CN108788386A - 一种石油天然气输送用双金属复合管的焊接方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种石油天然气输送用双金属复合管的焊接方法。所述双金属复合管具有特定的化学成分，所述焊接方法包括：将复合管的第一焊接端面划分为外侧的第一厚度层和内侧的第二厚度层，将第二焊接端面划分为外侧的第三厚度层和内侧的第四厚度层，并将第一厚度层和第三厚度层分别由外至内加工成向内倾斜的斜面，两斜面沿垂直方向对称设置，第一厚度层和第三厚度层的厚度大于碳钢层的厚度；对焊接端进行清洗；将清洗后的焊接端组对，组对后第二厚度层与第四厚度层无间隙对接；进行防氧化处理，控制焊丝化学成分，完成焊接。本发明的焊接方法能够对强度高、塑性好、抗应力腐蚀和酸腐蚀强的复合管进行快速、高效的焊接，工艺简单，操作简便。

Description

一种石油天然气输送用双金属复合管的焊接方法

技术领域

本发明属于管道焊接技术领域，更具体地讲，涉及一种石油天然气输送用双金属复合管的焊接方法，尤其适用于天然气内部集输管道焊接。

背景技术

近几年，国内外常规气藏开采逐渐饱和，为满足市场需求，天然气开采逐渐向高温、高酸性等非常规气田迈进。土库曼斯坦南约洛坦气田属于高温、高压、高产、高含硫化氢、高含二氧化碳、高含氯根离子于一体的“六高”气田。管材容易受到硫化物应力开裂、应力腐蚀开裂、氢致开裂等多种机理开裂的腐蚀。鉴于操作压力高、介质腐蚀性苛刻等的工况条件，急需一种强度高、塑性好，能抗应力腐蚀、酸腐蚀，尤其是能适用于高浓度的氯化物介质的管道。

当管道性能达到要求后，对于管道施工将变得尤为重要，而焊接成为了制约管道施工最重要因素。普通的焊接方法存在焊接效率低，一般适合于小口径管道的根部焊接等缺点，已经制约了管道施工效率。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明的目的之一在于解决上述现有技术中存在的一个或多个问题。例如，本发明的目的之一在于提供一种能够对强度高、塑性好、抗应力腐蚀和酸腐蚀性能好的双金属复合管的焊接方法。

为了实现上述目的，本发明的提供了一种石油天然气输送用双金属复合管的焊接方法。所述双金属复合管是由作为基层的碳钢层和作为覆层的内衬层构成，所述内衬层化学成分包括，按质量百分比计，碳≤0.05％，镍38.0％～46.0％，铬19.5％～23.5％，钼2.5％～3.5％，锰≤1.0％，硅≤0.5％，铜1.5％～3.0％，钛0.6％～1.2％，铝≤0.2％，硫≤0.03％。所述焊接方法可以包括以下步骤：将双金属复合管的第一焊接端面划分为外侧的第一厚度层和内侧的第二厚度层，并将第一厚度层由外至内加工成向内倾斜的斜面，将双金属复合管的第二焊接端面划分为外侧的第三厚度层和内侧的第四厚度层，并将所述第三厚度层由外至内加工成向内倾斜的斜面，所述第一厚度层加工的斜面与所述第三厚度层加工的斜面沿垂直方向对称设置，所述第一厚度层和第三厚度层的厚度不小于所述碳钢层的厚度；对第一焊接端面与第二焊接端面进行清洗；将清洗后的第一焊接端面与第二焊接端面组对，组对后所述第二厚度层与所述第四厚度层无间隙对接；进行焊接氧化处理，控制焊丝化学成分，完成对双金属复合管的根焊、填充焊和盖面焊。

在本发明的石油天然气输送用双金属复合管的焊接方法的一个示例性实施例中，所述内衬层组分中，按质量分数计，镍、铬和钼总的质量分数为60％～73％。

在本发明的石油天然气输送用双金属复合管的焊接方法的一个示例性实施例中，所述第一厚度层和第三厚度层由外至内加工成向内倾斜的斜面与垂直方向的夹角为6°～20°。优选的，所述夹角可以为15°～20°。

在本发明的石油天然气输送用双金属复合管的焊接方法的一个示例性实施例中，所述两焊接端组对后，所述第三厚度层与第四厚度层之间的间隙不大于0.1mm，所述两焊接端的接口之间的错边量小于0.5mm。

在本发明的石油天然气输送用双金属复合管的焊接方法的一个示例性实施例中，所述进行焊接防氧化处理时，双金属复合管内部的气体氧含量不大于150ppm。

在本发明的石油天然气输送用双金属复合管的焊接方法的一个示例性实施例中，所述对双金属复合管的根焊、填充焊和盖面焊利用热丝TIG全自动焊接方法。

在本发明的石油天然气输送用双金属复合管的焊接方法的一个示例性实施例中，按质量分数计，所述焊丝中镍含量可以为58％～62％。

在本发明的石油天然气输送用双金属复合管的焊接方法的一个示例性实施例中，所述焊丝按质量百分数计可以由以下组分组成：镍59％～61％，铬20.5％～22.5％，钼8.8％～9.8％，铌3.2％～4.0％，锰≤0.29％，其余是铁以及不和避免的杂质。

在本发明的石油天然气输送用双金属复合管的焊接方法的一个示例性实施例中，所述焊接方法可以适用于管道直径大于219mm的双金属复合管焊接。

在本发明的石油天然气输送用双金属复合管的焊接方法的一个示例性实施例中，所述焊接方法还可以包括在完成对双金属复合管的根焊、填充焊和盖面焊后，对焊缝进行外观检查以及无损探伤，所述无损探伤采用射线和超声波探伤方法。

与现有技术相比，本发明的有益效果包括：

(1)本发明的焊接方法结合对双金属复合管化学成分的控制，能够对强度高、塑性好、抗应力腐蚀和酸腐蚀性能强的双金属复合管进行快速、高效的焊接，工艺简单，操作简便。

(2)本发明的焊丝含镍量为58％～62％，通过对焊丝成分的控制，能够很好的保证焊接接头具有良好的耐腐蚀性能。

(3)本发明的方法通对两焊接端的端面进行加工，可以有效的减少熔合缺陷，提高焊接质量。同时减少了根焊层因受到碳钢层稀释而耐蚀性降低的风险。端面设置6°-20°的倾斜角度，既保证了焊接接头具有良好的熔合性，同时又减少了焊丝的填充量，节省工程成本并提高焊接施工效率。

附图说明

通过下面结合附图进行的描述，本发明的上述和其他目的和特点将会变得更加清楚，其中：

图1示出了本发明一个示例性实施例的石油天然气输送用双金属复合管焊接方法的流程示意图。

具体实施方式

在下文中，将结合附图和示例性实施例详细地描述根据本发明的石油天然气输送用双金属复合管的焊接方法。

具体来讲，对于高温、高压、高产、高含硫化氢、高含二氧化碳、高含氯根离子于一体的“六高”油气田，输送管材极易受到硫化物应力开裂、应力腐蚀开裂、氢致开裂等多种机理开裂的腐蚀。经过发明人的研究发现，通过控制双金属复合管的内衬层的化学成分，再结合本发明的焊接端面设计、焊丝成分控制以及焊接的工艺参数等，可以对本发明的双金属复合管进行高质量、高效率的焊接，焊接后的管道可以实现对“六高”石油天然气的安全、有效运输。

图1示出了本发明一个示例性实施例的石油天然气输送用双金属复合管焊接方法的流程示意图。

本发明提供了一种石油天然气输送用双金属复合管的焊接方法。在本发明的石油天然气输送用双金属复合管的焊接方法的一个示例性实施例中，所述焊接的双金属复合管是指由作为基层的碳钢层和作为覆层的内衬层构成的双金属复合管。所述内衬层按质量百分比可以由以下组分组成：碳≤0.05％，镍38.0％～46.0％，铬19.5％～23.5％，钼2.5％～3.5％，锰≤1.0％，硅≤0.5％，铜1.5％～3.0％，钛0.6％～1.2％，铝≤0.2％，硫≤0.03％，其余是铁以及不可避免的杂质。优选的，按质量百分比计，所述内衬层组分可以为碳0.01％～0.03％，镍42％～46％，铬21％～23.5％，钼3.0％～3.5％，锰0.5％～0.8％，铜1.5％～2.5％，钛0.8％～1.0％，铝0.05％～0.10％，其余是铁以及不可避免的杂质。在所述内存层组分中，所述内衬层组分中，按质量分数计，镍、铬和钼总的质量分数为60％～73％，能够使双金属复合管具有更好的耐腐蚀性。通过发明人的研究发现，通过控制上述双金属复合管的成分能够使双金属复合管具有优良的抗应力腐蚀、酸腐蚀性能，尤其是能适用于含有高浓度氯化物介质和硫化氢介质的油气输送。

所述双金属复合管中，碳钢层可以为按质量百分比计，碳≤0.16％，硅≤0.40％，锰≤1.65％，硫≤0.003％，磷≤0.020％，钒≤0.07％，铌≤0.05％，铊≤0.04％，碳当量CEIIW≤0.39。所述基层和所述碳钢层可以使用机械旋压法进行复合。当然，本发明的复合方式不限于此，其他复合方法均可。

针对上述双金属复合管的焊接，如图1所示，所述焊接方法可以包括以下步骤：

S01，加工焊接端面。

将双金属复合管的第一焊接端面按照垂直方向的厚度划分为第一厚度层和第二厚度层。所述第一厚度层的厚度与第二厚度层的厚度在垂直方向上构成了第一焊接端面的整个厚度。所述第一厚度层位于所述第二厚度层的外侧。所述第一厚度层的厚度大于所述双金属复合管基层(碳钢层)厚度。并且，对第一厚度层进行加工，将第一厚度层由外至内加工成向内倾斜的斜面。将双金属复合管的第二焊接端面按照垂直方向的厚度划分为第三厚度层和第四厚度层。所述第三厚度层的厚度与第四厚度层的厚度在垂直方向上构成了第二焊接端面的整个厚度。所述第三厚度层位于所述第四厚度层的外侧。所述第三厚度层的厚度不小于所述双金属复合管基层的碳钢层厚度。并且，将第三厚度层由外至内加工成向内倾斜的斜面。

所述第一厚度层加工而成的斜面与所述第三厚度层加工成的倾斜面沿垂直(管径)方向为对称轴对称设置。即所述两对称倾斜面在管径方向上高度相等，与垂直方向的夹角相同。采用上述形式对焊接两端的端面进行加工，可以有效减少未熔合缺陷，能够提高焊接质量，同时减少了根焊层因受到碳钢层稀释而耐蚀性降低的风险。

在本示例中，所述第一厚度层加工而成的斜面与垂直方向的夹角可以为6°-20°，优选的，可以为15°-20°。所述第三厚度层加工成的倾斜面斜面与垂直方向的夹角可以为6°-20°，优选的，可以为15°-20°。所述第一厚度层加工而成的斜面和所述第三厚度层加工成的倾斜面斜面与垂直方向的夹角相等。设置上述夹角既保证了焊接接头具有良好的熔合性，同时又减少了焊丝的填充量，节省工程成本并提高焊接施工效率。

在本示例中，所述第二厚度层和所述第四厚度层的厚度不大于所述内衬层的厚度。

S02，对加工后的焊接端面进行清洗。

焊接前需要将焊接端两侧20mm～30mm范围内打磨干净。例如，可以在焊接端两侧25mm的范围内进行打磨。打磨后需要使打磨区域光滑，并露出金属光泽，最后用丙酮或者无水乙醇进行擦拭。

S03，管道组对。

将清洗后的第一焊接端面与第二焊接端面组对。组对完成后，所述第二厚度层与所述第四厚度层两端面的对接的接触间隙不大于0.1mm。例如，优选的，所述接触间隙为0.05mm，更优选的，所述接触间隙为0mm。所述两焊接端面的错边量需要小于0.5mm，优选的，小于0.3mm。例如，可以为0.1mm以下，可以使用装入带内充氩保护功能的内对口器进行组对。将带内充氩保护功能的内对口器放入管道内，检查对口管道连接和对口是否准确，保证管道的同轴度。然后开启内对口器，涨紧内对口器撑爪，完成组对。

S04，对焊接处进行防氧化处理。

对焊缝的正面以及背面进行防氧化保护处理。例如，为避免覆层背面受到氧化，应在覆层背面进行充氩气保护，在管道内充氩气而置换空气。同样的，对焊缝的正面同样可以使用惰性气体进行保护。

对于焊缝的背面保护需要进行氧含量测定。可以采用氧含量测定仪进行内部含氧量测定，要求内部气体氧含量不大于150ppm。

S05，对两焊接端进行焊接。

在本示例中，完成焊接端的防氧化处理后，需要针对上述特定成分的双金属复合管的焊接严格控制焊丝成分，从而保证焊接的接头具有良好的耐腐蚀性能。因此，按质量百分数计，焊丝可以由以下组分组成：镍59％～61％，铬20.5％～22.5％，钼8.8％～9.8％，铌3.2％～4.0％，锰≤0.29％，其余是铁以及不可避免的杂质。

镍59％～61％，铬20.5％～22.5％，钼8.8％～9.8％，铌3.2％～4.0％，锰不大于0.29％，其余是铁以及不和避免的杂质。

优选的，按质量百分数计，焊丝可以由以下组分组成：镍59.5％～60.5％，铬21％～22％，钼9.0％～9.5％，铌3.4％～3.8％，锰不大于0.25％，其余是铁以及不和避免的杂质。所述铁的含量不大于2.9％。所述杂质中，磷的含量小于0.005％，硫的含量小于0.005％，硅的含量小于0.30％，铜的含量不大于0.02％，钛的含量小于0.02％，铝的含量小于0.09％。为了保证焊接接头的质量以及良好的耐腐蚀性能，需要对焊丝的化学成分进行严格的控制。

在本示例中，可以使用热丝TIG全自动焊接方法对本发明的双金属复合管进行焊接。首先，将组对好的待焊接管道装入焊接轨道，焊接轨道是装卡在管道上供焊接小车行走和定位的专用机构，其结构直接影响到焊接小车行走的平稳度和位置度，也就影响到焊接质量。焊接小车是实现自动焊接过程的驱动机构，它安装在焊接轨道上，带着焊枪沿管壁作圆周运动，是实现管口自动焊接的重要环节之一。然后，将热丝TIG焊机将线接好，接上电源，并打开焊机和控制器。设置热丝电流大小及焊接参数，焊接电源只需设置热丝电流大小，其它所有参数均在遥控器上设置。最后，将工艺参数及枪头调好后，即可开始进行焊接，在焊接过程中，通过遥控器，对焊接参数进行微调，以保证焊接质量。待根焊、填充焊以及盖面焊完成后，停止焊接，关闭焊接电源，取下焊接轨道。

将上述焊丝置于管道焊接处，完成对双金属复合管的根焊、填充焊和盖面焊。本发明的根焊、填充焊和盖面焊可以使用成分相同的本发明的焊丝。例如，利用热丝TIG焊接方法，所述填充焊的工艺参数可以为如表1所示。

表1

如表1所述，本发明的双金属复合管可以1层根焊、4层填充焊和2层盖面焊。表中的焊道2-1、3-1等表示的每层焊缝的焊接道数。例如，表中的填充2-1表示的是进行的是填充焊，第2层焊缝的第1焊道，即2表示焊接层数，1表示的是焊接的道数。例如，盖面5-2表示的是第4层焊缝的第2道。

结合本发明的双金属复合管以及焊丝，用热丝TIG全自动焊，保留了电弧稳定、焊缝性能优良、无飞溅等TIG焊的优点。能够完全独立控制电弧和热丝，熔敷效率可控。使用热丝，可使熔敷速度增加50％～100％，稀释率低，可获得质量优良的焊接接头。

步骤S06，焊后检测。

在完成对双金属复合管的根焊、填充焊和盖面焊后，对焊缝进行外观检查以及无损探伤，所述无损探伤采用射线和超声波探伤方法。

在本示例中，本发明的焊接方法适用于管道直径大于219mm的双金属复合管焊接，尤其适用于管道直径大于500mm的双金属复合管的焊接。

综上所述，本发明的焊接方法结合对双金属复合管化学成分的控制，能够对强度高、塑性好、抗应力腐蚀和酸腐蚀性能强的双金属复合管进行快速、高效的焊接，工艺简单，操作简便。通过对焊丝成分的控制，能够很好的保证焊接接头具有良好的耐腐蚀性能。通对两焊接端的端面进行加工，可以有效的减少熔合缺陷，提高焊接质量。同时减少了根焊层因受到碳钢层稀释而耐蚀性降低的风险。端面设置6°-20°的倾斜角度，既保证了焊接接头具有良好的熔合性，同时又减少了焊丝的填充量，节省工程成本并提高焊接施工效率。

尽管上面已经通过结合示例性实施例描述了本发明，但是本领域技术人员应该清楚，在不脱离权利要求所限定的精神和范围的情况下，可对本发明的示例性实施例进行各种修改和改变。

Claims (10)

1.一种石油天然气输送用双金属复合管的焊接方法，其特征在于，所述双金属复合管是由作为基层的碳钢层和作为覆层的内衬层构成，所述内衬层化学成分包括，按质量百分比计，碳≤0.05％，镍38.0％～46.0％，铬19.5％～23.5％，钼2.5％～3.5％，锰≤1.0％，硅≤0.5％，铜1.5％～3.0％，钛0.6％～1.2％，铝≤0.2％，硫≤0.03％，所述焊接方法包括以下步骤：

将双金属复合管的第一焊接端面划分为外侧的第一厚度层和内侧的第二厚度层，并将第一厚度层由外至内加工成向内倾斜的斜面，将双金属复合管的第二焊接端面划分为外侧的第三厚度层和内侧的第四厚度层，并将所述第三厚度层由外至内加工成向内倾斜的斜面，所述第一厚度层加工的斜面与所述第三厚度层加工的斜面沿管径方向对称设置，所述第一厚度层和所述第三厚度层的厚度不小于所述碳钢层的厚度；

对第一焊接端与第二焊接端进行清洗；

将清洗后的第一焊接端与第二焊接端组对，组对后所述第二厚度层与所述第四厚度层无间隙对接；

进行焊接防氧化处理，控制焊丝化学成分，完成对双金属复合管的根焊、填充焊和盖面焊。

2.根据权利要求1所述的石油天然气输送用双金属复合管的焊接方法，其特征在于，所述内衬层组分中，按质量分数计，镍、铬和钼总的质量分数为60％～73％。

3.根据权利要求1所述的石油天然气输送用双金属复合管的焊接方法，其特征在于，所述第一厚度层和第三厚度层由外至内加工成向内倾斜的斜面与管径方向的夹角为6°～20°。

4.根据权利要求1所述的石油天然气输送用双金属复合管的焊接方法，其特征在于，所述两焊接端组对后，所述第三厚度层与第四厚度层之间的间隙不大于0.1mm，所述两焊接端的接口之间的错边量小于0.5mm。

5.根据权利要求1所述的石油天然气输送用双金属复合管的焊接方法，其特征在于，所述进行焊接防氧化处理时，双金属复合管内部的气体氧含量不大于150ppm。

6.根据权利要求1所述的石油天然气输送用双金属复合管的焊接方法，其特征在于，所述对双金属复合管的根焊、填充焊和盖面焊利用热丝TIG全自动焊接方法进行焊接。

7.根据权利要求1所述的石油天然气输送用双金属复合管的焊接方法，其特征在于，按质量分数计，所述焊丝中镍含量为58％～62％。

8.根据权利要求1或7所述的石油天然气输送用双金属复合管的焊接方法，其特征在于，所述焊丝按质量百分比计由以下组分组成：镍59％～61％，铬20.5％～22.5％，钼8.8％～9.8％，铌3.2％～4.0％，锰≤0.29％，其余是铁以及不可避免的杂质。

9.根据权利要求1所述的石油天然气输送用双金属复合管的焊接方法，其特征在于，所述焊接方法适用于管道直径219mm以上的双金属复合管焊接。

10.根据权利要求1所述的石油天然气输送用双金属复合管的焊接方法，其特征在于，所述焊接方法还包括在完成对双金属复合管的根焊、填充焊和盖面焊后，对焊缝进行外观检查以及无损探伤，所述无损探伤采用射线和超声波探伤方法。