海底輸氣復合管道焊接工藝研究

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1焊絲材料選擇

選擇焊絲，不但要考慮焊接形式對焊接材料的要求，更重要的是要考慮焊絲熔融后和管材母體材料的熔合后的內部晶像組織結構，從而顯現出最終需要的焊道的機械性能。尤其對于復合管道而言，又要同時考慮焊絲與兩種不同機體的管材焊接后的焊道機械性能，焊絲的選擇則顯得尤為重要。

1)Incoloy625合金與X65鋼的化學成分差別很大。在焊接時，合理選擇兩種合金過渡層的焊接材料非常重要?？紤]到合金成分的稀釋問題，應盡量使用合金成分含量高的焊接材料，同時應盡量使用淺熔深的焊接方法和操作要領，避免合金的進一步稀釋。

2)S和Si等雜質在Incoloy625合金的焊縫金屬中容易偏析。S和Ni形成Ni－NiS低熔點共晶，在焊縫金屬凝固過程中，這種低熔點共晶在晶間形成一層液態薄膜，在焊接應力的作用下可能形成晶間裂紋。焊接過程中Si和O等形成復雜的硅酸鹽，在晶界形成一層脆的硅酸鹽薄膜，在焊縫金屬凝固過程中或凝固后的高溫區，形成高溫低塑性裂紋。

3)Incoloy625合金與X65級鋼在力學性能和物理性能上存在著較大的差異。導熱率不同，會改變焊接時的溫度場分布，從而改變焊縫的結晶條件。導熱率大的金屬首先冷卻、結晶，造成焊縫成分和組織的不均勻性;導熱性差，焊接熱量不易通過傳導而散出，焊接熔池容易過熱，造成室溫顯微組織晶粒粗大，使晶間夾層增厚，減弱了晶間結合力，延長了焊縫金屬的凝固時間，助長了熱裂紋的形成。Incoloy625合金與X65級鋼的導熱率有7倍以上的差別，從而使得這種趨勢變得更加明顯。

4)Incoloy625合金與X65級鋼的線膨脹系數不同。焊接時由于焊接熱循環的作用，在這兩種合金內部產生交變的加熱和冷卻，加之這兩種合金熱膨脹的量和冷卻時收縮的量差別較大，會在接頭處產生較大的焊接殘余應力。

5)Incoloy625合金與X65級鋼的磁性不同，一種無磁性，一種有磁性。在焊接時，由于兩種材料的磁性不同，容易造成電弧磁偏吹，從而使焊縫成形變差，甚至會造成焊縫夾渣、未熔合等焊接缺陷，影響焊接質量。

6)對于Incoloy625合金及其他的奧氏體不銹鋼來說，在450～850℃高溫持續服役的過程中存在發生晶間腐蝕的可能性，所以應將焊接時的層間溫度控制在合理范圍以內，減少t8/5的時間(800℃－500℃冷卻需要的時間)，減少影響焊接接頭性能的因素。而對于X65級鋼而言，過快的冷卻速度容易產生脆硬性組織，在焊接接頭過熱區的局部產生魏氏組織，對接頭的力學性能不利，故焊接時應注意預熱和保持一定的層間溫度。

7)焊接復合鋼管與焊接復合鋼板的不同之處就是受管徑的限制。焊接復合鋼管時，只能先焊覆層，再焊過渡層，后焊基層。在焊接過程中，應采取有效的保護措施和焊接技術，以防止覆層金屬根焊焊縫的合金元素被燒損和氧化;同時需要合理的焊接操作技術，焊接過程盡量采用淺熔深，避免合金被過渡稀釋，影響焊縫的使用性能。

2端口焊接要求

液壓脹管技術生產的復合管中，不銹鋼內壁與外部碳鋼管壁的結合力較低，在焊接過程中，焊接高溫作用下，熱脹冷縮造成復合管壁的結合界面處分離。為了保證管道焊接處的耐蝕性能，在管道端口處首先進行堆焊，技術及工藝要求見圖1、2。堆焊長度大于10mm，堆焊層厚度大于3．5mm。根焊工作是復合管焊接的核心技術，由于襯管壁厚薄，在液壓脹管過程中，橢圓度控制難度大，在對口焊接時，尤其要注意錯邊量的控制，焊接時必須保證不銹鋼層的良好熔合。在端口焊接前需要對端口進行矯形，保證端口的圓度。端口堆焊完畢后，對端口表面進行切削，使表面堆焊層表面光滑。準備工作中應重視制定合理的焊接工藝。

3焊接工藝制定

選用MIG焊接。選用Incoloy625鎳基焊絲，焊絲直徑1．2mm。一般而言，為提高焊縫的耐腐蝕性能，根據YB/T5092－1996《焊接用不銹鋼絲》的規定，選用H0Cr26Ni21焊絲，Cr含量為25%～28%，Ni含量為20．0%～22．5%，基本滿足不銹鋼焊縫的性能要求。但是在焊接復合管時，由于在焊接過程碳鋼母材熔化，對焊縫的化學成分產生較大的稀釋問題，降低了焊縫的耐腐蝕性能。

4結論

海底輸氣復合管道既滿足對于管道強度、韌性的要求，也滿足內壁抗腐蝕性。從長遠來看，復合管道代替單一的管線鋼是未來發展的趨勢，可以大規模推廣。采用不同的抗腐蝕鋼來作為內襯管，焊接工藝的制定對于管道復合至關重要，機械復合相對于冶金復合制作簡單，也可節約成本，合理制定焊接工藝是保證焊接接頭強度、韌性等性能。

作者:蘆紅威 王喆 單位:中海石油(中國)有限公司