分析了内覆复合不锈钢管的焊接特征以及熔焊时焊缝气孔和凝固裂纹产生的原因,并提出了其应对措施。介绍了感应扩散纤焊用于复合钢管的焊接情况。

结合石油化工防腐蚀需求,我们开发了两种内覆复合不锈钢管,一种是基层碳钢和内覆层不锈钢是机械结合的复合钢管,另一种是基层和覆层是冶金结合的复合钢管,其冶金结合是靠钎料,通过感应加热实现。采用电弧熔焊方法焊接内覆复合不锈钢管往往不能采用复合钢板的焊接程序,即先焊碳钢基层,最后焊不锈钢覆层,而只能先焊不锈钢覆层,其次焊过渡层,最后焊碳钢基层。在焊接实施中发现,机械结合复合钢管熔焊时容易产生气孔,钎焊冶金结合复合钢管时凝固裂纹的敏感性大,为了解决这些问题,我们进行了内覆复合不锈钢管电弧熔焊法和感应扩散钎焊法技术研究。

1电弧熔焊法

1.1 机械结合复合钢管焊接

机械结合复合不锈钢管的主要焊接问题就是在焊缝中出现大量气孔,产生气孔的原因在于基覆层面上存在锈和油渍,为解决这一问题,白天海,柏莉所采取的焊接措施是用氩弧焊打底,且焊肉厚度不得超过不锈钢覆层厚度(2mm),利用焊接过程的加热,使覆层和基层间的油或锈产生的气体充分蒸发,溢出。为了最大限度的节约不锈钢材料,我们制造的复合钢管不锈钢覆层厚度仅

0.4~1mm,因此这样的工艺措施是难以实现的。我们通过采取复合前对碳钢管内壁喷砂除锈,不锈钢外壁脱脂除油,严格控制了基、覆层间的油渍、锈等杂质,另外对每根复合钢管管端的基、复层间隙进行封焊,这样就较好的解决了气孔问题。

1.2 冶金结合复合钢管焊接

采用钎焊得到的不锈钢冶金结合复合钢管焊接的特殊性在于纤料的使用导致了熔焊时冶金过程的复杂性,在我们研制的铜基和镍基两种钎焊复合钢管焊接时充分体现这点。铜基纤料制造的复合钢管,焊接时从方法、工艺、材料采取各种措施都不能避免焊接裂纹的产生,全相观测为沿晶裂纹,能谱微区分析,焊缝晶间铜含量高达7%~8%,远远高于均值含量0.03%,这说明铜在焊缝中的偏析非常严重,正是铜的偏析造成了焊缝的凝固裂纹。镍基钎料制造的复合钢管焊接工艺不当时也会产生焊缝凝固裂纹。通过试验确定其工艺要点是:选用E309型不锈钢焊条,彻底清除坡口处的油污和锈,管道对口错边不得大于1mm;单面焊背面成型:小电流,尽量减少焊件过热,减少母材对焊缝的稀释,通过这一系列措施的采用,基本解决镍基钎焊复合钢管的焊接凝固裂纹问题,通过了各项力学和无损检测。

2感应扩散钎焊

正如前面所述用熔焊方法焊接机械和钎焊冶金结合复合钢管不同程度的存在焊缝气孔和凝固裂纹问题。尤其当不锈钢覆层很薄以及用铜基钎料复合时,不能得到优质的焊接接头,然而这样的复合钢管其性价比又是最高的,为此我们研究了用感应扩散钎焊方法来焊接这种复合不锈钢管。

钎焊最大的薄弱点是纤缝的力学性能远低于母材。通过采用斜对接接头形式,强化钎料在加热过程中的扩散,大大提高了接头的力学性能,实现和母材等强。强化纤料在加热过程中的扩散措施,一是纤料中要含有强扩散元素,比如Ni-Cr-Si-B系纤料,不仅具有和不锈钢一样好的耐蚀性,而且其中所含Si.B是一种强扩散元素;其次要加压,压力大大的强化了扩散过程,使多余钎料被挤出,压力可以通过外力,也可通过钢管自身的热膨胀力获得,当然这样的感应扩散钎焊过程还必须在气体保护下进行,这不仅是为获得高质量扩散钎焊缝是必要的,同时也是为了防止不锈钢内覆层在焊接加热过程中氧化。

还应当看到的是这种感应扩散钎焊不仅完全克服了熔焊法在可焊性方面的缺陷,适应各种双金属复合管焊接,而且容易实现焊接自动化,一个接头加热焊接仅1~2分钟,焊接材料的消耗仅为熔焊的1/200,因此是一种高质量、高效率、低成本的焊接方法。

3结语

1.电弧熔焊法焊接机械结合内覆复合不锈钢管容易产生焊缝气孔,通过复合加工过程中去除复合面的锈和油渍,可使气孔问题得到有效控制。

2.纤焊冶金结合复合钢管,钎料严重影响熔焊时焊缝凝固裂纹倾向,铜基钎焊复合钢管,焊接凝固裂纹难以避免。

3.感应扩散纤焊能有效克服熔焊时的气孔和凝固裂纹问题,适应各种结合方式的内覆复合不锈钢管焊接,是一种高效、高质、低成本的焊接方法。