广西建工集团第一安装有限公司 广西南宁 530000
摘要：近年来，随着经济的快速发展和能源需求的不断增加，油气工业对管道的耐腐蚀性提出了更高的要求。传统的防腐蚀措施如添加缓蚀剂、采用涂层等已难以满足油气田开发的需要。但是，使用单一的耐腐蚀合金存在价格高、壁厚大的问题。双金属复合管是油气管道防腐工程领域的一种新型功能材料，它综合考虑了碳钢管优异的力学性能和耐腐蚀材料管良好的抗腐蚀性能，两者结合起来获得优良的综合性能和高性价比。它在混合气液输送领域有着广阔的应用前景，已得到国际国内市场的广泛认可。鉴于此，文章结合笔者在中国石油广西石化含硫原油加工配套工程，对复合管现场焊接施工的质量控制分析提出了一些建议，仅供参考。
关键词：复合管现场；焊接施工；质量问题；控制分析
引言
现如今，内衬不锈钢复合管道采用管端内封焊、背部焊剂保护、改进型坡口无间隙组对、无填充熔焊打底和无填充熔焊过渡方法，能够简化焊接工艺，降低焊接难度和施工成本，保证焊缝质量，是一种值得推广的不锈钢内衬复合管道或耐蚀合金预制内补口防腐管道的焊接工艺。该工艺已经成功应用于油田埋地复合管道的现场施工中。
1、存在的问题
现行技术标准中对复合管管体的理化性能及机械复合管内管直焊缝抗晶间腐蚀性能进行了规定，但对复合管的焊接未作规定。复合管有多种复合方法和焊接方式，不同焊接方法形成的焊缝的物理化学性能差异较大。焊缝部位一般是钢管腐蚀的敏感部位，其耐蚀性往往决定了复合管的抗腐蚀能力。此外，抗氢致开裂（HIC）能力和抗硫化物应力腐蚀开裂（SSC）能力是双金属复合管应用于含硫酸性环境中必须考虑的问题，但是，由于复合管耐蚀合金层很薄，且生产工艺特殊，采用这两个标准评价复合层和焊缝的耐蚀可靠性尚需进一步研究、完善。综上，现行双金属复合管标准主要存在以下问题。（1）双金属管施工焊接问题。在集输管网中应用双金属复合管时，往往需要进行焊接，其焊缝处的抗环境开裂能力及耐蚀性能也是影响双金属复合管使用寿命的重要因素，而现有标准尚未明确焊缝腐蚀行为及耐蚀性能评价指标。此外，在复合管焊接过程中，DNVOSF101系列标准规定了复合管应结合安装工况进行模拟弯曲试验，但并未给出具体验收指标。（2）焊接工艺评定要求未规范。现行标准尚未对双金属复合管焊接工艺评定给出指导，同时焊接工艺评定项目、内容、数量等均未做规定。（3）由于双金属复合管内、外层金属在化学成分、微观组织、物理性能等方面的差异，传统的对接焊接工艺存在工序复杂、现场操作难度大、施工成本高、焊工技能要求严的问题，容易造成成分偏析、耐蚀合金成分稀释、内焊道成形不良、虚焊、碳迁移和热输入引起的熔合区组织变化，以及层间熔合不良、基管成分熔入内焊道引起电化学腐蚀等结果。焊接实践证明，如果没有高超的焊接技能，难以控制打底焊层不熔入碳钢成分以及保证过渡层与碳钢坡口面的良好熔合，不能保证双金属焊缝质量。因此，需要一种简单可靠的、低技能焊工即可轻易完成的复合管焊接施工工艺，以适应油田管道建设的需要。
2、复合管现场焊接施工的质量控制分析
2.1焊接设备和方法
（1）焊接设备。采用逆变式直流脉冲焊接电源或自动焊机来完成水平固定复合管双金属环焊缝的焊接。（2）焊接方法。a.打底焊层——TIG不摆动脉冲无填充熔化焊。采用该方法的目的是：1）无填充熔化焊可避免内焊层熔入碳钢成分，保证通过内焊层连接的耐蚀合金内衬层连续有效。2）可在确保焊层熔透的前提下，采用脉冲电流打底焊防止热输入过大引起的仰焊位置焊缝内凹。b.双金属过渡焊层——TIG无填充摆动熔化焊。为防止过渡层与两侧坡口面虚焊，本方案设计采用无填充氩弧摆动，将堆焊熔合区和坡口面的碳钢成分熔化在打底焊层之上，形成含有双金属成分的过渡层，以保证双金属焊层之间熔合良好。c.填充盖面层——摆动焊。填充盖面焊层的焊接方法采用传统TIG摆动填丝焊或焊条电弧焊。
2.2焊前准备
（1）管口清理。采用钢丝刷清理坡口面，采用砂布轮将管口内、外约15mm范围内清理干净，待焊接部位丙酮擦拭。（2）熔池背部保护。管口清理后组对前，在管口内壁约5mm范围内按说明书均匀涂抹免充氩保护焊剂。然后将钝边处的多余部分擦拭干净。（3）管口组对。试件采用无间隙组对。野外施工现场采用专用对口架组对，组对速度较传统方法快而准确。（4）管口定位。采用无填丝氩弧熔化焊定位焊接方法，每段定位焊道的长度不小于15mm，并均匀分布在圆周上且不少于3处。
2.3焊接要点
（1）打底层。采用手工氩弧焊将对接的耐蚀合金钝边熔化形成打底焊层。在熔焊过程中无需填充焊材。（2）过渡焊层。根部焊道焊接完成后，过渡焊接过程的温度将降至100℃以下，并在清槽完成后才能施工。但是，在开始过渡焊之前，也要最大限度地保证内氩压力，以确保不会造成背面焊道氧化问题。在过渡焊接过程中，采用较小的焊接热输入进行施工，但应保证焊接速度，并适当减薄金属厚度，与其它工艺相同。当温度过高时，可适当停止焊接，待温度降至室温后继续施工。如果焊缝外观为银色，则可停止施工，完成加工。（3）填充盖面焊层。用钢丝刷清理上层熔渣，待焊道表面温度降至100℃以下时开始焊接，从顶焊位置引弧后用锯齿形法焊接，形成熔池。坡口每侧用0.5~1MM熔接，以保证盖焊缝宽度。更换焊条时，应迅速将前面10毫米处的引弧拉到接头处，填满接头停弧位置，然后进行正常焊接。
3、双金属复合管焊接研究展望
目前，双金属复合管的强度匹配、韧性匹配、线膨胀系数匹配机理及其连接作用等方面都有待于研究。对同一温度场下焊缝与母材的强度和线膨胀系数匹配对焊接残余应力的影响进行了数值模拟。结果表明，等强度和等膨胀、等强度和低膨胀在等强度和高膨胀情况下，残余应力的变化规律不同。目前，对氯离子和硫化氢单独作用下双金属复合管焊接的腐蚀研究已经比较深入，但对复合腐蚀介质联合作用下焊接接头腐蚀性能的研究较少。由于双金属复合管焊接过程中不可避免的焊接缺陷，以及钢与钢之间热物性差异引起的残余应力和应力集中，焊接接头疲劳可能成为影响焊接结构失效的一个因素。另一方面，对焊接结构的疲劳问题主要采用应力寿命（S-N）法进行研究，对其静态疲劳采用曲线法进行研究，而对振动疲劳的研究较少。当管道内有高压或中压气体或液体时，由于压力的连续波动或气体等流体的高速流动，双金属复合管会产生振动，产生附加载荷，影响焊接接头的内应力分布，影响焊接接头的使用寿命双金属复合管。
结束语
综上所述，个人认为双金属复合管的焊接宜采用镍基焊材，其表面成形性好，在很大程度上保证了焊接质量和耐腐蚀性。在合理的操作条件下，具有较高的一次无损检测合格率，可以解决不锈钢复合管道焊接中的合格率低造成的返修难度，有效提高焊接质量及加快施工进度。但在焊接施工中，工作人员应严格按照有关质量标准进行操作，并充分注意层间温度。结合实际情况，可采用多层焊接，可有效避免热裂纹的发生，保证其耐腐蚀性。但在焊接过程中，也需要对焊渣问题给予足够的重视，发现问题及时处理，最大限度地保证焊接质量。
参考文献
[1]王文安.双金属复合管焊接工艺研究[J].科技经济导刊,2019,27(06):40-41.
[2]张西雷,薛慧,闫光宁.双金属复合管内堆焊工艺[J].焊接,2018(12):48-50+68.
[3]闫光宁.双金属复合管现场焊接施工的质量控制分析[J].石油工程建设,2018,44(04):80-83.
[4]张思,晋爱民,莫楠.大口径镍基复合管焊接过程质量控制[J].中国石油和化工标准与质量,2018,38(13):33-34.
[5]李建波,张俊生,郭超,杨国庆.双金属复合管焊接方法选用[J].石油化工建设,2018,40(02):80-82.