王偉 欒陳杰 楊帆 楊曉飛

X70/316L雙金屬?gòu)?fù)合管全自動(dòng)焊接工藝應(yīng)用研究

王偉 欒陳杰 楊帆 楊曉飛

由于X70/316L雙金屬?gòu)?fù)合海管基層和復(fù)層為機(jī)械結(jié)合，所以焊接存在困難。從雙金屬?gòu)?fù)合海管基管材料、內(nèi)襯材料、管端堆焊技術(shù)及坡口設(shè)計(jì)等方面介紹X70/316L雙金屬?gòu)?fù)合海管全自動(dòng)焊接技術(shù)，嚴(yán)控焊接過(guò)程質(zhì)量，確保海上施工順利進(jìn)行。

1. 概述

根據(jù)輸送油氣介質(zhì)的特征，PY35－1/2項(xiàng)目海底管道選用X70/316L雙金屬?gòu)?fù)合管。海油工程焊接技術(shù)人員經(jīng)過(guò)大量的科研試驗(yàn)和技術(shù)攻關(guān)，成功摸索出一套雙金屬?gòu)?fù)合管全自動(dòng)焊接技術(shù)。該技術(shù)采用了管端堆焊技術(shù)，窄間隙坡口形式，采用單一焊絲進(jìn)行填充焊接的焊接方法，解決了雙金屬?gòu)?fù)合管焊接技術(shù)難題，并成功應(yīng)用于番禺35－1/2項(xiàng)目中，取得了良好的效果。

2. X70/316L雙金屬?gòu)?fù)合管性能

X70/316L雙金屬?gòu)?fù)合管是由基管（X70）和內(nèi)襯管（316L）兩部分組成。X70管線鋼是微合金控軋鋼，是采用了微合金化（加入微量的Nb、V、Ti、Ni、Cr、Mo等合金元素）和控制軋制新技術(shù)，同時(shí)采取從冶金工藝上降低了C、S、P等雜質(zhì)，改變了夾雜物形態(tài)，提高鋼的純凈度等措施，使鋼材具有均勻的細(xì)晶粒等軸鐵素體基體，得到了一種針狀鐵素體組織。因此這種鋼在軋制狀態(tài)下就有相當(dāng)于正火鋼的質(zhì)量，具有高韌性、高強(qiáng)度和良好焊接性。316L是低碳微合金鋼，具有高強(qiáng)度、強(qiáng)韌性和良好的焊接性和耐CO2和H2S腐蝕性能。X70/316L雙金屬?gòu)?fù)合管化學(xué)成分及力學(xué)性能如表1、表2所示。

3. 焊接材料

試驗(yàn)采用的焊材為美國(guó)ARCOS 625焊絲，焊絲成分和力學(xué)性能如表3、表4所示。

4. 焊接工藝

（1）管端堆焊 為了解決復(fù)合管焊接過(guò)程中內(nèi)外管剝離問(wèn)題，要求復(fù)合管生產(chǎn)廠家對(duì)管端90mm內(nèi)堆焊3mm鎳基合金625，使復(fù)合管端部形成冶金結(jié)合，解決焊接時(shí)由于內(nèi)外層熱膨脹系數(shù)不同而造成的剝離問(wèn)題。

為了保證海上施工焊接質(zhì)量，要求復(fù)合管生產(chǎn)廠家對(duì)堆焊層進(jìn)行機(jī)加工，并保證所有復(fù)合海管管端90mm堆焊層的內(nèi)徑公差＜±0.3 mm，能夠保證海上施工時(shí)的組對(duì)精度和錯(cuò)邊量，從而保證焊接質(zhì)量。

（2）坡口設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)窄間隙坡口，可以減小坡口角度，減少焊材填充量，并利用鋪管船分站作業(yè)，合理安排焊接站點(diǎn)，提高焊接施工效率。坡口形式及尺寸如圖1所示。

圖1 坡口形式及尺寸

表1 雙金屬?gòu)?fù)合管主要化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)） （%）

表2 雙金屬?gòu)?fù)合管力學(xué)性能（基層X(jué)70）

表3 焊絲化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)） （%）

表4 焊絲的力學(xué)性能（ARCOS 625）

（3）焊接參數(shù) 雙金屬?gòu)?fù)合管采用全自動(dòng)TIG焊接工藝，從根部到蓋面，全部采用單一ARCOS625焊絲和產(chǎn)自?shī)W地利的全自動(dòng)TIG焊機(jī)。采用內(nèi)對(duì)口器進(jìn)行組對(duì)焊接。焊接參數(shù)如表5所示。

（4）施工流程 施工作業(yè)使用HYSY201船，主作業(yè)線其正常作業(yè)流程如圖2所示。

5. 焊接質(zhì)量控制

（1）組對(duì)與清理 首先用專用毛刺刀將已經(jīng)加工好的坡口鈍邊的上、下兩邊毛刺刮掉，以避免組對(duì)時(shí)因毛刺而造成的虛接（焊接工藝規(guī)定組對(duì)0間隙），否則會(huì)出現(xiàn)起弧打漏的狀況。

然后采用不銹鋼絲刷、砂輪等專用工具打磨管端≥25mm 范圍內(nèi)的油污、銹垢等雜物，直至露出金屬光澤。

最后，用丙酮將焊縫坡口清洗干凈，并保證徹底清除防銹保護(hù)涂層；保證焊縫坡口周?chē)鷳?yīng)沒(méi)有水分、油污、碳化物、涂層等影響焊接質(zhì)量的雜質(zhì)存在。

（2）預(yù)熱 對(duì)坡口邊緣75mm范圍內(nèi)進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱溫度50℃，預(yù)熱采用電加熱方式，并保證整個(gè)坡口加熱透。

（3）焊接過(guò)程質(zhì)量控制 焊工及焊機(jī)操作工（包括定位焊、焊接及返修）必須經(jīng)過(guò)焊工考核并合格后才能從事焊接施工工作。

焊工及焊機(jī)操作工應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行焊接程序的要求，使用正確的焊接材料、焊接參數(shù)；同時(shí)，焊工操作嚴(yán)格按照全自動(dòng)鎢極氬弧焊焊接操作規(guī)范的動(dòng)作要求進(jìn)行。

背部保護(hù)氣體＜500ppm（1ppm=10-6）時(shí)方可進(jìn)行焊接，在完成4道焊接之后才能撤出保護(hù)氣體。焊接過(guò)程嚴(yán)格控制層間溫度，最高不能超過(guò)150℃。

（4）無(wú)損檢測(cè) 焊接質(zhì)量按照DNV OS F101焊接標(biāo)準(zhǔn)要求，100%射線（RT）檢測(cè)，根部不允許存在未熔合，填充層未熔合長(zhǎng)度小于兩倍基材壁厚。

圖2 正常作業(yè)流程

6. 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)管端堆焊處理和機(jī)加工，解決了復(fù)合管內(nèi)外層分離和組對(duì)精度問(wèn)題，成功開(kāi)發(fā)雙金屬?gòu)?fù)合管全自動(dòng)氬弧焊接工藝。該工藝成功應(yīng)用于PY35－1/2海上鋪設(shè)項(xiàng)目， 海管總長(zhǎng)度19.3km，焊接一次合格率97.7%以上。

表5 焊接參數(shù)（背部保護(hù)氣體8L/min）

[1] Spence M A, Roscoe C V. Bi-metal CRA-lined pipe employed for north sea field development[J]. Oil & Gas Journal, 1999,97(18)： 80-88.

王偉等，海洋石油工程股份有限公司。