浅析内衬不锈钢复合钢管焊接质量控制工艺

王攀 谢林 陆帅

摘要：因某大型水电站内衬不锈钢复合钢管焊接施工过程中出现了质量问题，现从原材料、焊接工艺方面进行综合分析并制定控制策略，成功解决了复合钢管基管与衬管结合强度差、焊接质量差等问题，保障了管路施工质量，延长了管路使用寿命，可为类似工程建设项目解决内衬不锈钢复合钢管焊接质量问题提供参考。

关键词：复合钢管;焊接;优化

0    引言

内衬不锈钢复合钢管具有抗压、抗冲击性能强，内壁光滑不结垢，工作压力高，防锈耐腐蚀性好，接近纯不锈钢管的优点，且造价低，只有纯不锈钢管造价的60%～70%。因此，某在建大型水电站管径大于DN150的管路均采用内衬不锈钢复合钢管。

内衬不锈钢复合钢管虽有诸多优点，但施工工艺要求高，某大型在建水电站管道安装过程中曾发生诸多焊接质量问题，最突出的问题是单面焊双面成型不好。若采用常规工艺施工，虽管道本身有诸多优点，但由于在施工过程中存在外层碳钢层内露及电焊时破环内层不锈钢层晶间结构，管道接头处就成了整个管路系统的薄弱环节，整个管路系统的耐腐蚀性和使用寿命就接近碳钢管，失去了选用内衬不锈钢复合钢管的价值。

1    原因分析

影响复合钢管焊接质量的因素主要有原材料因素、焊接施工工艺因素。

1.1    原材料因素分析

内衬不锈钢复合钢管由外层碳钢管（基管）和内层不銹钢管（衬管）采用旋压复合技术复合而成，实现两者紧密结合，内层不锈钢层具有耐腐蚀性能，外层碳钢管保证管道的承压强度。将成型的内衬管装入基管内，再利用旋压法加工成内衬不锈钢复合钢管。如基管内壁平整度达不到要求，就会导致衬管与基管结合不严，形成脱空现象。曾发现部分内衬不锈钢复合钢管衬管与基管间存在大面积脱空的情况，切开钢管检查，脱空间隙达2 mm。脱空缺陷将导致内衬不锈钢复合钢管耐压性能大大降低。

1.2    焊接工艺因素分析

1.2.1    切口处理不当

若采用切割机手工切割内衬不锈钢复合钢管，则管道切口不平整，管路对接环缝间隙不规则;在切割过程中产生大量的热量，也会导致不锈钢层发生变形，加之切割机的旋转带动作用，不锈钢层与碳钢层会发生分离;在进行焊接坡口打磨过程中，手工打磨难以控制坡口角度，且管口不平整，易造成坡口过度打磨，伤及不锈钢层。

1.2.2    焊接工艺选用不当

在两根内衬不锈钢复合钢管对接时，直接采用？准3.2 mm的焊条对环缝进行焊接，是导致单面焊双面成型效果差的根本原因。焊条直径大，无法到达不锈钢层，将造成不锈钢层未熔合。焊接工艺选用不当，直接影响内衬不锈钢复合钢管焊接质量。

2    控制策略

2.1    原材料控制策略

要控制好内衬不锈钢复合钢管的整体施工质量，首先要控制好原材料的质量，需选用弹性旋压磨具生产的内衬不锈钢复合钢管，以保证基管与衬管的结合强度;并采用前抽样对钢管的维氏硬度、基管和衬管剪切结合强度等进行测试，合格后方可使用。

2.2    焊接工艺控制策略

2.2.1    切口处理工艺优化

采用半自动等离子管道切割机（轨道可爬式）切割管路，并将割枪调整至与钢管成55°夹角的位置，既可保证坡口角度，又能确保钢管切割时衬管与基管不分离，还能保证管口齐平。

2.2.2    焊接工艺优化

（1）基管与衬管封焊：将钢管切口两侧20 mm范围内的杂质、污物清除干净，采用氩弧焊将不锈钢层与基管层进行封焊，其目的是防止单面焊双面成型不好。若出现不锈钢层与基管层未熔合现象，将直接影响管路使用寿命。

（2）焊缝对接：装配时以不锈钢层表面为基准，其错边不大于2 mm;对接时预留3 mm间隙。焊缝对接型式如图1所示。

（3）焊缝定位：在衬管上采用A302？准2.5 mm焊条手工电弧点焊定位，周向定位焊宜超过4处。

（4）衬管焊接：不锈钢衬管层采用A302？准2.5 mm焊条焊接，其道间温度不高于120 ℃。

（5）过渡层焊接：基管与衬管过渡层采用J507？准3.2 mm焊条焊接，过渡层的厚度不小于2 mm。

（6）基管焊接：采用J507？准3.2 mm或？准4.0 mm焊条焊接，焊缝表面应尽可能与基管表面保持平整、光滑。对接缝的余高应不大于1.5 mm。焊缝焊接型式如图2所示，焊接工艺参数如表1所示。

3    应用效果

施工工艺优化后，对焊缝进行PT检测，所有焊缝均一次性检测合格。对施工完成的各类管路进行水压试验，试验压力为其工作压力的1.25倍，保压30 min，压力未下降，检查所有焊缝均未出现渗漏及其他缺陷。

4    结语

内衬不锈钢复合钢管是近年来发展起来的一种新型管材，强度高，耐腐蚀性能良好，适用于腐蚀工况下各类介质的输送，但在管路焊接过程中易出现一些质量问题。本文对焊接缺陷进行分析，通过优化焊接工艺解决了焊缝接头处外层碳钢管内露及内层不锈钢管晶间结构被破坏的问题，使管路系统形成了一个良好的防腐整体，体现了选用内衬不锈钢复合钢管的价值，为类似工程建设项目解决复合钢管焊接质量问题提供了参考。

[参考文献]

[1] 内衬不锈钢复合钢管：CJ/T 192—2017[S].

[2] 内衬（覆）不锈钢复合钢管管道工程技术规程：CECS 205—2015[S].

[3] 王京.双金属复合管端部处理焊接技术[J].电焊机，2014，44（5）：222-224.

[4] 高延杰.不锈钢管及复合不锈钢管焊接工艺[J].油气田地面工程，2010，29（7）：85-86.

[5] 林云峰.不锈钢复合板焊接工艺研究[J].科技资讯，2011（1）：35.

[6] 石丽敏，石晨辉.不锈钢复合钢板的焊接缺陷及解决方法[J].科技信息，2008（27）：371.

[7] 章继.关于双金属复合管焊接工艺研究[J].商品与质量，2018（46）：106.

[8] 姚学全，闫臣，郭静薇，等.双金属复合管自动焊技术现状及展望[J].电焊机，2018，48（4）：33-35.

收稿日期：2020-04-29

作者简介：王攀（1989—），男，云南宣威人，助理工程师，从事水电站设备检修维护工作。