(Q235+304)中小口徑不銹鋼復(fù)合管焊接工法

陳應(yīng)波 楊軍

摘 要：輸送流體用中小口徑不銹鋼復(fù)合管在現(xiàn)場(chǎng)安裝時(shí)由于無法從內(nèi)部施焊，而外部焊接又容易造成復(fù)層無法焊透，質(zhì)量難以保證，因此成為制約該復(fù)合材料推廣應(yīng)用的瓶頸。本文通過優(yōu)化焊接工藝、嚴(yán)格控制焊接參數(shù)，設(shè)置輔助工裝的方法，較好地解決了問題，為同類工程施工提供了參考。

關(guān)鍵詞：口徑;不銹鋼;碳素鋼;復(fù)合管;焊接;工法

中圖分類號(hào)：TG457.6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2019）14-0093-02

0 引言

不銹鋼復(fù)合管是由不銹鋼和碳素結(jié)構(gòu)鋼兩種金屬材料復(fù)合而成的一種管道，包括內(nèi)復(fù)合不銹鋼材料和外復(fù)合不銹鋼材料，內(nèi)復(fù)合不銹鋼材料主要用于流體輸送，外復(fù)合不銹鋼材料主要用于裝飾建材。實(shí)際工程運(yùn)用中，大多以內(nèi)部復(fù)合薄壁不銹鋼材料為主，其原理是采用旋壓技術(shù)以內(nèi)壓外張的方式同步復(fù)合形成過盈配合，將兩種材料緊密地結(jié)合在一起;其中基層為普碳鋼板，復(fù)層為不銹鋼板;基層保證強(qiáng)度，復(fù)層耐磨、抗蝕、阻損小。這種復(fù)合材料充分發(fā)揮了碳鋼的結(jié)構(gòu)性能和不銹鋼的耐磨、耐腐蝕性能，在石油、天然氣輸送行業(yè)以及其他化學(xué)工程行業(yè)中具有廣泛的應(yīng)用前景。

目前，隨著不銹鋼復(fù)合管軋制技術(shù)的進(jìn)步和新型材料的推廣使用，該材料在大型市政輸水管網(wǎng)的運(yùn)用越來越廣泛，而由于管道直徑的限制無法從內(nèi)部進(jìn)行施焊，容易造成管道復(fù)合層無法焊透從而使復(fù)合層的性能無法發(fā)揮，同時(shí)也降低了接頭的力學(xué)性能。另外，由于內(nèi)部復(fù)合層無法焊透，又形成了新的浸蝕點(diǎn)，從而大大降低了管道的使用壽命，成為制約不銹鋼復(fù)合管推廣使用的瓶頸。

因此，有必要針對(duì)小口徑不銹鋼復(fù)合管的焊接工法開展重點(diǎn)研究。

1 現(xiàn)有技術(shù)

不銹鋼-碳鋼復(fù)合管的焊接不同于不銹鋼-碳鋼復(fù)合板的焊接，傳統(tǒng)的不銹鋼-碳鋼復(fù)合板可以先焊厚度較大的基層，之后翻面，再焊厚度很簿的不銹鋼復(fù)合層。不銹鋼-碳鋼復(fù)合管由于受管徑的限制，只能先進(jìn)行不銹鋼復(fù)合層的焊接，再焊過渡層，最后進(jìn)行基層的焊接。在這種焊接條件下，很容易造成燒穿、焊瘤、未焊透、未熔合等工藝缺陷。

另外，現(xiàn)有不銹鋼復(fù)合管焊接多采用氬弧焊打底，手弧焊填充蓋面工藝或采用全不銹鋼材料進(jìn)行打底、填充、蓋面的焊接工藝，然而這兩個(gè)工藝都存在工藝過于復(fù)雜，焊接成本過高，效率低的特點(diǎn)。因此如何克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，降低焊接成本，提高質(zhì)量是目前不銹鋼-碳鋼復(fù)合管焊接施工技術(shù)領(lǐng)域亟需解決的一個(gè)關(guān)鍵問題。

2 失效分析

工程中常用到DN800以下不銹鋼復(fù)合管的管道，由于管徑小焊工無法進(jìn)到管道內(nèi)部進(jìn)行焊接，只能在外部進(jìn)行焊接操作、再加上復(fù)合管的復(fù)層較薄約為1～1.5mm，長(zhǎng)時(shí)間焊接致使熔池體積擴(kuò)大、焊接溫度過高形成焊肉塌陷、焊瘤等焊接工藝缺陷，容易造成復(fù)層合金元素?zé)龘p氧化使復(fù)層的抗腐蝕作用降低或失效，從而降低整個(gè)焊接接頭的力學(xué)性能和耐腐蝕性，同時(shí)增大了管內(nèi)介質(zhì)的流動(dòng)阻力。

3 工法研究

3.1 適用范圍

在市政工程輸送低壓流體介質(zhì)時(shí)，一般設(shè)計(jì)壓力不超過1.6MPa，因此對(duì)管道結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要求不高，選擇基層材質(zhì)為Q235B，復(fù)層材質(zhì)為SUS304不銹鋼即可滿足要求。

3.2 工藝原理

依托焊接試驗(yàn)和焊接工藝評(píng)定報(bào)告制定焊接作業(yè)指導(dǎo)書，在不銹鋼復(fù)合管接頭處組對(duì)時(shí)，輔以不銹鋼環(huán)形襯墊作為封底并進(jìn)行管口對(duì)中找正，焊接時(shí)采用CO2+Ar混合氣體FCAW半自動(dòng)焊接打底填充一次完成，填充層應(yīng)根據(jù)復(fù)合管基層和復(fù)層的材料特性，分別選用CHS3O2奧氏體不銹鋼焊絲或CHE422普碳鋼焊條填充，最后采用CHE422普碳鋼焊條進(jìn)行封面焊接。焊后進(jìn)行焊縫清理、外觀檢查，合格后進(jìn)行焊縫內(nèi)部質(zhì)量探傷，最后進(jìn)行水壓試驗(yàn)和防腐處理。

3.3 工藝流程及操作要點(diǎn)

3.3.1 工藝時(shí)序

管段切割→管口制備→襯墊制作→組對(duì)→調(diào)整及固定→打底焊接→填充焊→蓋面焊→焊縫檢驗(yàn)→水壓試驗(yàn)→防腐處理

3.3.2 主要操作要點(diǎn)

（1）管段切割：采用等離子切割機(jī)進(jìn)行管段切割。

（2）管口制備：采用角向磨光機(jī)打磨坡口，V形坡口單邊30°，鈍邊預(yù)留1mm，直至露出金屬光澤。為保證剖口平整度，在有條件的情況下優(yōu)先使用管口銑邊機(jī)。

（3）襯墊制作：封底襯墊材料選用與復(fù)層材質(zhì)相同的材料制作，規(guī)格為ΦD內(nèi)×（20-30）×1.5mm，要求周邊打磨成圓弧坡口狀或者30°倒角，為利于內(nèi)壁不銹鋼復(fù)層焊接熔池的有效形成，在環(huán)形封底襯墊外圈中部1/2處向下對(duì)應(yīng)處銑削一圈微小弧形凹溝，凹溝高度不超過襯墊厚度的1/3。

（4）組對(duì)：本工法實(shí)施以Φ325×5（4+1）、Φ426×5（4+1）、 Φ529×6（4.5+1.5）三種規(guī)格不銹鋼復(fù)合管的焊接為代表，要求平整度≤2mm，焊口間隙約3～4mm，錯(cuò)邊量控制在2mm以內(nèi)，管道平直度≤5°并且符合GB/T50235-2010工業(yè)管道要求。

管口組對(duì)前把襯墊鑲?cè)霃?fù)合管內(nèi)壁進(jìn)行點(diǎn)固焊接并且保證點(diǎn)固焊位置與管內(nèi)輸送介質(zhì)方向一致（見圖1）。

（5）調(diào)整及固定：管口以內(nèi)口對(duì)齊、對(duì)正、對(duì)圓，在管口兩端焊接2～4道熱軋等邊角鋼，角鋼規(guī)格推薦為30×30×3×（200～300）mm，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件也可采用熱軋圓鋼、方鋼或扁鋼等零星材料代替，點(diǎn)固焊接方式采用與正式焊相同的工藝參數(shù)。

（6）打底焊接：采用CO2+Ar混合氣體MIG自動(dòng)焊接打底填充，焊接電流110～130A，焊接電壓19～21v，保護(hù)氣體流量15L/min，焊接速度14-21cm/min，根據(jù)平、立、仰焊的不同設(shè)定不同的電流調(diào)整值。焊接方式為直流反接法，即：管道接負(fù)極，焊槍接正極，采用飛濺較少的短路過渡焊接電弧工藝，焊接過程中幾乎沒有氧化燒損。

由于底層焊接屬于珠光體鋼+奧氏體鋼的異種鋼焊接，為降低基層母材對(duì)焊縫的稀釋作用。確保焊縫金屬組織為奧氏體+鐵素體的雙向組織，防止產(chǎn)生馬氏體提高焊縫的抗裂性，采用不銹鋼ER309L焊絲并把母材熔合比控制在40%以下防止焊接冷裂紋的產(chǎn)生。嚴(yán)格遵照焊接工藝規(guī)定的工藝參數(shù)（尤其是焊接速度控制）等進(jìn)行焊接，并對(duì)現(xiàn)場(chǎng)風(fēng)速進(jìn)行測(cè)量，當(dāng)風(fēng)速大于2m/s不宜進(jìn)行焊接。

（7）填充焊：采用CO2+Ar混合氣體保護(hù)或FCAW焊接，其中FCAW焊接與傳統(tǒng)焊條電弧焊相比焊縫成型系數(shù)大、飛濺率低、焊縫平緩圓滑，可與打底焊一并完成，可顯著提高焊口一次合格率，確保無損檢測(cè)通過率。焊條烘烤溫度250℃，保溫時(shí)間2h。

（8）蓋面焊：采用手弧焊或FCAW焊蓋面，焊縫余高2～3mm，要求焊縫與母材過渡平滑、成型美觀。

（9）水壓試驗(yàn)和防腐處理按照規(guī)范和設(shè)計(jì)要求執(zhí)行。

3.3.3 工藝流程圖（圖2）

3.4 設(shè)備和材料（表1）

3.5 質(zhì)量措施

焊接過程嚴(yán)格遵循GB/T50236-2011現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備、工業(yè)管道焊接工程施工規(guī)范。焊縫檢驗(yàn)符合以下標(biāo)準(zhǔn)，即：外觀檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)JB/T4708，無損檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)JB/T4730，力學(xué)性能試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)GB/T228（拉伸）、GB/T232（彎曲）、GB/T229（沖擊）。焊前制定焊接工藝作業(yè)指導(dǎo)書并嚴(yán)格執(zhí)行;做好技術(shù)交底，熟悉焊接作業(yè)流程和要求;焊中應(yīng)對(duì)焊接接頭的對(duì)口情況進(jìn)行檢驗(yàn)，保證管口對(duì)正、間隙均勻，嚴(yán)格控制焊材的選用以及相應(yīng)的電流、電壓和焊接速度，發(fā)現(xiàn)氣孔、夾渣、咬邊裂紋等表面缺陷，應(yīng)立即剔除并修補(bǔ)，使表面質(zhì)量達(dá)到優(yōu)良;焊后及時(shí)跟蹤檢驗(yàn)、反饋意見，及時(shí)評(píng)價(jià)、總結(jié)并加以改進(jìn)。

4 項(xiàng)目實(shí)例效果

以某縣工業(yè)園區(qū)生活用水管道鋪設(shè)為例，共鋪設(shè)了508mm×4.0mm，全長(zhǎng)約3.2km的不銹鋼復(fù)合管，管道焊縫外觀質(zhì)量檢驗(yàn)、超聲波探傷、壓力試驗(yàn)合格，工作效率提高了20%，工程成本降低了10%，項(xiàng)目獲得了優(yōu)質(zhì)工程獎(jiǎng)，取得了不錯(cuò)的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

5 結(jié)語

針對(duì)DN800以下中小口徑不銹鋼復(fù)合管的焊接接頭處采用帶有不銹鋼環(huán)形襯墊封底的焊接方法（專利代號(hào)CN20 1611054396.3），焊口組對(duì)簡(jiǎn)單易行，可操作性強(qiáng);焊接采用CO2+Ar混合氣體MIG焊接或FCAW半自動(dòng)焊接打底填充一次完成，焊縫成形美觀，焊縫背面不易產(chǎn)生燒穿，塌陷，氧化等缺陷質(zhì)，焊接效率高，焊縫質(zhì)量穩(wěn)定可靠;項(xiàng)目實(shí)踐證明，該工法可明顯降低焊接成本，提高工效，對(duì)中小口徑內(nèi)襯不銹鋼復(fù)合管的推廣運(yùn)用具有較好的參考借鑒價(jià)值。

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