目前，高腐蚀性油气田普遍采用双金属复合管或者镍基复合管。复合管兼顾了2种管材的优点，提高了钢管在输气、输油过程中的耐腐蚀性能，又保留了钢管的高抗拉强度。但是2种材质的不同，在焊接时容易产生残余应力、热裂纹、气孔、夹渣等焊接缺陷。另外，焊缝合金成分浓度梯度变化较大，容易导致合金元素的稀释，降低钢管的耐腐蚀性能。本试验采用的镍基复合管（N08825＋L415）是冶金复合管，通过爆炸法将2层钢板（N08825合金和L415板材）复合卷制而成。

1 焊接性分析

镍基复合管（N08825＋L415）是冶金复合管，内衬抗腐蚀层选用的是 Ni－Cr－Fe系合金N08825，基管材料选用的是L415钢。N08825线膨胀系数大，热导率低，所以焊接接头处会产生较大的焊接应力；L415钢中S和P的杂质元素在N08825合金的焊缝中容易形成偏析，降低耐腐蚀性能；另外在焊接时，焊缝合金成分浓度梯度变化较大，后1道焊接对前面影响也很大，稀释了前1道熔敷金属，造成焊缝和粗晶区淬透性增大，易产生裂纹等缺陷。

2 母材及焊接材料

试验母材采用四川惊雷科技股份有限公司生产的冶金镍基复合管，基管为L415钢，覆层采用N08825合金，钢管壁厚为22 mm＋3 mm，直径为610 mm；焊接材料采用SMC公司的INCONEL Filler Metal 625焊丝；焊接小车为美国MAGNATECH D/T－HW 350，焊接电源为昆山安意源公司PIPESTAR。钢管的化学成分及力学性能分别见表1，表2。

 

表1 钢管的化学成分（质量分数）（%）

  

元素 C Si Mn P S Cr NiMo Cu Al Ti Fe V Nb管体复材 0.0180.1550.3640.0150.00122.9237.07 3.00 2.07 0.119 0.65 32.51 — 0.104管体基材 0.0480.243 1.28 0.0090.0030.1460.1370.0170.2510.0320.016 — 0.0490.045复材焊缝 0.0190.1530.0410.0090.00622.44 62.3 8.28 0.1320.1170.239 2.56 — 3.42基材焊缝 0.0970.372 1.31 0.0090.0030.1220.0890.1250.0960.0300.008 — 0.0100.011

 

表2 钢管的力学性能

  

屈服强度ReL/MPa弯曲试验（面弯/背弯）506 561 28.0 299， 299， 299 375 未见缺陷抗拉强度Rm/MPa伸长率A（%）冲击吸收功AKV/J（－30 ℃）抗剪强度τ/MPa

焊接材料的选择要与母材相匹配，焊接材料中的碳含量不应超过母材的碳含量，同时要有比母材更高的铬镍比。通常焊接Incoloy 825选用的焊接材料为Inconel 625（ERNiCrMo－3），因该焊材的熔敷金属塑性良好，可消减双基层和覆层材料因线胀系数差异而产生的应力；能提高焊缝的室温屈服强度30%；Fe，C含量低，能提高焊缝金属的耐点蚀和耐均匀腐蚀能力，能减小焊缝金属产生热裂纹的倾向，能便于进行焊接施工及焊条储存；避免覆层焊缝金属在低敏化温度区间晶界析出Cr23C6化合物。一种典型的ENiCrMo－3的化学成分见表3。

 

表3 一种典型的ENiCrMo－3的化学成分（质量分数）（%）

  

C Si Mn P S Cr Ni Mo Cu Al Ti Fe Nb＋Ta 0.012 0.09 0.03 0.001 0.001 22.2 64.7 8.70 0.001 0.09 0.18 0.27 3.67

3 焊接工艺

由于镍基合金熔池液态金属流动性差，焊接熔池浅，不能通过增大焊接电流加大熔深，因为高热输入导致过度偏析、碳化物沉淀或其他有害冶金现象发生，更易引起热裂纹或降低耐蚀性。因此需严格控制焊接过程的杂质来源，采用 “小参数、单道快速焊”的技巧控制焊接层间温度，防止基层Fe，C扩散及合金元素氧化的措施可有效提高接头质量，杜绝内覆层焊接接头晶间腐蚀和点蚀发生。采用自制的内部带有氩气保护装置，背部氩气流量为5～8 L/min，直至φ（O）在0.01%以下时，采用热丝TIG焊接系统进行向上根焊及过渡层的焊接，填充及盖面采用生产效率高的熔化极惰性气体保护焊。

取覆层和焊缝的位置进行能谱分析，检测部位及结果如图1所示。对图1中的覆层和焊缝过渡层位置进行能谱分析，对主要的合金元素含量进行对比。由检测结果发现过渡层及焊缝中的Cr元素含量与覆层成分接近，Ni含量高于覆层的Ni含量，这说明焊缝成分保证了耐腐蚀性能与覆层的基本相同。

Exclusion criteria:(a)did not meet the diagnostic criteria;(b)mental disorders;(c)cognitive impairment.

 

表4 焊接工艺参数

  

焊道 填充材料气体流量/（L·min-1）根焊 SNi6625 φ1.0DCEN 125～130 9.0～10.0 80～100 纯 Ar 7～10热焊 SNi6625 φ1.0DCEN 125～130 9.0～10.0 80～100 7～10填充 SNi6625 φ1.0DCEN130.0～15016.5～18.0 160～180 φ（Ar）90%+φ（He）10%规格/mm电源极性焊接电流/A电弧电压/V焊接速度/（cm·min-1）保护气体种类10～15盖面 SNi6625 φ1.0DCEN 140～160 16.5～18.0 120～150 10～15

4 试验结果分析

4.1 力学性能试验

力学性能试验结果见表5。由表5可知，焊接接头拉伸试验后均断于母材，说明焊缝的结合强度高于母材，具有更高的抗拉强度，满足高强匹配的要求；试样弯曲后，焊缝处均未产生裂纹；－30℃时V形缺口冲击试验冲击性能良好。上述表明，本次试验的焊接工艺是合理的。

 

表5 力学性能试验结果

  

试验类别 拉伸试验 弯曲试验 V形缺口冲击试验试样编号抗拉强度/MPa冲击吸收功AKV2/J 1 579 母材 90 未见明显缺陷断裂位置弯轴直径/mm 侧弯 取样位置试样尺寸/mm试验温度/℃焊缝中心 10×10×55 －30 165.0， 145.0，140.0 2 582 母材 90 未见明显缺陷热影响区 10×10×55 －30 90.0， 85.0，70.5

4.2 能谱成分分析

零价铁粉中总铁质量分数为 93.04%，硫为0.01%，碳为2.43%，不溶成分为2.15%，购自日本同和控股(集团)有限公司，型号为E-200；腐殖质来源于木本泥炭，原产印度尼西亚，胡敏酸质量分数为 105.9 mg·kg-1，胡敏素为 69.5 mg·kg-1，富里酸为 12.4 mg·kg-1；按照零价铁与腐殖质的质量比为12.5∶87.5配制复合调理剂，由江苏旭曜科技有限公司生产，为粉剂。

  

图1 能谱检验部位示意图及结果

由图3看出，沿水平方向接头各层的硬度分布变化规律基本一致，焊缝的硬度普遍高于母材的硬度，熔合线附近的硬度达到最高。基层碳钢的硬度变化最大，由于其熔合线附近的组织和化学成分不均匀，且存在渗碳层而使得其硬度最高，焊缝各区域的硬度均高于母材的，以保证焊接接头有足够高的强度。过渡层硬度在水平方向上的变化不大，说明焊缝金属在焊接过程中的性能相比于母材无明显变化。覆层焊缝硬度高于母材，变化程度相比基层的要小，HAZ硬度陡降应该是奥氏体晶粒受热循环的影响而发生组织粗化，使得HAZ组织发生软化。

  

图2 能谱线扫描结果

4.3 显微硬度

采用HV－1000显微硬度计测量显微硬度，取点位置及结果如图3所示。

焊接前工件表面进行丙酮清洗，采用电加热带加热到80～100℃。焊接工艺参数见表4。

 

  

图3 显微硬度测试点位置及结果

由于焊接冶金的特点，焊缝点成分的分布具有不均匀性，因此采用线扫描对焊接接头进行总体成分分布分析，以检验成分分布的均匀性。线扫描结果如图2所示。从图2线扫描结果可见，焊缝和熔合区中的Ni，Cr含量要高于母材的，Fe的含量要低于母材的，这也说明了焊缝从成分上保证了耐腐蚀性能。覆层焊缝与母材之间没有发生明显的元素扩散，成分迁移很小，有利于保证焊接接头与母材的耐腐蚀性能保持一致。

2014年，青海水利工作将深入贯彻党的十八大、十八届三中全会和青海省十二次党代会精神，紧紧围绕加快水利改革发展主线和提高服务保障能力主题，努力实现全省水利发展“投资规模有增长、发展速度有提升、管理水平有提高、体制机制有活力、行业建设有形象”五大目标，为建设新青海、创造新生活提供水利保障。

5 结论

（1）采用背部充氩的钨极氩弧焊进行根焊、气体保护焊进行填充盖面的焊接工艺，焊缝成分和金相组织能保证复合管使用过程中的力学性能要求。

（2）过渡层是合金成分最为复杂的焊层。如果焊接工艺参数选择不当，容易造成熔敷金属合金浓度梯度过大，从而影响接头的性能。

三分天下二分田，枉被西南雨露天。接野菅荆失官陌，透蓬桑枣识民阡。去程削断行人迹，惊觑频过猛兽边。弹压官军早屯宿，晚炊崖竹汲河堧。(后集卷二二桑门)

参考文献：

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［4］孙育禄，白真权，张国超，等.油气田防腐用双金属复合管研究现状［J］.全面腐蚀控制， 2011， 25（5）： 10－12.

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