L360QS/316L不锈钢复合钢管焊接工艺和性能研究
时间：2019-06-13
作者：无锡不锈钢板
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目前，随着酸性气田的开发，输气管线面临着越来越苛刻的腐蚀环境。很多输气管道由于腐蚀严重而造成失效，甚至会引起爆炸，威胁人身安全，污染环境，后果非常严重。随着钢管制造业的迅速发展，不锈钢复合钢管因其具有碳钢或合金钢的力学性能，又具有不锈钢的耐蚀性等优点，得到了广泛运用。
然而，由于不锈钢复合钢管的两种材质具有不同化学成分和物理性能，在焊接过程中，很容易造成熔合区C的扩散和合金元素的稀释，引起焊接接头性能恶化，影响焊接质量。这使得不锈钢复合钢管焊接及焊后热处理等变得复杂，给现场焊接施工增加了难度。
为了避免不锈钢复合管焊接过程中覆层与基体界面处出现的合金元素的稀释和碳元素的迁移等，常用方法是采取不同的焊接材料，但这种方法增加了焊接工作量，也增加了风险。
本研究以规格为Φ355.6mm×(10+3)mm的L360QS/316L不锈钢复合钢管焊接为例，开发了一种新型的复合钢管焊接工艺。首先在工厂对复合钢管管端进行堆焊预处理，然后在施工现场采用与堆焊相同类型的焊材进行堆焊操作。该焊接工艺既减小了焊接工程量，也降低了不锈钢复合钢管的焊接复杂性。
试验材料为对接焊复合管，复合管基管规格为Φ355.6mm×10mm，材质为L360QS无缝钢管，其制管要求及性能应符合GB/T9711-2001的相关规定；内衬为壁厚3mm的316L奥氏体不锈钢管，复合管加工类型为机械复合。采用机械复合成型的L360QS/316L复合钢管的基层钢管与内衬管的化学成分差异大，且热膨胀及冷收缩速度存在一定差异，易导致过渡层出现热裂纹或结晶裂纹，再加上焊接过程中基层材质对焊缝金属的成分稀释，非常容易导致裂纹的产生。
本研究采用了一种基层及内衬均适合的焊材ERNiCrMo-3，该焊材具有良好的塑性和韧性，也能保证过渡层的焊接质量。同时，为了保证复合管焊缝的质量，采用了半自动TIG焊。试验结果表明：
（1）采用TIG堆焊预处理+氩气保护TIG对焊工艺获得的焊接接头性能评价结果表明：接头满足外观检查和无损检测要求；拉伸性能及冲击韧性满足相关标准的力学性能要求，接头处硬度与母材过渡平缓，尤其是堆焊预处理后的内衬316钢管，其熔合区和HAZ区硬度较小；焊接接头具有较好的耐晶间腐蚀及抗SCC开裂性能。
（2）在复合钢管管端预制堆焊一层ERNiCrMo-3焊材，可以有效地防止在焊接不锈钢复合钢过渡层时，由于热膨胀和冷收缩速度的差异等原因导致裂纹的产生；防止过渡层金属中合金元素被碳钢稀释，对过渡层起到了良好的隔离作用。