陳應波 楊軍

摘 要：輸送流體用中小口徑不銹鋼復合管在現(xiàn)場安裝時由于無法從內(nèi)部施焊，而外部焊接又容易造成復層無法焊透，質(zhì)量難以保證，因此成為制約該復合材料推廣應用的瓶頸。本文通過優(yōu)化焊接工藝、嚴格控制焊接參數(shù)，設置輔助工裝的方法，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;復合管;焊接;工法

中圖分類號：TG457.6 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）14-0093-02

0 引言

不銹鋼復合管是由不銹鋼和碳素結(jié)構(gòu)鋼兩種金屬材料復合而成的一種管道，包括內(nèi)復合不銹鋼材料和外復合不銹鋼材料，內(nèi)復合不銹鋼材料主要用于流體輸送，外復合不銹鋼材料主要用于裝飾建材。實際工程運用中，大多以內(nèi)部復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，復層為不銹鋼板;基層保證強度，復層耐磨、抗蝕、阻損小。這種復合材料充分發(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)以及其他化學工程行業(yè)中具有廣泛的應用前景。

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

因此，有必要針對小口徑不銹鋼復合管的焊接工法開展重點研究。

1 現(xiàn)有技術(shù)

不銹鋼-碳鋼復合管的焊接不同于不銹鋼-碳鋼復合板的焊接，傳統(tǒng)的不銹鋼-碳鋼復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合層。不銹鋼-碳鋼復合管由于受管徑的限制，只能先進行不銹鋼復合層的焊接，再焊過渡層，最后進行基層的焊接。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行打底、填充、蓋面的焊接工藝，然而這兩個工藝都存在工藝過于復雜，焊接成本過高，效率低的特點。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-碳鋼復合管焊接施工技術(shù)領域亟需解決的一個關(guān)鍵問題。

2 失效分析

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

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，一般設計壓力不超過1.6MPa，因此對管道結(jié)構(gòu)強度要求不高，選擇基層材質(zhì)為Q235B，復層材質(zhì)為SUS304不銹鋼即可滿足要求。

3.2 工藝原理

依托焊接試驗和焊接工藝評定報告制定焊接作業(yè)指導書，在不銹鋼復合管接頭處組對時，輔以不銹鋼環(huán)形襯墊作為封底并進行管口對中找正，焊接時采用CO2+Ar混合氣體FCAW半自動焊接打底填充一次完成，填充層應根據(jù)復合管基層和復層的材料特性，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普碳鋼焊條進行封面焊接。焊后進行焊縫清理、外觀檢查，合格后進行焊縫內(nèi)部質(zhì)量探傷，最后進行水壓試驗和防腐處理。

3.3 工藝流程及操作要點

3.3.1 工藝時序

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

3.3.2 主要操作要點

（1）管段切割：采用等離子切割機進行管段切割。

（2）管口制備：采用角向磨光機打磨坡口，V形坡口單邊30°，鈍邊預留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。

（3）襯墊制作：封底襯墊材料選用與復層材質(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處向下對應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：本工法實施以Φ325×5（4+1）、Φ426×5（4+1）、 Φ529×6（4.5+1.5）三種規(guī)格不銹鋼復合管的焊接為代表，要求平整度≤2mm，焊口間隙約3～4mm，錯邊量控制在2mm以內(nèi)，管道平直度≤5°并且符合GB/T50235-2010工業(yè)管道要求。

管口組對前把襯墊鑲?cè)霃秃瞎軆?nèi)壁進行點固焊接并且保證點固焊位置與管內(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)口對齊、對正、對圓，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)場條件也可采用熱軋圓鋼、方鋼或扁鋼等零星材料代替，點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自動焊接打底填充，焊接電流110～130A，焊接電壓19～21v，保護氣體流量15L/min，焊接速度14-21cm/min，根據(jù)平、立、仰焊的不同設定不同的電流調(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）等進行焊接，并對現(xiàn)場風速進行測量，當風速大于2m/s不宜進行焊接。

（7）填充焊：采用CO2+Ar混合氣體保護或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，確保無損檢測通過率。焊條烘烤溫度250℃，保溫時間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）水壓試驗和防腐處理按照規(guī)范和設計要求執(zhí)行。

3.3.3 工藝流程圖（圖2）

3.4 設備和材料（表1）

3.5 質(zhì)量措施

焊接過程嚴格遵循GB/T50236-2011現(xiàn)場設備、工業(yè)管道焊接工程施工規(guī)范。焊縫檢驗符合以下標準，即：外觀檢驗標準JB/T4708，無損檢驗標準JB/T4730，力學性能試驗標準GB/T228（拉伸）、GB/T232（彎曲）、GB/T229（沖擊）。焊前制定焊接工藝作業(yè)指導書并嚴格執(zhí)行;做好技術(shù)交底，熟悉焊接作業(yè)流程和要求;焊中應對焊接接頭的對口情況進行檢驗，保證管口對正、間隙均勻，嚴格控制焊材的選用以及相應的電流、電壓和焊接速度，發(fā)現(xiàn)氣孔、夾渣、咬邊裂紋等表面缺陷，應立即剔除并修補，使表面質(zhì)量達到優(yōu)良;焊后及時跟蹤檢驗、反饋意見，及時評價、總結(jié)并加以改進。

4 項目實例效果

以某縣工業(yè)園區(qū)生活用水管道鋪設為例，共鋪設了508mm×4.0mm，全長約3.2km的不銹鋼復合管，管道焊縫外觀質(zhì)量檢驗、超聲波探傷、壓力試驗合格，工作效率提高了20%，工程成本降低了10%，項目獲得了優(yōu)質(zhì)工程獎，取得了不錯的社會效益和經(jīng)濟效益。

5 結(jié)語

針對DN800以下中小口徑不銹鋼復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CN20 1611054396.3），焊口組對簡單易行，可操作性強;焊接采用CO2+Ar混合氣體MIG焊接或FCAW半自動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;項目實踐證明，該工法可明顯降低焊接成本，提高工效，對中小口徑內(nèi)襯不銹鋼復合管的推廣運用具有較好的參考借鑒價值。

參考文獻

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