不锈钢-碳钢复合钢管与不锈钢管的焊接可看作是两种焊接工艺的组合:即不锈钢与不锈钢的焊接;不锈钢与碳钢的焊接。焊接过程中,复合管基层和复合管衬管的封焊属于异种金属的焊接;不锈钢管与复合管衬管的打底焊属于同种金属的焊接;不锈钢管与复合管基层的填充焊属于异种金属的焊接。由此得知,每种焊接材料和焊接工艺的选择由复合管的衬管、基层和不锈钢的材料决定。

1焊接性分析

不锈钢一碳钢复合钢管与不锈钢管的焊接可看作是两种焊接工艺的组合:即不锈钢与不锈钢的焊接;不锈钢与碳钢的焊接。20G+316 L不锈钢复合钢管的衬管为316 L,与纯不锈钢管材质相同,属奥氏休不锈钢;复合管的基层为20G,属低碳钢。焊接过程中,复合管基层和复合管衬管的封焊属于异种金属的焊接;不锈钢管与复合管衬管的打底焊属于同种金属的焊接;不锈钢管与复合管基层的填充焊属于异种金属的焊接。由此得知,每种焊接材料和焊接工艺的选择由复合管的衬管、基层和不锈钢的材料决定。

2焊接工艺分析

2.1焊接方法与坡口设计

采用氩电联焊的常规焊接方法,衬管及过渡层的焊接用TIG焊,基层管采用焊条电弧焊,保证施工的便利和通用性。

2.2焊接材料的选择

1)封焊层焊丝的选用。由于基层和衬管之间没有熔焊在一起,所以在组队前必须封焊。衬管厚度只有2.0mm,所以选择1.2mm的细焊丝。

封焊道是连接不锈钢与碳钢的,因此应选用ER309焊丝,这种焊丝主要用来焊接异种钢,尤其适用于碳钢与不锈钢的焊接。

2)根焊层焊丝的选用。与封焊层不同,根焊采用ER316 LHOOCr19Nil2Mo2)不锈钢焊丝,仍可采用1.2mm的焊丝。

3)填充层和盖面层的选用。由于填充盖面焊接的是碳钢与不锈钢,所以选择E309-15焊条最为合适,可以保证焊缝金属的金属强度和得到很好的塑韧性。盖面层采用3.2 mm的焊条即可。

4)根据焊材的选择及现场实际制定了相应的焊接工艺参数

3应注意的问题

层间温度的控制。层间温度是复合管焊接质量的重要保证,由于不锈钢导热系数仅为碳钢的1/3左右,且不锈钢高温时间过长易产生晶间渗碳

复合管直接水冷会造成碳钢的淬硬;而如果采用空冷,既降低了工作效率,又使焊缝金属高温停留时间过长。所以,施工时采用焊缝两侧水冷的冷却方法,就是将湿毛巾裹在距焊缝80mm以上的两侧钢管上,将焊缝及热影响区温度尽快降低到150℃以下,从而提高生产效率。

2)磁偏吹的控制。复合管焊接时,管口磁场很强,磁偏吹十分严重,不能正常焊接。焊接过程中,处于两线接触点与焊缝之间的钢管就会由于有电流的产生而产生磁场。所以在焊接时,应将二线搭接在焊接处的钢管表面,尽量缩短接触点于焊接处的距离,焊接时就不会产生磁偏吹了。对于已产生磁偏吹的钢管,焊接时可采用缠绕线圈的方法将磁力抵消。具体方法为:将焊接电缆在管口附近缠绕25圈后进行焊接,焊接电缆将产生1个与原磁场磁力相当,方向相反的磁场。焊接时,若感觉磁偏吹更强了,说明线圈方向绕反了,更改缠绕方向即可。

4结语

对在本焊接工艺参数下的焊缝进行了金相检测、探伤检测、力学试验检测及室内模拟现场腐蚀试验等,结果表明本焊接参数都满足要求。一方面研究试验取得了成功,另一方面解决了施工单位焊接难题,因此,该工艺在大庆油田采气工程采气站建设中得到应用。