高强钢L485MB+316L双金属复合管的对接焊工艺验证

梁国萍，赵 欣，郭 霖，梁国栋，王思恩

（西安向阳航天材料股份有限公司，西安710065）

双金属复合管是一种以碳钢管为基管，以耐蚀钢管为衬管的新型钢管。主要运用于具有一定压力的耐腐蚀环境。目前，双金属复合管已经普遍运用于石油化工及核工业等领域。与普通纯材碳钢管相比，双金属复合管的承压性能良好，耐腐蚀性能因为耐蚀层的存在大大提高。同时，由于双金属复合管为双层金属，对接焊工艺与普通碳钢的焊接方法有所不同。传统的双金属复合管对接焊通常为手工氩弧焊打底+焊条电弧焊填充盖面，但随着复合管钢级的提高和尺寸的增加，传统的焊接方法已经无法满足要求。

1 管材的化学成分及力学性能

L485MB(X70)钢相比X60，X65钢强度级别高，因此焊接接头热影响区脆化倾向大，根部焊道冷裂倾向及对介质的腐蚀敏感性相对增大。

316L不锈钢为常用300系列不锈钢，与X70管线钢性能差距非常大，因此在焊材的选取方面必须满足以下要求：①打底用不锈钢焊丝需与316L具有一样的耐腐蚀性能；②过渡焊材与不锈钢、碳钢均需性能匹配；③碳钢焊材需与L485MB强度匹配。

本研究对辽河油田双6储气库用φ660 mm×（20+2）mm规格的L485MB+316L双金属复合管进行了可焊性试验和焊接接头力学性能试验。

试验用复合管外基管采用L485MB碳钢管，内衬管采用316L不锈钢管。外基管的化学成分和力学性能要求见表1和表2，内衬管的化学成分和力学性能要求见表3和表4。其中，当w（C）≤0.12%时，碳当量按式（1）计算并控制；当w（C）＞0.12%时，碳当量按式（2）计算并控制。

表1 外基管的化学成分要求 %

表2 外基管的力学性能要求

表3 内衬管的化学成分要求 %

表4 内衬管力学性能要求

2 焊材的选择

L485MB+316L双金属复合管对接焊时，焊材的选取见表5。

表5 L485MB+316L双金属复合管对接焊焊材

3 焊接工艺

3.1 坡口形式

根据现场施工的经验与标准对管材管端的要求，采用常规V形坡口进行对接焊试验，坡口形式如图1所示，其中角度а=22°～24°，钝边长度x=2.0 mm，对口间隙c=3～5 mm。

图1 常规V形坡口形式

3.2 焊接工艺

将管端500 mm长范围内进行预热处理，预热温度不低于100℃，降温至80℃时开始焊接。采用烽火手工氩弧焊设备，用φ2.5 mm药芯焊丝进行手工打底焊接。由于管径较大，打底焊接完成后焊道与管体温度较低，无需降温，可直接进行过渡焊接。过渡焊采用手工氩弧焊设备，用φ2.0 mm实芯焊丝进行焊接，焊接时内部需充纯氩气保护。在进行碳钢填充时必须等试验焊道冷却至100℃以下进行，采用小电流、薄填充量，快速地进行填充。填充4层过后可撤去背部氩气保护，填充至盖面。

4 检测结果

根据标准SY/T 4103—2006中规定，焊缝射线探伤合格后需进行试验评定。对焊口进行拉伸试验、弯曲试验、刻槽锤断试验和腐蚀试验验证。

4.1 拉伸性能试验

标准GB/T 228.1—2010规定，试样的拉伸性能应不小于570 MPa。拉伸性能试验采用的检测设备为SHT 4106，试样宽度为25 mm，进行了4组试验，试验结果见表6。4组试样拉伸性能均满足标准要求。

表6 拉伸性能试验结果

4.2 侧弯试验

GB/T 2653—2008规定，试样的弯曲直径为90 mm，侧弯180°，裂纹尺寸小于公称壁厚的1/2，且不大于3 mm；除非发现其他缺陷，裂纹长度应不大于6 mm。侧弯试验检测设备为WE-600A。检测的8个试样均未出现裂纹，弯曲性能满足标准要求。

4.3 刻槽锤断试验

刻槽锤断试验依据SY/T 4103—2006进行，采用的检测设备为SHT 4106，对4个试样进行了检测后发现，检测断口均未发现超标缺陷，符合标准要求。

4.4 晶间腐蚀试验

根据API 5LC 2006对耐蚀合金腐蚀性能的要求，对焊接的根部耐蚀合金层需进行晶间腐蚀试验，用微沸的硫酸—硫酸铜溶液浸泡24 h。试样围绕直径等于试样厚度2倍的轴反弯曲180°，对3个试样进行试验，试验结果无裂纹。

5 结 论

（1）316L内衬双金属复合管采用316L的药芯焊丝焊接后的耐腐蚀性能可以满足API 5LC对耐蚀合金的要求；

（2）作为耐蚀合金钢与碳钢的过渡区域，采用ER309L焊材可以有效连接不锈钢与碳钢，且能保证过渡区域的良好韧性。

（3）采用JM-68作为填充盖面金属可以有效满足X70钢的强度要求。

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