋼管焊接積累了一定的經驗。

2 L360和316L內襯復合管焊接性分析

內襯不銹鋼復合管是由基層L360低合金鋼管和覆層316L不銹鋼管組成?；鶎覮360低合金鋼管具有良好的塑性和較高的強度，焊接性良好；覆層316L不銹鋼管具有較強的耐蝕性[1]。兩種材料的化學成分和力學性能分別見表1、表2。

表1 316L不銹鋼和L360低合金鋼化學成分（質量分數） （%）

表2 316L不銹鋼和L360低合金鋼力學性能

3 焊前準備

（1）焊接設備與機具 選用具有陡降外特性的直流逆變電源ZX7-400、角向磨光機、不銹鋼專用砂輪片、測溫儀、溫度計及內部充氬裝置等。

（2）焊接方法和焊接材料 不同焊層選用不同的焊接方法和焊接材料。

1）由于覆層316L不銹鋼的導熱系數小、線膨脹系數大，焊接過程中熔池流動性差，且覆層厚度只有2mm，所以選用電弧熱量集中且焊接質量好的手工鎢極氬弧焊，焊接材料選用ER316L。

2）為防止過渡層焊接時熔池過大，造成覆層焊縫燒穿氧化，過渡層焊接也采用手工鎢極氬弧焊，焊接材料選用ER309L[1]。

3）基層為常見的L360低合金鋼，焊接工藝過程簡單，因此基層采用焊條電弧焊，可提高焊接質量和效率。焊接材料選用E4315焊條，使用前要求烘干溫度為350～400℃，恒溫2h，使用時存放于保溫桶內，隨用隨取。以上所用焊接材料化學成分見表3，力學性能見表4。

表3 焊接材料化學成分（質量分數） （%）

表4 焊接材料力學性能

（3）焊接接頭設計要求 坡口形式：V 形，如圖1所示；鈍邊：0.5～1.0mm；對口間隙：2.5～3.5mm；焊層分布如圖2所示。

圖1 坡口形式

圖2 焊層分布

（4）保護氣體 手工鎢極氬弧焊保護氣體選用純度≥99.99%的氬氣。同時，為防止覆層焊接時焊縫背面氧化，需要對管內進行充氬氣，以保護根部焊縫及母材[1]。管內充氬裝置結構如圖3所示。

圖3 管內充氬裝置結構

（5）焊接參數 為保證焊后能得到良好的焊縫成形和接頭性能，必須采用合適的焊接參數?，F場施工時的焊接參數見表5。

表5 施工時焊接參數

4 焊接操作要點

施焊時從6點引燃電弧，分別沿6點→3點→0點和6點→9點→0點方向，分別從兩側向上焊接，焊槍和焊絲角度如圖4所示。

圖4 焊槍、焊絲角度示意

4.1 坡口清理

焊前使用不銹鋼專用砂輪片認真清理坡口兩側各25mm內的油、銹等污物，清理時應注意不要傷及覆層，管端內壁用內磨機打磨，直至露出金屬光澤。

4.2 封焊層焊接要點

焊接時需要注意以下4點。

1）由于基層和覆層之間存在間隙且直接組對焊接時不易熔合，所以需要對復合管坡口一側的端部進行封焊，能夠提高焊接質量，減少焊縫稀釋。

2）焊接時選用較小焊接電流、較快的焊接速度及輕微擺動的操作手法，同時嚴格控制焊接溫度，沿圓周自下而上焊接，焊層厚度約為2mm。

3）要求封焊層焊縫表面無氣孔、過燒及裂紋等缺陷，且過渡圓滑、成形均勻。

4）封焊后用角向磨機將封焊層整體沿坡口面修磨成圓滑小倒角，鈍邊厚度為0.5～1.0mm，這樣能夠使坡口面更加均勻，提高根焊層焊接質量。

4.3 組對及定位焊

操作時需要注意以下5點。

1）封底層焊接完成后進行管道組對，組對應符合焊接工藝要求。

2）組對時將背面充氬保護裝置裝入管內坡口位置，組對完成后用膠帶將坡口密封，僅留出一次連續定位焊的長度。

3）定位焊縫分別在10點、2點、6點位置，定位焊長度30～50mm，如圖5所示。

圖5 定位焊位置示意

4）定位焊縫內部成形不能過高，以免因接頭原因造成焊縫根部產生焊瘤缺陷。

5）為保證根部接頭質量，接頭時應將定位焊兩端磨成斜坡狀。

4.4 根焊層操作要點

操作時需要注意以下6點。

1）根焊過程中始終保持管子內部在氬氣保護狀態下，管口外端除需要焊接的位置外全部采用錫紙膠帶密封。為防止根部焊縫氧化，焊接時一般去除熔池前端錫紙膠帶30～50mm。

2）根焊時從6點位置定位焊縫處引燃電弧，焊接時盡量采用內部連續送進焊絲法或在外部送絲后將熔化的焊絲向坡口內部送一下，這樣能夠有效防止內部成形凹陷（見圖6）。

圖6 仰焊位置送絲示意

3）根焊過程中焊絲端部始終處在氬氣保護中，電弧做小幅鋸齒形快速擺動，兩邊稍作停留，讓坡口兩邊充分熔合，同時焊絲均勻地沿管子的切點送到熔池前端1/3處向上施焊。

4）焊接到平焊位置時，熔孔不宜過大，防止背面成形過高或是產生焊瘤，同時增加電弧擺動寬度和坡口兩邊停留時間。隨著溫度升高，應增加送絲頻率和焊接速度，防止焊縫氧化。

5）焊接過程中必須做好防風措施，防止因氬氣保護不好而造成的熔池發泡現象，出現氣孔等缺陷。

6）在熄弧前向熔池連送兩滴填充金屬并快速將熔池移至坡口一側收弧，熄弧后應繼續送進氬氣對高溫熔池進行保護，待冷卻后才可將保護氣體移開。

4.5 過渡層焊接操作要點

操作時需要注意以下2點。

1）過渡層也采用手工鎢極氬弧焊，為防止焊接過程中電弧高溫對根部焊縫造成氧化，必須對管子內部繼續充氬氣進行保護。

2）在保證焊縫金屬熔合良好的條件下，焊接過程中盡量減小焊接熱輸入，采用小電流、短電弧、快速焊及窄焊道工藝進行焊接。

4.6 填充層、蓋面層操作要點

操作時需要注意以下3點。

1）填充層、蓋面層焊接選用E4315焊條，使用前應嚴格按照說明書要求進行烘干、存放和使用。焊前對焊條外觀進行檢查，如發現有銹蝕、受潮、藥皮不均勻或脫落的現象，不得使用。

2）焊接過程中應嚴格按照焊接參數調節，應采用月牙形或鋸齒形運條法短弧操作，坡口兩邊停頓時間稍長，避免焊道中心溫度過高；焊縫接頭時起弧點應在接頭前方30～40mm處引燃電弧，并將電弧向下快速帶到接頭處，這樣能有效防止產生接頭密集性氣孔。

3）蓋面焊縫表面應光滑過渡到母材，焊縫外觀成形高低寬窄均勻一致，表面無飛濺、焊渣等缺陷。

5 復合管焊接注意事項

焊接時需要注意以下6點。

1）封焊層焊接時應做好防風措施，焊槍噴嘴型號選用12號或14號，能有效減少氣孔生成，避免焊縫金屬氧化。

2）定位焊縫為正式焊縫的一部分，焊接前應確定管口內部空氣排空情況；焊接時應嚴格執行焊接工藝規程要求，防止產生根部未熔合、內咬邊、氣孔及凹陷等缺陷。

3）焊接5點至7點位置時，電弧熱量盡量集中在坡口兩側，防止焊縫中心因溫度過高而造成根部焊道下塌。

4）焊接過程中如不慎出現鎢極與熔池或鎢極與焊絲發生瞬間短路現象，造成焊縫污染或產生夾鎢缺陷，應立即停止焊接，將被污染處使用角向磨光機清理干凈，同時應更換鎢極后才能繼續焊接。

5）焊條填充、蓋面時，由于熔池形狀大、溫度高，直接熄弧容易造成收弧縮孔和裂紋，故收弧時應采用2～3次斷續熄滅操作，避免產生焊接缺陷。

6）焊接操作過程中嚴格控制層間溫度，選用小電流、快速焊等降低焊接熱輸入的操作方法。

6 常見焊接缺陷防止措施

（1）氣孔的防止措施 ①焊前將焊件坡口內外表面25mm內的鐵銹、氧化皮及其他污物雜質認真清理干凈，如有油污可采用丙酮或酒精進行擦拭清除。②氬弧焊焊前檢查供氣系統是否存在漏氣現象，焊接過程中保持正確的焊槍、焊絲角度，并調整合適的噴嘴與熔池的距離。③堿性低氫焊條使用前嚴格按照要求進行烘干保溫，使用時存放于焊條桶內，做到隨用隨取[1]。

（2）咬邊的防止措施 ①焊接時根據焊接位置、焊條直徑及母材厚度選擇合適的焊接電流和相應的焊接速度。②運弧時適當壓低電弧保持短弧操作并適當增加坡口邊緣電弧停留時間，同時根據焊接位置及時調整焊槍、焊條角度。

（3）凹陷的防止措施 ①嚴格按照規范要求修磨坡口角度和打磨鈍邊厚度，組對間隙控制在2.5～3.5mm。②選擇適合的焊接參數，防止熔池溫度過高造成仰位凹陷。③仰焊部位焊接盡量采用短弧操作，利用電弧推力將熔化的鐵液送入焊縫根部。

7 結束語

通過采用手工氬弧焊和焊條電弧焊組合焊接工藝操作，縮短了316L+L360內襯復合管的焊接施工周期，并且將射線檢測合格率提升到96.3%。不僅使焊接質量得到了有效控制，而且為以后同類復合管的焊接操作提供了可借鑒性的經驗。