探究石油化工工程不锈钢复合钢管的焊接

【摘 要】不锈钢复合钢管在石油化工工程中得到了广泛的应用，不锈钢复合钢管在应用中的焊接工艺对其质量有着重要影响，虽然随着技术的发展焊接技术得到了提升，但在实际操作中还存在一定问题。基于此，本文对不锈钢复合钢管的焊接技术进行了分析，希望对焊接技术的完善能够有所帮助。

【关键词】石油化工；不锈钢；复合钢管；焊接

不锈钢复合钢由低铬钼合金钢或碳钢为基体，通过爆炸复合、堆焊、和热轧复合等工艺合理的将两种金属材料结合在一起，构成一种性能好、并且具有节能效果的材料。不锈钢复合钢管因为具有耐高温、耐腐蚀等良好的性能而被广泛的应用于石油化工工程中。

1.焊接特点

1.1异种钢焊接

复层与基层交接处的焊接也称为“过渡层”焊接，属于异种钢焊接，有着自身的特殊性。过渡层的焊接在参数的选择上如果出现差错，焊接基层时，会导致复层的附近可能发生熔化，从而使复层的合金混入到基层中，基层将会被脆化。情况严重时，可能会导致基层出现裂痕。复层焊接时可能会引起焊缝处的金属被稀释，降低其耐腐性和塑性。因此在实际焊接中，对复层钢管进行焊接时，需要应用镍、铬为填充材料，从而确保焊缝处具有足够的铁素体，使复层的抗裂性能得到提高。这样过渡层在焊接过程中即使被基层碳钢所稀释，也不会因此形成马氏体淬硬组织。选取合适的焊接参数和焊接方法，即在焊接过程中要尽量降低焊接热输入，以确保碳钢基层的一侧不会发生较深熔化，可以有效降低碳钢基层合金化的发生和焊缝处金属被稀释的程度。

1.2基层、复层焊接

在对不锈钢复合钢管进行焊接时，为了确保复合钢不会因为焊接而导致其原有性能发生变化，焊接过程中需要将基层和复层的焊接分开。基层与基层之间的焊材应当与基层母材材质相同，焊接工艺选取应当同珠光体钢保持一致。复层之间焊接使用的焊材应当与复层的材质一致，焊接工艺应当与相应的不锈钢焊接工艺一致。同材质焊接技术目前已经较为成熟，在管线施工过程中也具有一定的施工经验。

1.3过渡区组织

在不锈钢复合管中，基层与复层之间的关系十分微妙，两者仅是分子扩散与原子结合的隔离，在进行接头焊接时仅仅有几毫米的距离。焊接时产生的电弧高温，经常会使合金元素被烧坏、碳元素严重扩散等，在交界处将会形成一种硬度偏低的脱碳带和硬度较高的增碳带，导致在过渡区域形成的金相组织十分复杂。在过渡层的焊接过程中焊材选用如果不当或者焊接电流过大都会导致材料的强度和耐腐性下降。因此在复合层焊接中不仅要注意焊材的选择，也要对焊接电流合理控制，确保焊接质量能够满足不锈钢复合钢管石油化工工程中的应用。

2.焊接工艺

2.1控制焊接错边

不锈钢复合钢管焊接接头的质量要达到使用标准，必须严格控制错边量。若不锈钢管的壁厚一致，焊接过程中应以复层作为基层，错边量应当严格控制在复层厚度的一半以内，并且控制在2毫米之内。若管壁厚度不同（包括基层厚度不同；复层厚度不同；两者都不同），焊接时应当以内壁平齐作为施工原则，内壁错边量应当控制在2毫米之内，其余错边量应当依据焊接中遇到的实际情况进行加工和调整。

2.2焊接

不锈钢复合钢焊接时，基层和复层应分别按照基层和复层母材选用相应的焊接材料，过渡层应选用25Cr-13Ni型或含镍量更高的焊接材料。不锈钢复合钢管受管径限制，通常采用“V”形坡口单面焊接背面自由成型的焊接工艺，焊接顺序首先是复层焊接；其次是过渡层焊接；最后是基层焊接。复层焊接宜采用钨极氩弧焊，焊接时，应当在管线内壁的局部或整体充氩实现保护，亦可以应用自保焊丝（如油脂TGF一系列的焊丝）对底层（复层）出现的焊缝进行焊接。复层焊接时应依据坡口形式进行焊接，焊接至距离复合界面0.5-1.5毫米和焊接完成后，需打磨到钝边部位。复层焊接时应注意焊接材料与母材材料相同，焊接中为了避免热处理带来的损害，在焊丝的选用上应当选取Cr含量适当的奥氏体不锈钢焊丝对复层进行焊接；在复层焊接时应当尽量摆动，使用小电流，焊接过程中在保证焊道根部能够完全熔化的基础上，应当尽量避免基层材料发生熔化而流入到复层的焊缝中，避免晶间腐蚀和裂纹的产生。过渡层的作用是为了阻止基层中的碳渗透到复层不锈钢中，对复层不锈钢发生稀释，甚至可能会出现硬脆的马氏体组织，导致焊缝从耐蚀层开始失效。过渡层焊接在复层焊缝表面无损检测合格后方可进行，宜采用手工电弧焊，选取小直径的焊条，焊接时尽量减少摆动，并且采取多道焊接，降低在焊接过程中的成分稀释。

2.3预热及焊后热处理

2.3.1预热

不锈钢复合管基层或复层在焊接前必须预热，预热温度按GB50236-2011要求。过渡层是否预热应当由复层和基层的材质而定，若基层与复层都需要预热，则预热温度应按基层与复层预热温度要求较高的一层选择。预热时奥氏体不锈钢的层间温度宜小于150℃，马氏体不锈钢的层间最高温度为315℃。

2.3.2焊后热处理

不锈钢复合钢管应尽一切可能不采取焊后热处理。不锈钢复合管热处理时，不同的材料会产生不同的影响，奥氏体不锈钢复层热处理时，在复合界面周围会形成附加残余应力，可能会导致复合界面局部脱层或强度下降，即所谓的脱开效应。奥氏体复层中如果不含有稳定化元素，热处理时，会析出含有铬的碳化铬，从而导致其耐腐蚀性能下降。铁素体不锈钢复层进行热处理时，极容易产生σ相，使晶粒粗化，韧性降低，从而导致复层组织发生脆化，使材料的使用性能下降。因此在选择不锈钢复合钢管焊接工艺时应当尽量选取不需要焊后热处理的工艺，如果管壁的厚度要求在完成焊接后热处理时，应当在完成基层焊接后进行热处理，然后再进行过渡层和复层焊接。

2.4焊工资质和工艺评定

焊工需持证上岗，不论是基层焊接、复层焊接还是过渡层焊接都应当具有相应的资质。管道焊接前需编制焊接工艺评定，编制焊接工艺评定时，需对焊接顺序、焊材、是否需要预热以及焊后热处理进行明确。编制焊接工艺评定后应编制焊接工艺卡，由持证焊工按焊接工艺卡要求进行施焊。

3.结束语

综上所述，不锈钢复合钢管在石油化工程中得到了广泛的应用，必须要加强对其焊接工艺的探讨。焊接过程中需要注重基层、复层、过渡层的焊接工艺选取，只有选取适当的焊接工艺才能确保产品的质量，从而为石油化工工程提供优质的复合钢管，提高工程质量。 [科]

【参考文献】

[1]张兴锋，张和平.内衬不锈钢复合钢管焊接质量问题分析[J].管道技术与设备，2012，11（15）：13-15.

[2]付现桥，徐敬，卜明哲，刘志田，项祖义，郭旭.19L360QS/316L不锈钢复合钢管焊接工艺和性能研究[J].焊管，2014，2（11）：21-23.

[3]马晓红，孙锐艳，丛延刚，王树臣.含CO_2气田不锈钢内衬复合钢管的选择及应用[J].管道技术与设备，2013，3（20）：16-18.

[4]吕键.20R+00Cr17Ni14Mo2复合钢管的焊接及质量控制[J].焊接技术，2011，9（10）：23-25.

[5]潘国良，孙丽华.浅述不锈钢复合钢管焊接缺陷的控制[J].黑龙江科技信息，2014，4（11）：26-28.