L360QS/316L不銹鋼復(fù)合鋼管焊接工藝和性能研究
時(shí)間：2019-06-13
作者：無(wú)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(lái)越苛刻的腐蝕環(huán)境。很多輸氣管道由于腐蝕嚴(yán)重而造成失效，甚至?xí)鸨ǎ{人身安全，污染環(huán)境，后果非常嚴(yán)重。隨著鋼管制造業(yè)的迅速發(fā)展，不銹鋼復(fù)合鋼管因其具有碳鋼或合金鋼的力學(xué)性能，又具有不銹鋼的耐蝕性等優(yōu)點(diǎn)，得到了廣泛運(yùn)用。
然而，由于不銹鋼復(fù)合鋼管的兩種材質(zhì)具有不同化學(xué)成分和物理性能，在焊接過(guò)程中，很容易造成熔合區(qū)C的擴(kuò)散和合金元素的稀釋，引起焊接接頭性能惡化，影響焊接質(zhì)量。這使得不銹鋼復(fù)合鋼管焊接及焊后熱處理等變得復(fù)雜，給現(xiàn)場(chǎng)焊接施工增加了難度。
為了避免不銹鋼復(fù)合管焊接過(guò)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(fēng)險(xiǎn)。
本研究以規(guī)格為Φ355.6mm×(10+3)mm的L360QS/316L不銹鋼復(fù)合鋼管焊接為例，開發(fā)了一種新型的復(fù)合鋼管焊接工藝。首先在工廠對(duì)復(fù)合鋼管管端進(jìn)行堆焊預(yù)處理，然后在施工現(xiàn)場(chǎng)采用與堆焊相同類型的焊材進(jìn)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(fù)合鋼管的焊接復(fù)雜性。
試驗(yàn)材料為對(duì)接焊復(fù)合管，復(fù)合管基管規(guī)格為Φ355.6mm×10mm，材質(zhì)為L(zhǎng)360QS無(wú)縫鋼管，其制管要求及性能應(yīng)符合GB/T9711-2001的相關(guān)規(guī)定；內(nèi)襯為壁厚3mm的316L奧氏體不銹鋼管，復(fù)合管加工類型為機(jī)械復(fù)合。采用機(jī)械復(fù)合成型的L360QS/316L復(fù)合鋼管的基層鋼管與內(nèi)襯管的化學(xué)成分差異大，且熱膨脹及冷收縮速度存在一定差異，易導(dǎo)致過(guò)渡層出現(xiàn)熱裂紋或結(jié)晶裂紋，再加上焊接過(guò)程中基層材質(zhì)對(duì)焊縫金屬的成分稀釋，非常容易導(dǎo)致裂紋的產(chǎn)生。
本研究采用了一種基層及內(nèi)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(guò)渡層的焊接質(zhì)量。同時(shí)，為了保證復(fù)合管焊縫的質(zhì)量，采用了半自動(dòng)TIG焊。試驗(yàn)結(jié)果表明：
（1）采用TIG堆焊預(yù)處理+氬氣保護(hù)TIG對(duì)焊工藝獲得的焊接接頭性能評(píng)價(jià)結(jié)果表明：接頭滿足外觀檢查和無(wú)損檢測(cè)要求；拉伸性能及沖擊韌性滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的力學(xué)性能要求，接頭處硬度與母材過(guò)渡平緩，尤其是堆焊預(yù)處理后的內(nèi)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(fù)合鋼管管端預(yù)制堆焊一層ERNiCrMo-3焊材，可以有效地防止在焊接不銹鋼復(fù)合鋼過(guò)渡層時(shí)，由于熱膨脹和冷收縮速度的差異等原因?qū)е铝鸭y的產(chǎn)生；防止過(guò)渡層金屬中合金元素被碳鋼稀釋，對(duì)過(guò)渡層起到了良好的隔離作用。