碳钢/镍基复合管生产工艺及焊接方法比较
碳钢/镍基复合管是以普通碳钢作为基层，镍基合金作为衬层的复合管。虽然这两种材料的化学、物理、力学性能差异较大，但是采用先进的相关技术可实现两者冶金熔合，从而制备出使用性能更好的高性能复合管。
高镍耐蚀合金既具有良好的耐蚀性，又具有强度高，塑、韧性好，冷、热变形优的特点，因而可广泛用于石油、化工、湿法冶金、原子能、海洋开发和航空工业。随着工业技术的迅猛发展，尤其是在输送腐蚀性介质方面，可以替代多种纯耐蚀合金产品，在很大范围内降低成本。除此之外，随着油田现场施工条件的复杂和恶劣程度不断增加，要求所使用的管体和管体对接焊缝必须适应酸性腐蚀、电化学腐蚀等错综复杂的腐蚀环境。因此，越来越多的碳钢/镍基复合管可以在油气开采中使用，但其小径复合管焊缝的超声波检测技术仍然存在很多难点。鉴于此种情况，研究碳钢/镍基复合管的生产工艺及小径复合管对接焊缝超声波检测技术非常有必要。
碳钢/镍基复合管的主要生产工艺流程分为4步：首先，碳钢和镍基合金的冶炼；其次，离心浇注；第三，热挤压；最后，冷轧。由于碳钢/镍基复合管碳钢基层和镍基合金衬层的作用不同，其相关技术要求差异比较大，理化性能差别大，给热挤压成形带来了很大困难，所以对热挤压温度和速度的控制显得尤为重要。热挤压工艺的控制要点为：热挤压温度应控制在1150℃左右，挤压速度尽量平稳增加，而且不宜过快。
碳钢/镍基合金复合管的特点及焊接时容易产生的缺陷见表1，碳钢/镍基复合管常用焊接方法的优缺点见表2。
表1 碳钢/镍基合金复合管的特点及焊接时容易产生的缺陷
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焊接方法 |
优点 |
缺点 |
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焊条电弧焊 |
1）设备简单； 2）操作灵活方便； 3）能进行全位置焊接，适合焊接多种材料。 |
1)不适于焊接薄工件； 2)生产效率低，劳动强度大； 3)对焊工技能依赖程度大。 |
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钨极氩弧焊 |
1）焊缝成形较美观、质量好； 2）焊缝热影响区窄，焊件变形小； 3）钨极电弧稳定，可全位置焊接。 |
1）受周围气流影响较大； 2）熔敷速度小、熔深浅、生产效率低； 3）成本较高。 |
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熔化极惰性 气体保护焊 |
1）具有钨极氩弧焊的优点； 2）焊接速度较快，熔敷效率较高。 |
1）焊枪较大，焊接缆线比较僵硬、不灵活； 2）受周围气流影响较大； 3）设备更复杂、成本较高。 |
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埋弧自动焊 |
1）生产效率高，易于自动化生产； 2）对操作者操作技能依赖程度较小； 3）焊缝成形美观、质量好、性能稳定； 4）节省材料和电能。 |
1）不适合施工现场焊接； 2）不适于焊接短焊缝、薄工件； 3）设备复杂、成本高。 |
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焊接特点 |
焊接时容易产生的缺陷 |
防治措施 |
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双层金属差异 |
1）基层和衬层金属的热导率不同， 容易产生焊瘤缺陷； 2）基层和衬层金属的热膨胀系数差别大，容易产生热裂纹缺陷。 |
1）选用小钝边和大角度的坡口形式，先焊接衬层金属，再焊接基层金属； 2）用较小的热输入焊接。 |
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双层金属焊接 |
1）焊缝容易产生结晶裂纹； 2）熔合区容易产生脆化。 |
1）严格控制药皮和焊剂中的有害元素； 2）焊前清理。 |
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镍基合金焊接 |
1）焊接易产生气孔、热裂纹缺陷； 2）熔池较浅和流动性差，易产生焊 缝成形缺陷等。 |
1）严格控制药皮和焊剂中的有害元素； 2）采用与衬层镍基合金材质相同或者相近的焊丝进行焊接； 3）用较小的电流焊接衬层金属。 |