中石化第四建设有限公司 天津 300270
摘要：天然气是当今世界能源消耗中的重要组成部分，它与煤炭、石油并称为世界能源的三大支柱。天然气作为清洁能源越来越受到重视，在能源供应中的比例迅速增加。目前我国内地自产天然气主要为高含硫天然气，将其净化处理后，通过长输管线送至下游各个用户。对于高含硫天然气的加工，国内采用的是20R+316L的不锈钢复合钢管道，在投产运行中，由于氯离子含量过高，增加了管线腐蚀的风险，为防止硫化氢或可燃气体泄露，普光气田净化厂在国内首次采用耐腐蚀性强的镍合金复合钢管（Q245+N08825）代替不锈钢复合钢管，并采用全镍合金焊缝，既保证焊缝的抗腐蚀性能，同时减少热处理工序。
关键词：焊接工艺；焊缝；发现的问题；解决措施
1 引言
普光气田净化厂本次采用镍合金复合钢管管径大、壁厚厚，规格为DN700*（32+3）、DN600*（27+3）、DN500*（24+3），为保证焊接质量，并在提高施工效率，缩短施工工期，镍合金复合钢管道焊接采用国内新型焊接工艺，直流脉冲氩弧焊打底，脉冲半自动气体保护焊填充盖面。
2 成果关键技术：
2.1 焊材选用
直流脉冲氩弧焊和脉冲半自动气体保护焊采用的焊丝均为SMC公司生产的ERNiCrMo-3，型号为Φ2.4和Φ1.14。
2.2 焊接工艺参数
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2.3 实际焊接工艺
1）本次焊接工艺坡口形式为凸台式V型坡口，保证焊接时基层碳钢不会污染复层焊接。
2）组对时，内错边量不超过0.5mm，超出0.5mm部分需进行堆焊。
3）渗透检测，基层复层结合处出现剥离时封焊处理。
4）焊接顺序：先焊接复层，后焊基层，基层采用与复层相同的焊接材料。
5）背气保护。①焊接为防止根部氧化，前三层采用背气充氩（纯度99.999%）保护的方法，保护过程采用人工推罩的方式。②连头处因人员无法进入，无法进行推罩背气保护，采用背面海绵堵的方式，连头位置提前预留在海绵可抽出的位置。充氩过程中，用测氧仪对氧气含量进行测定，当氧气含量低于400ppm时，开始打底焊接。
6）打底焊接，采用能量输入小，冷却速度快的直流脉冲氩弧焊焊接方法，可有效减少析出相，提高根部焊缝的抗腐蚀性能。
7）氩弧焊填充。第二层氩弧焊时，两人配合，每次在固定位置起弧，然后推罩人员根据内部产生的红点判断焊接位置，并观察内部成形变化，尤其是台阶位置是否有“烧塌”现象。该层氩弧焊必须为单层两道，防止台阶与基层的夹角处产生未熔合。
8）填充盖面，采用脉冲半自动焊，喷嘴保护气为80%氩气+20%氦气，气体纯度为99.999%。
双人焊接，分在焊口两侧，以0点和6点为分界位置，接头前后错开。一人起弧点在6点位置，另外一起弧在上45°位置，两人同时开始焊接；当上45°位置起焊的一方焊至0点位置时，收弧；此时6点位置起焊的一方已经焊至下45°位置，焊制0点位置收弧的一方将6点位置起弧处打磨干净，开始接头焊接。两人在焊至分界处时，将收弧位置错开，保证焊接接头错开。焊接过程中，注意层间温度控制，当温度接近80℃时，停止焊接，待道间温度将至50℃以下，再次开始焊接。
焊接时，摆幅不超过10mm，以保证小摆动。由于焊材的浸润性较差，在焊接过程中，每道两侧位置略作停留，中间快速摆动过度。焊接过程中，根据焊缝宽度的变化，及时更换喷嘴和导电嘴，以保证焊接效果。
2.4 实际焊接发现的问题以及解决方案
2.4.1 实际焊接问题，在现场实际焊接中反应出的问题主要有：
1）焊道成型颜色呈蓝色或淡灰色，达不到理想的银白色或金黄色；
2）三层焊接后射线检测呈现根部咬边，而实际焊缝根部无咬边现象；
3）焊完射线检测，局部出现大量气孔。
2.4.2 问题原因分析
1）焊缝颜色达不到要求的主要原因：
A、层间温度控制过高，焊接时喷嘴移动过后，焊缝温度过高，导致焊缝表面产生蓝色或淡灰色氧化膜。
B、喷嘴保护气体比例，焊接过程中氦气有提高熔池温度的作用，保护气移动后，焊道温度高导致焊缝表面产生氧化膜。
C、焊接过程中焊枪枪头摆动过大，导致气体保护不好。
2）三层焊接后射线检测呈现根部咬边，而实际焊缝根部无咬边现象的主要原因：
A、根部存在错边，未圆滑过度，导致焊缝与一边母材有夹角，射线检测底片显示根部咬边。
B、焊缝根部余高过高，圆滑过度不够，导致焊缝与母材有夹角，射线检测底片上显示根部咬边。
C、焊缝根部熔合不足，有“假熔”现象，即焊缝金属与母材熔合太浅或刚好紧贴，其显著特征为根部边缘为一条直熔合线，非锯齿形熔合线。
3）焊后射线检测时，检测局部有大量气孔的主要原因：
A、通过返修单与现场焊口位置对比，发现出现大量气孔的位置在焊接接头位置。
B、通过现场返修打磨发现，气孔分布在焊缝各层焊道上。
根据以上两点，确定气孔产生主要原因为接头处未打磨处理洁净后开始焊接，导致出现大量气孔。
2.4.3 解决措施
针对以上原因，采取以下措施：
1）针对焊缝颜色：
a、加强层间温度控制，减小焊接线能量，将层间温度控制在80℃以下。
b、根据现场实际焊接情况，调节氩气和氦气的混合比例，氩气含量控制在80%-85%，氦气含量控制在15%-20%。
c、焊接过程中喷嘴角度直接影响气体对焊道的保护，焊枪枪头垂直于焊道不易观察熔池及熔合度，焊道倾斜角度过大气体保护不好，故根据个人焊接技能不同，焊枪与施焊焊道成85°-90°。
2）针对根部咬边：
a、将错边量超标较大的焊口组对前进行堆焊，错变量较小的在三层焊完后，在内部按照修补工艺进行修补，使焊缝与母材圆滑过度。
b、控制焊接过程中的焊接速度和填丝量，将根部余高控制在1mm以下并与母材圆滑过度，根部余高超过1mm时，在内部按照修补工艺进行修补，使其与母材圆滑过度。
c、在焊接过程中控制焊接手法，注意观察熔池，焊缝金属接触母材时有意识停留加强熔合度。
3）针对局部大量气孔：
a、两人焊接焊缝接头处，后起弧的一方在焊接前将另一方的起弧位置打磨干净成斜坡状后在起弧点后方起弧，最后将起弧点打磨掉。
b、后收弧的一方在焊接前将另一方的收弧位置打磨干净成斜坡，然后收弧位置要超过另一方收弧位置，并将收弧处打磨掉，不同焊道的接头必须错开。
c、单人焊接焊缝接头处，起弧前将收弧位置打磨干净成斜坡状后在收弧点后方起弧，并将起弧点打磨掉。
3 成果效益
镍合金复合钢管脉冲半自动焊接工艺，易操作，减少了焊工的劳动强度，加快了焊接速度，提高了施工效率和焊接质量，在普光检修项目中，按时完工并且焊接一次合格率达到99.16%。
通过此次镍合金复合钢管脉冲半自动焊接技术的应用，使我们认识到脉冲半自动焊在管道焊接中的应用前景，不仅仅是镍合金复合钢管道的焊接，对未来在其他材质管道管道焊接中也有借鉴意义。
参考文献：
[1]张磊.镍基合金复合钢管的焊接工艺[J].焊接技术，2017，46（03）：42-44.