黃鎮(zhèn) 劉天波 梁浪濤

摘要：雙金屬復合管是一種新型復合材料，近年大規(guī)模使用于油田建設(shè)中，比如：在塔里木油田所屬的克拉2和迪那2氣田中，雙金屬管均得到大量的應用；雙面襯塑鋼管很好的解決了普通鋼材腐蝕過快而不銹鋼管材費用過高的難題，因此雙金屬復合管在以后的油田建設(shè)中具有相當廣泛的應用前景；本文主要對應用于迪那2氣田的Ф89×（4+2）雙金屬復合管的焊接給與淺析。

關(guān)鍵詞：雙金屬復合管 焊接 00Cr17Ni14Mo2

前言：在石油天然氣田開發(fā)中，各種酸性有害介質(zhì)的腐蝕問題是困擾許多油氣田開發(fā)的一項難題。油氣田有害介質(zhì)主要以H2S、CO2及Cl- 等為主，對油氣裝置管道危害很大。目前國內(nèi)逐漸使用耐腐蝕材料雙金屬復合管替代傳統(tǒng)鋼材，即提高了油氣田運營的安全穩(wěn)定性，又避免大量使用不銹鋼的高額費用；但是由于雙金屬管材的特殊性，其對焊接技術(shù)的要求非常高，如果焊接技術(shù)不過關(guān)，極易造成焊縫強度、塑性和韌性不足，主要合金元素燒損和稀釋等問題。在塔里木油田迪那2氣田施工中，集氣站原油管線大規(guī)模采用規(guī)格為Ф89×（4+2）的雙金屬復合管，基材為L360，厚度4mm，襯管鋼級為00Cr17Ni14Mo2，厚度2mm。

1、接頭設(shè)計

在進行雙金屬復合管焊接時，必須首先對襯管進行封焊，封焊完成后再進行接合部和基材的焊接，根據(jù)這一焊接特性和Ф89×（4+2）雙金屬復合管基材和襯管的具體數(shù)據(jù)，采用該種形式的焊接接頭，可以有效的減小焊接組對的錯邊量，降低了“滲碳”等現(xiàn)象對復合管焊接接頭防腐性能的影響；我們設(shè)計的接頭具體參數(shù)如下；接頭設(shè)計示意圖見圖1；

(1)接頭形式：管對接；

(2)坡口形式：V型；

(3)鈍邊：覆層厚度1.5㎜；

(4)鈍邊長度：t=2~2.5㎜；

(5)坡口角度：60°~65°；

(6)對口間隙：2.0mm；

(7)焊縫寬度：比表面坡口每側(cè)增寬0.5~2mm；

(8)焊縫余高：≤1.6mm,局部不超過3mm，且長度不大于50mm；

(9)焊后錯邊：覆層≤0.5mm，基層≤10%T且≤1.6mm；

2、焊材選擇

由于目前國內(nèi)尚不能解決雙金屬復合管爆炸熔合的技術(shù)難題，進場的雙金屬復合管均為機械復合，在基材與襯管之間存在細微的間隙；管道在拉運到現(xiàn)場前，必須對基材與襯管接合部進行封焊，即對基材與襯層之間的間隙焊接，避免由于襯層熱膨脹系數(shù)大而造成襯層與基材的脫離，也可以避免日后由于焊縫處襯管遭受腐蝕后，介質(zhì)通過襯管與基材之間的縫隙對整個復合管進行破壞；封焊屬于異種鋼焊接，技術(shù)相對成熟，我們選用的焊接方法為氬弧焊，焊材選用ER316LФ1.2mm焊絲，具體的焊接工藝參數(shù)見表2；焊接時采用小電流，以降低焊接線能量；

雙金屬復合管的焊接在根焊時，屬于同類別不銹鋼焊接，其焊接技術(shù)非常成熟，針對Ф89×（4+2）這種雙金屬復合管的襯管材質(zhì)為00Cr17Ni14Mo2，我們選擇的根焊焊絲型號為AWS A5.9 ER316L TGS-316L Ф2.0mm，采用氬弧焊；

在根焊結(jié)束后，襯管部分同類別鋼材的焊接已經(jīng)完成，開始進行填充、蓋面，此時所遇到的問題是如何解決基材與襯管異種鋼的焊接結(jié)合問題；填充焊我們選擇GB/T983 E309-15 CHS307 Ф2.5mm作為填充焊條，該焊條具有優(yōu)良的抗裂性及抗氧化性能，可以有效的解決焊縫強度、塑性和韌性不足、合金元素被燒損、稀釋及滲碳等問題；采用該焊條

進行焊接，還可以為下一步用E5015進行填充蓋面提供良好的焊接界面，可以很好的與E5015焊條進行熔合，極大地提高勞動效率和節(jié)約施工成本。

焊接過程中出現(xiàn)的返修或連頭，我們選用的焊接的焊絲為日本油脂公司生產(chǎn)的ER3O8LTФ2.4自保護鎢極氬弧焊絲封底，其他焊材及焊接參數(shù)不變，該焊絲不需要背保護氣即可施焊，管內(nèi)形成非常薄的焊渣，可在通球清掃時輕易排出；這種焊絲的技術(shù)運用已經(jīng)相當成熟，相對于國產(chǎn)同規(guī)格焊條具有成型良好，焊工容易操作等優(yōu)點，極適用于焊縫返修、連頭等沒有條件充氬保護的管道焊接。

3、焊接工藝

(1)焊接層數(shù)

該型號復合管壁厚6mm，其中基材L360厚度為4mm，襯管為00Cr17Ni14Mo2，厚度為2mm，根據(jù)這一特性，焊接層數(shù)為封焊1遍，根焊1遍，填充1~2遍，蓋面1遍；

(2) 工藝要求

針對該種雙金屬復合管，焊接工藝具有以下要求：

①焊接方法：鎢極氬弧焊+焊條電弧焊，整個封焊過程采用內(nèi)充氬保護；

②焊接方向：向上；

③鎢極牌號：Wce，鎢極規(guī)格：Ф2.0㎜；

④保護氣體：Ar，氣體純度：≥99.99%；

⑤填充蓋面層層間溫度：100~150oC；

⑥焊條烘干：E309-15在250 oC中烘烤1小時；E5015在350 oC中烘烤1.5小時。

4、焊接規(guī)范

在焊接過程中，必須嚴格遵守焊接規(guī)范，焊接規(guī)范見表1；

5、焊接要求

(1)施焊環(huán)境要求

①環(huán)境濕度：≤90%RH 環(huán)境溫度：≥5℃；

②環(huán)境風速：封焊、根焊≤2m/s，填蓋焊≤5m/s；

③其它：無有效防護裝置，雨雪天氣不得施焊。

(2)焊接過程操作要求

①焊前必須用丙酮溶液清洗坡口兩側(cè)各50㎜內(nèi)的油污、雜質(zhì)；

②清理工具用動力角向砂輪機或不銹鋼刷；

③在整個封焊過程中，必須采用內(nèi)充氬工藝，氬氣純度要求不小于99.99%；背面保護氣體應在施焊前10分鐘通入，焊道冷卻至室溫時，方可撤除背面保護氣體及裝置；焊接前必須對焊縫處進行預熱，預熱溫度不小于150℃；在整個焊縫的焊接過程中，必須盡量采用快速焊，且嚴格控制層間溫度，層間溫度不小于100℃，以便減少過熱，提高焊縫的抗裂性；

④對口時，點焊工藝與正式焊接工藝相同，連接塊的材質(zhì)與基層相同，鈍邊必須打磨至襯墊處；

⑤焊接接頭背面顏色為銀白、金黃、藍、紅灰等顏色方為合格，灰色、黑色等顏色為不合格；

⑥切割時采用無齒鋸，保證管端面與管軸線垂直，切割后需要用車床修整坡口。嚴禁采用氣割、等離子等高溫切割工具；

⑦填充蓋面時，焊條不允許擺動，必須采用直拉運條、多道焊方法；

⑧復合管運輸過程中注意防雨、防潮，合理堆垛，避免出現(xiàn)基材腐蝕和管道變形。

6、結(jié)束語

對于在迪那2氣田中使用的Ф89×（4+2）雙金屬復合管，采用了上述的焊接工藝，經(jīng)過對焊接接頭的抽樣檢查，通過無損探傷、力學、化分、金相、硬度、晶間腐蝕、失重腐蝕等試驗，均滿足要求，該焊接工藝為日后該型號的雙金屬復合管的焊接提供了較好的借鑒作用。

參考文獻

[1]鄧文英：金屬工藝學，高等教育出版社1991年版；

[2]強?。汗こ毯附訉嵱檬謨?，中國計劃出版社1996年版。

注：文章內(nèi)所有公式及圖表請以PDF形式查看。