沈華西 張濤 歐先印 黃紅新

目前國(guó)內(nèi)對(duì)內(nèi)襯不銹鋼復(fù)合鋼管焊接工藝的研究較為成熟，而對(duì)內(nèi)襯高合金復(fù)合鋼管焊接工藝的開發(fā)較少涉足。為了探索內(nèi)襯高合金復(fù)合鋼管的焊接工藝，采用由API X65的碳鋼管與高鎳合金UNS N06625堆焊而成的內(nèi)襯高鎳合金復(fù)合鋼管試驗(yàn)。該復(fù)合鋼管在石油、海洋和化工等領(lǐng)域具有良好的推廣應(yīng)用價(jià)值。

內(nèi)襯高鎳合金復(fù)合鋼管在焊接過(guò)程中，由于鎳基合金對(duì)氧的親和力很大，如果不采用焊縫保護(hù)措施，背面的焊縫金屬很容易被氧化，導(dǎo)致合金元素?zé)龘p，產(chǎn)生焊接缺陷，使得焊縫的力學(xué)性能及耐蝕性不能滿足要求。為了保證焊接質(zhì)量，本文采用鎢極氬弧焊進(jìn)行焊接，背面充氬保護(hù)。研究該焊接工藝下焊縫和熱影響區(qū)的力學(xué)性能及腐蝕性能。

1. 試驗(yàn)材料

本試驗(yàn)材料采用WILHELM公司制造的APIX65+UNSN06625復(fù)合鋼管，其化學(xué)成分、力學(xué)性能分別如表1、表2所示。鋼管規(guī)格為φ219.1mm×14.1mm（11.1mm基層+3mm內(nèi)襯），堆焊焊材ERNi CrMo—3。

表1 API X65+UNS N06625復(fù)合鋼管的化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)） （%）

表2 API X65+UNS N06625復(fù)合鋼管的力學(xué)性能

2. 焊接工藝

API X65+UNS N06625復(fù)合鋼管焊接時(shí)，通常期望焊接接頭的性能指標(biāo)與母材金屬接近甚至相同，而這些性能的保證主要是通過(guò)嚴(yán)格控制焊接工藝。

（1）焊接方法APIX65+UNS N06625復(fù)合鋼管采用的焊接方法為鎢極氬弧焊。

（2）焊接材料 采用焊接氣體置換工具進(jìn)行背面保護(hù)，保護(hù)氣體氬氣純度應(yīng)≥99.99%，利用測(cè)氧儀測(cè)量焊道背部氣氛的氧氣濃度（氧氣含量應(yīng)＜0.01%），以保證純氬氣氛圍。本試驗(yàn)測(cè)得氬氣中氧氣濃度為0.0029%，焊接保護(hù)氣體流量為20~25L/min，背部保護(hù)氣體流量15L/min，填充材料選用伯樂(lè) ERNi CrMo—3，焊前焊件和焊絲表面須嚴(yán)格清理。

圖1 焊接接頭坡口及焊道設(shè)計(jì)

（3） 焊接參數(shù) 復(fù)合鋼管的對(duì)接采用V形坡口多道焊，如圖1所示。焊前若能保證管件坡口表面潔凈、不潮濕，則焊接時(shí)管件可不進(jìn)行預(yù)熱，但必須嚴(yán)格控制熱輸入和層間溫度。熱輸入過(guò)高，層間溫度過(guò)大，易造成鐵素體晶粒長(zhǎng)大，使焊接接頭的韌性大大下降，耐蝕性也會(huì)受到很大影響。因此，在整個(gè)焊接過(guò)程中的熱輸入應(yīng)控制在0.9~1.7kJ/mm內(nèi)，層間溫度≤150℃。焊接參數(shù)如表3所示。

3. 焊接接頭力學(xué)性能測(cè)試

根據(jù)D N V標(biāo)準(zhǔn)對(duì)該焊接接頭進(jìn)行力學(xué)性能測(cè)試，結(jié)果如表4~5所示。硬度測(cè)試結(jié)果為：碳鋼層硬度HV10＜270，內(nèi)襯層硬度HV10＜325，熔合線和HAZ的硬度HV10最大值為301，母材硬度HV10為190~277，符合要求。

4. 腐蝕試驗(yàn)及微觀結(jié)構(gòu)

（1）點(diǎn)蝕試驗(yàn)檢測(cè) 利用線切割制備試樣，砂紙打磨并標(biāo)號(hào)P1、P2、P3。腐蝕溶液為氯化鐵溶液（Fe Cl3），試驗(yàn)溫度為（50±1）℃，試驗(yàn)持續(xù)時(shí)間為24h。試樣腐蝕結(jié)果如表6所示。根據(jù)測(cè)定結(jié)果可知，三個(gè)試樣的腐蝕率均沒(méi)有超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的范圍（＜4g/mm2）。

（2）微觀結(jié)構(gòu) 微觀結(jié)構(gòu)如圖2所示，顯示結(jié)果表明：晶界清晰，無(wú)晶間化合物存在，母材和焊縫區(qū)未發(fā)現(xiàn)夾渣、氣孔及裂紋等缺陷，熔合區(qū)發(fā)現(xiàn)少量小氣孔，無(wú)裂紋存在，微觀組織結(jié)構(gòu)形態(tài)比較穩(wěn)定。

5. 結(jié)語(yǔ)

此復(fù)合鋼管焊接工藝應(yīng)用于平北黃巖油田開發(fā)群HY1-1&H Y2-2導(dǎo)管架立管復(fù)合管焊接作業(yè)，并取得理想效果。管道現(xiàn)場(chǎng)口焊道背部成形良好且無(wú)氧化，外觀合格，RT及PT通過(guò)率100%。

表3 API X65+UNS N06625復(fù)合鋼管的焊接參數(shù)

表4 焊接接頭拉伸和彎曲試驗(yàn)結(jié)果

表5 焊接接頭沖擊試驗(yàn)結(jié)果

表6 點(diǎn)蝕腐蝕結(jié)果

圖2 微觀結(jié)構(gòu)

[1] 路遠(yuǎn)明，王亞利.復(fù)合鋼管焊接工藝[J]，油氣田地面工程.2008，27(9)：55-56.

[2]曹軍輝，葛志海，王東坡.UNSS31803雙相不銹鋼焊接工藝開發(fā)[J].焊接技術(shù).2009，38(5)：29-31.