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，輸氣管線面臨著越來越苛刻的腐蝕環境。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，污染環境，后果非常嚴重。隨著鋼管制造業的迅速發展，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。
本研究以規格為Φ355.6mm×(10+3)mm的L360QS/316L不銹鋼復合鋼管焊接為例，開發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，其熔合區和HAZ區硬度較小；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。