L360QS/316L不銹鋼復合鋼管焊接工藝和性能研究
時間：2019-06-13
作者：無錫不銹鋼板
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目前，隨著酸性氣田的開發(fā)，輸氣管線面臨著越來越苛刻的腐蝕環(huán)境。很多輸氣管道由于腐蝕嚴重而造成失效，甚至會引起爆炸，威脅人身安全，污染環(huán)境，后果非常嚴重。隨著鋼管制造業(yè)的迅速發(fā)展，不銹鋼復合鋼管因其具有碳鋼或合金鋼的力學性能，又具有不銹鋼的耐蝕性等優(yōu)點，得到了廣泛運用。
然而，由于不銹鋼復合鋼管的兩種材質具有不同化學成分和物理性能，在焊接過程中，很容易造成熔合區(qū)C的擴散和合金元素的稀釋，引起焊接接頭性能惡化，影響焊接質量。這使得不銹鋼復合鋼管焊接及焊后熱處理等變得復雜，給現(xiàn)場焊接施工增加了難度。
為了避免不銹鋼復合管焊接過程中覆層與基體界面處出現(xiàn)的合金元素的稀釋和碳元素的遷移等，常用方法是采取不同的焊接材料，但這種方法增加了焊接工作量，也增加了風險。
本研究以規(guī)格為Φ355.6mm×(10+3)mm的L360QS/316L不銹鋼復合鋼管焊接為例，開發(fā)了一種新型的復合鋼管焊接工藝。首先在工廠對復合鋼管管端進行堆焊預處理，然后在施工現(xiàn)場采用與堆焊相同類型的焊材進行堆焊操作。該焊接工藝既減小了焊接工程量，也降低了不銹鋼復合鋼管的焊接復雜性。
試驗材料為對接焊復合管，復合管基管規(guī)格為Φ355.6mm×10mm，材質為L360QS無縫鋼管，其制管要求及性能應符合GB/T9711-2001的相關規(guī)定；內襯為壁厚3mm的316L奧氏體不銹鋼管，復合管加工類型為機械復合。采用機械復合成型的L360QS/316L復合鋼管的基層鋼管與內襯管的化學成分差異大，且熱膨脹及冷收縮速度存在一定差異，易導致過渡層出現(xiàn)熱裂紋或結晶裂紋，再加上焊接過程中基層材質對焊縫金屬的成分稀釋，非常容易導致裂紋的產生。
本研究采用了一種基層及內襯均適合的焊材ERNiCrMo-3，該焊材具有良好的塑性和韌性，也能保證過渡層的焊接質量。同時，為了保證復合管焊縫的質量，采用了半自動TIG焊。試驗結果表明：
（1）采用TIG堆焊預處理+氬氣保護TIG對焊工藝獲得的焊接接頭性能評價結果表明：接頭滿足外觀檢查和無損檢測要求；拉伸性能及沖擊韌性滿足相關標準的力學性能要求，接頭處硬度與母材過渡平緩，尤其是堆焊預處理后的內襯316鋼管，其熔合區(qū)和HAZ區(qū)硬度較小；焊接接頭具有較好的耐晶間腐蝕及抗SCC開裂性能。
（2）在復合鋼管管端預制堆焊一層ERNiCrMo-3焊材，可以有效地防止在焊接不銹鋼復合鋼過渡層時，由于熱膨脹和冷收縮速度的差異等原因導致裂紋的產生；防止過渡層金屬中合金元素被碳鋼稀釋，對過渡層起到了良好的隔離作用。