復(fù)合耐磨板焊接工藝和性能研究

  目前,隨著酸性氣田的開發(fā),輸氣管線面臨著越來越苛刻的腐蝕環(huán)境。很多輸氣管道由于腐蝕嚴(yán)重而造成失效,甚至?xí)鸨ǎ{人身安全,污染環(huán)境,后果非常嚴(yán)重。隨著鋼管制造業(yè)的迅速發(fā)展,復(fù)合耐磨板因其具有碳鋼或合金鋼的力學(xué)性能,又具有不銹鋼的耐蝕性等優(yōu)點(diǎn),得到了廣泛運(yùn)用。

  然而,由于復(fù)合耐磨板的兩種材質(zhì)具有不同化學(xué)成分和物理性能,在焊接過程中,很容易造成熔合區(qū)C的擴(kuò)散和合金元素的稀釋,引起焊接接頭性能惡化,影響焊接質(zhì)量。這使得復(fù)合耐磨板焊接及焊后熱處理等變得復(fù)雜,給現(xiàn)場焊接施工增加了難度。

  為了避免復(fù)合耐磨板焊接過程中覆層與基體界面處出現(xiàn)的合金元素的稀釋和碳元素的遷移等,常用方法是采取不同的焊接材料,但這種方法增加了焊接工作量,也增加了風(fēng)險。

  本研究以規(guī)格為355.6mm×(10+3)mm的復(fù)合耐磨板焊接為例,開發(fā)了一種新型的復(fù)合鋼管焊接工藝。首先在工廠對復(fù)合鋼管管端進(jìn)行堆焊預(yù)處理,然后在施工現(xiàn)場采用與堆焊相同類型的焊材進(jìn)行堆焊操作。該焊接工藝既減小了焊接工程量,也降低了復(fù)合耐磨板的焊接復(fù)雜性。

  試驗材料為對接焊復(fù)合耐磨板,復(fù)合耐磨板基管規(guī)格為355.6mm×10mm,材質(zhì)為L360QS無縫鋼管,其制管要求及性能應(yīng)符合GB/T9711-2001的相關(guān)規(guī)定;內(nèi)襯為壁厚3mm的316L奧氏體耐磨板,復(fù)合耐磨板加工類型為機(jī)械復(fù)合。采用機(jī)械復(fù)合成型的L360QS/316L復(fù)合鋼管的基層鋼管與內(nèi)襯管的化學(xué)成分差異大,且熱膨脹及冷收縮速度存在一定差異,易導(dǎo)致過渡層出現(xiàn)熱裂紋或結(jié)晶裂紋,再加上焊接過程中基層材質(zhì)對焊縫金屬的成分稀釋,非常容易導(dǎo)致裂紋的產(chǎn)生。

  本研究采用了一種基層及內(nèi)襯均適合的焊材ERNiCrMo-3,該焊材具有良好的塑性和韌性,也能保證過渡層的焊接質(zhì)量。同時,為了保證復(fù)合耐磨板焊縫的質(zhì)量,采用了半自動TIG焊。試驗結(jié)果表明:

  (1)采用TIG堆焊預(yù)處理+氬氣保護(hù)TIG對焊工藝獲得的焊接接頭性能評價結(jié)果表明:接頭滿足外觀檢查和無損檢測要求;拉伸性能及沖擊韌性滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的力學(xué)性能要求,接頭處硬度與母材過渡平緩,尤其是堆焊預(yù)處理后的內(nèi)襯316鋼管,其熔合區(qū)和HAZ區(qū)硬度較小;焊接接頭具有較好的耐晶間腐蝕及抗SCC開裂性能。
  (2)在復(fù)合鋼管周邊預(yù)制堆焊一層ERNiCrMo-3焊材,可以有效地防止在焊接復(fù)合耐磨板過渡層時,由于熱膨脹和冷收縮速度的差異等原因?qū)е铝鸭y的產(chǎn)生;防止過渡層金屬中合金元素被碳鋼稀釋,對過渡層起到了良好的隔離作用。