高強(qiáng)鋼L485MB+316L雙金屬復(fù)合管的對接焊工藝驗(yàn)證

梁國萍，趙 欣，郭 霖，梁國棟，王思恩

（西安向陽航天材料股份有限公司，西安710065）

雙金屬復(fù)合管是一種以碳鋼管為基管，以耐蝕鋼管為襯管的新型鋼管。主要運(yùn)用于具有一定壓力的耐腐蝕環(huán)境。目前，雙金屬復(fù)合管已經(jīng)普遍運(yùn)用于石油化工及核工業(yè)等領(lǐng)域。與普通純材碳鋼管相比，雙金屬復(fù)合管的承壓性能良好，耐腐蝕性能因?yàn)槟臀g層的存在大大提高。同時，由于雙金屬復(fù)合管為雙層金屬，對接焊工藝與普通碳鋼的焊接方法有所不同。傳統(tǒng)的雙金屬復(fù)合管對接焊通常為手工氬弧焊打底+焊條電弧焊填充蓋面，但隨著復(fù)合管鋼級的提高和尺寸的增加，傳統(tǒng)的焊接方法已經(jīng)無法滿足要求。

1 管材的化學(xué)成分及力學(xué)性能

L485MB(X70)鋼相比X60，X65鋼強(qiáng)度級別高，因此焊接接頭熱影響區(qū)脆化傾向大，根部焊道冷裂傾向及對介質(zhì)的腐蝕敏感性相對增大。

316L不銹鋼為常用300系列不銹鋼，與X70管線鋼性能差距非常大，因此在焊材的選取方面必須滿足以下要求：①打底用不銹鋼焊絲需與316L具有一樣的耐腐蝕性能；②過渡焊材與不銹鋼、碳鋼均需性能匹配；③碳鋼焊材需與L485MB強(qiáng)度匹配。

本研究對遼河油田雙6儲氣庫用φ660 mm×（20+2）mm規(guī)格的L485MB+316L雙金屬復(fù)合管進(jìn)行了可焊性試驗(yàn)和焊接接頭力學(xué)性能試驗(yàn)。

試驗(yàn)用復(fù)合管外基管采用L485MB碳鋼管，內(nèi)襯管采用316L不銹鋼管。外基管的化學(xué)成分和力學(xué)性能要求見表1和表2，內(nèi)襯管的化學(xué)成分和力學(xué)性能要求見表3和表4。其中，當(dāng)w（C）≤0.12%時，碳當(dāng)量按式（1）計(jì)算并控制；當(dāng)w（C）＞0.12%時，碳當(dāng)量按式（2）計(jì)算并控制。

表1 外基管的化學(xué)成分要求 %

表2 外基管的力學(xué)性能要求

表3 內(nèi)襯管的化學(xué)成分要求 %

表4 內(nèi)襯管力學(xué)性能要求

2 焊材的選擇

L485MB+316L雙金屬復(fù)合管對接焊時，焊材的選取見表5。

表5 L485MB+316L雙金屬復(fù)合管對接焊焊材

3 焊接工藝

3.1 坡口形式

根據(jù)現(xiàn)場施工的經(jīng)驗(yàn)與標(biāo)準(zhǔn)對管材管端的要求，采用常規(guī)V形坡口進(jìn)行對接焊試驗(yàn)，坡口形式如圖1所示，其中角度а=22°～24°，鈍邊長度x=2.0 mm，對口間隙c=3～5 mm。

圖1 常規(guī)V形坡口形式

3.2 焊接工藝

將管端500 mm長范圍內(nèi)進(jìn)行預(yù)熱處理，預(yù)熱溫度不低于100℃，降溫至80℃時開始焊接。采用烽火手工氬弧焊設(shè)備，用φ2.5 mm藥芯焊絲進(jìn)行手工打底焊接。由于管徑較大，打底焊接完成后焊道與管體溫度較低，無需降溫，可直接進(jìn)行過渡焊接。過渡焊采用手工氬弧焊設(shè)備，用φ2.0 mm實(shí)芯焊絲進(jìn)行焊接，焊接時內(nèi)部需充純氬氣保護(hù)。在進(jìn)行碳鋼填充時必須等試驗(yàn)焊道冷卻至100℃以下進(jìn)行，采用小電流、薄填充量，快速地進(jìn)行填充。填充4層過后可撤去背部氬氣保護(hù)，填充至蓋面。

4 檢測結(jié)果

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)SY/T 4103—2006中規(guī)定，焊縫射線探傷合格后需進(jìn)行試驗(yàn)評定。對焊口進(jìn)行拉伸試驗(yàn)、彎曲試驗(yàn)、刻槽錘斷試驗(yàn)和腐蝕試驗(yàn)驗(yàn)證。

4.1 拉伸性能試驗(yàn)

標(biāo)準(zhǔn)GB/T 228.1—2010規(guī)定，試樣的拉伸性能應(yīng)不小于570 MPa。拉伸性能試驗(yàn)采用的檢測設(shè)備為SHT 4106，試樣寬度為25 mm，進(jìn)行了4組試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表6。4組試樣拉伸性能均滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

表6 拉伸性能試驗(yàn)結(jié)果

4.2 側(cè)彎試驗(yàn)

GB/T 2653—2008規(guī)定，試樣的彎曲直徑為90 mm，側(cè)彎180°，裂紋尺寸小于公稱壁厚的1/2，且不大于3 mm；除非發(fā)現(xiàn)其他缺陷，裂紋長度應(yīng)不大于6 mm。側(cè)彎試驗(yàn)檢測設(shè)備為WE-600A。檢測的8個試樣均未出現(xiàn)裂紋，彎曲性能滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

4.3 刻槽錘斷試驗(yàn)

刻槽錘斷試驗(yàn)依據(jù)SY/T 4103—2006進(jìn)行，采用的檢測設(shè)備為SHT 4106，對4個試樣進(jìn)行了檢測后發(fā)現(xiàn)，檢測斷口均未發(fā)現(xiàn)超標(biāo)缺陷，符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

4.4 晶間腐蝕試驗(yàn)

根據(jù)API 5LC 2006對耐蝕合金腐蝕性能的要求，對焊接的根部耐蝕合金層需進(jìn)行晶間腐蝕試驗(yàn)，用微沸的硫酸—硫酸銅溶液浸泡24 h。試樣圍繞直徑等于試樣厚度2倍的軸反彎曲180°，對3個試樣進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果無裂紋。

5 結(jié) 論

（1）316L內(nèi)襯雙金屬復(fù)合管采用316L的藥芯焊絲焊接后的耐腐蝕性能可以滿足API 5LC對耐蝕合金的要求；

（2）作為耐蝕合金鋼與碳鋼的過渡區(qū)域，采用ER309L焊材可以有效連接不銹鋼與碳鋼，且能保證過渡區(qū)域的良好韌性。

（3）采用JM-68作為填充蓋面金屬可以有效滿足X70鋼的強(qiáng)度要求。

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