稅正偉

(西南石油大學(xué)，四川 南充 637001)

L245NB+316L復(fù)合管返修焊接工藝試驗(yàn)

稅正偉

(西南石油大學(xué)，四川 南充 637001)

試驗(yàn)采用鎢極氬弧焊進(jìn)行封焊、根焊、過渡層焊，焊條電弧焊進(jìn)行填充和蓋面，優(yōu)選TGFA-309L(φ 2.2 mm)、TGS-309MoL(φ 2.4 mm)、AROSTA309Mo(φ 2.0 mm)焊接材料，針對(duì)氣質(zhì)條件總壓力不大于15 MPa、CO2摩爾含量不大于0.35%，Cl-質(zhì)量濃度為60 g／L工作環(huán)境，L245NB+316L復(fù)合管進(jìn)行了返修焊接工藝試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明：焊接接頭各項(xiàng)力學(xué)性能指標(biāo)合格；晶間腐蝕、抗Cl-應(yīng)力腐蝕性能試驗(yàn)試件均未見裂紋；失重腐蝕性能試驗(yàn)結(jié)果表明，氣相平均腐蝕速率為0.022 3 mm／a，液相平均腐蝕速率為0.068 1 mm／a，均能滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。

L245NB；316L；復(fù)合管；焊接工藝

0 前言

隨著我國石化工業(yè)的發(fā)展，石油化工裝置的工藝管道采用不銹鋼復(fù)合管越來越多。不銹鋼復(fù)合管結(jié)合了不銹鋼的耐腐蝕性能和普通碳素鋼的高強(qiáng)度性能，是一種制造成本低、綜合性能良好的金屬管道，其復(fù)層不銹鋼和工作介質(zhì)相接觸，具有良好的耐腐蝕性能，而強(qiáng)度主要靠基層來保證，因此，綜合制造成本較低[1-3]。但復(fù)合管制造和焊接工藝較復(fù)雜，特別是對(duì)過渡層和覆層的焊接質(zhì)量要求很高，容易出現(xiàn)缺陷，返修率較高[4]。所以，為了保證不銹鋼復(fù)合管返修焊質(zhì)量，切割方式、返修焊焊接工藝參數(shù)的選擇至關(guān)重要[5-6]。

1 焊接工藝試驗(yàn)準(zhǔn)備和要求

1.1 試驗(yàn)材料和焊接方法

試驗(yàn)選用L245NB／316L[φ 168.3 mm×(10+2)mm]復(fù)合管+316(φ 168 mm×11 mm)不銹鋼管對(duì)接，其化學(xué)成分和力學(xué)性能見表1、表2。采用鎢極氬弧焊直流正接法進(jìn)行封焊、根焊、過渡層焊，焊條電弧焊進(jìn)行填充和蓋面，根據(jù)板厚、接頭形式、結(jié)構(gòu)工作條件、結(jié)構(gòu)的安全使用原則以及技術(shù)、經(jīng)濟(jì)效益要求，通過多次試驗(yàn)確定封焊、根焊選用TGFA-309L(φ 2.2 mm)焊絲，過渡層選用TGS-309MoL(φ 2.4 mm)焊絲，填充、蓋面選用AROSTA309Mo(φ 2.0mm)焊條。

表1 試驗(yàn)材料化學(xué)成分 %

表2 試驗(yàn)材料力學(xué)性能

1.2 試件準(zhǔn)備和坡口形式

采用機(jī)械切割切斷復(fù)合管，切割時(shí)保證管端面與管軸線垂直，切割后需要用刮刀對(duì)管口進(jìn)行修整(嚴(yán)禁采用氣割等高溫切割工具切割雙金屬復(fù)合管)。采用機(jī)械加工坡口，接頭和坡口形式如圖1所示，鈍邊0.5～1.5 mm，坡口角度55°～65°。

圖1 坡口形式

1.3 試驗(yàn)要求

將試件水平固定，手工組對(duì)，采用上向焊。焊接過程中保證層間溫度小于150℃；根焊、過渡焊環(huán)境風(fēng)速小于2m／s；填充、蓋面焊環(huán)境風(fēng)速小于5 m／s；組對(duì)間隙2.0～3.0mm；覆層錯(cuò)邊不大于0.5 mm、基層錯(cuò)邊不大于1.6 mm；余高小于等于2.0 mm，局部不超過2.5 mm，且長(zhǎng)度小于等于50 mm；焊縫層數(shù)5～6層；蓋面焊縫比坡口每側(cè)增加寬度小于等于2.0mm。

2 焊接工藝試驗(yàn)

焊前清理坡口兩側(cè)50 mm內(nèi)的油污、雜質(zhì)，使用動(dòng)力角向砂輪機(jī)或鋼絲刷清理至露出金屬光澤；當(dāng)層間溫度超標(biāo)時(shí)，應(yīng)讓其自然冷卻至規(guī)定值；焊接時(shí)先封焊基襯間隙，后進(jìn)行打底焊，根焊層高度不得高于復(fù)合管封焊高度；施焊前10 min通入背面保護(hù)氣體，且鋼管內(nèi)部氧含量小于等于200×10-6，當(dāng)多層焊不引起襯層氧化時(shí)方能去除保護(hù)裝置。焊接工藝參數(shù)如表3所示。

表3 焊接工藝參數(shù)

3 焊后檢查

3.1 外觀和無損檢測(cè)

外觀檢測(cè)結(jié)果見表4，焊縫余高0.5～2.0 mm，焊縫寬度14～16 mm，錯(cuò)邊量小于等于0.5 mm，背面余高0.5～1.5 mm，無咬邊、表面氣孔、裂紋、未熔合、夾渣、焊瘤、背面凹坑等缺陷。依據(jù)SY／T 4109-2005標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)X射線探傷檢測(cè)結(jié)果為Ⅱ級(jí)，檢測(cè)結(jié)果合格，滿足技術(shù)要求。

表4 焊接試樣外觀檢測(cè)結(jié)果mm

3.2 力學(xué)性能試驗(yàn)

根據(jù)SY／T 4103-2006評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)對(duì)焊接接頭進(jìn)行拉伸、彎曲、沖擊和刻槽錘斷性能試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果：表明焊接接頭未見明顯屈服，抗拉強(qiáng)度604 MPa，距焊縫表面熔合線316不銹鋼側(cè)50 mm拉斷；180°彎曲角度進(jìn)行面彎、背彎試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果均合格；刻槽錘斷試驗(yàn)未見斷口缺陷；沖擊試驗(yàn)采用V型試樣，試樣尺寸7.5mm×10mm×55mm，試驗(yàn)溫度-20℃，試驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。

3.3 抗腐蝕性能檢測(cè)

3.3.1 晶間腐蝕傾向檢測(cè)

圖2 焊接接頭沖擊值

晶間腐蝕試驗(yàn)溶液采用GB／T 4334.5-2000規(guī)定，硫酸-硫酸銅腐蝕試驗(yàn)，試驗(yàn)周期24 h，試驗(yàn)壓力為常壓。試驗(yàn)后，將不銹鋼層焊縫接頭試件(內(nèi)表面受拉應(yīng)力)彎曲成U型，在10倍放大鏡下觀察316L內(nèi)襯層和316不銹鋼焊縫接頭，均未見裂紋。

3.3.2 失重腐蝕性能檢測(cè)

失重腐蝕試驗(yàn)依據(jù)GB10124-1998進(jìn)行，溶液介質(zhì)：Cl-＝60 g／L，氣體介質(zhì)：CO2摩爾含量0.35%，試驗(yàn)壓力15 MPa，試驗(yàn)溫度60℃，試驗(yàn)周期120 h。

試驗(yàn)結(jié)果表明：氣相平均腐蝕速率0.0223mm／a，液相平均腐蝕速率為0.068 1 mm／a。

3.3.3 抗Cl-應(yīng)力腐蝕性能檢測(cè)

在質(zhì)量Cl-濃度為60g／L的水溶液，溫度60℃，CO2壓力0.05 MPa，總壓力15 MPa的試驗(yàn)環(huán)境中，依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)GB／T10126-2002采用U型環(huán)法進(jìn)行試樣檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果為：經(jīng)720 h后，試件均完好，無裂紋產(chǎn)生。

4 結(jié)論

上述各項(xiàng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)充分說明，本試驗(yàn)嚴(yán)格按照焊接技術(shù)要求進(jìn)行，試樣各項(xiàng)指標(biāo)均合格，證明選擇的焊接工藝參數(shù)合理。本試驗(yàn)適用于氣質(zhì)條件為：總壓力不大于15 MPa、CO2摩爾含量不大于0.35%，Cl-質(zhì)量濃度為60 g／L的工作環(huán)境下的L245NB+ 316L復(fù)合管返修焊焊接工藝技術(shù)要求。

[1]張立輝.16MnR+00Cr17Ni14Mo2復(fù)合管的焊接[J].石油工程建設(shè)，2010，36(1)：48-50.

[2]王 新.雙金屬復(fù)合管焊接藝研究與應(yīng)用[J].電焊機(jī)，2011，41(7)：71-73.

[3]王能利，張希艷，柏朝暉，等.薄不銹鋼覆層的20鋼管對(duì)接TIG焊工藝[J].焊接技術(shù)，2006，35(6)：33-34.

[4]宋建義.內(nèi)襯不銹鋼復(fù)合管焊接工藝的改進(jìn)[J].民營科技，2012(7)：40.

[5]王憾利.超薄復(fù)合管20／0Cr18Ni9復(fù)合管焊接工藝研究[J].石油工程建設(shè)，2006，32(1)：55-58.

[6]李德祥.長(zhǎng)輸管道焊縫返修焊接技術(shù)探討[J].江漢石油科技，2005，15(2)：47-49.

Welding process test on L245NB+316L composite pipe re-welding

SHUI Zheng-wei
(Southwest Petroleum University，Nanchong 637001，China)

Seal welding，root welding and transition layer welding were completed by TIG.Filling and cover face welding were completed by SMAW in the experiment.TGFA-309L(φ 2.2 mm)，TGS-309MoL(φ 2.4 mm)and AROSTA309Mo(φ 2.0 mm)welding materials were optimally selected.Welding process rest on L245NB+316L clad pipe re-welding was proceeded in the environment of total pressure was no more than 15 MPa，CO2molar content was no more than 0.35%and Cl-content was 60 g／L work.The test results show that the various mechanical performance index of welding joint are qualified.No crack appears to the specimen of intergranular corrosion resistance and Cl-stress corrosion resistance test.The results of weightlessness corrosion test shows that the average gas phase corrosion rate is 0.022 3 mm／a，and liquid average corrosion rate is 0.068 1 mm／a.All the test results can satisfy the relevant standards.

L245NB；316L；composite pipe；welding process

TG457.6

B

1001-2303(2012)07-0094-03

2012-06-29

稅正偉(1974—)，男，四川射洪人，碩士，講師，主要從事材料物理性能研究、物理教學(xué)與研究工作。