碳鋼/鎳基復(fù)合管生產(chǎn)工藝及焊接方法比較
碳鋼/鎳基復(fù)合管是以普通碳鋼作為基層，鎳基合金作為襯層的復(fù)合管。雖然這兩種材料的化學(xué)、物理、力學(xué)性能差異較大，但是采用先進(jìn)的相關(guān)技術(shù)可實現(xiàn)兩者冶金熔合，從而制備出使用性能更好的高性能復(fù)合管。
高鎳耐蝕合金既具有良好的耐蝕性，又具有強(qiáng)度高，塑、韌性好，冷、熱變形優(yōu)的特點，因而可廣泛用于石油、化工、濕法冶金、原子能、海洋開發(fā)和航空工業(yè)。隨著工業(yè)技術(shù)的迅猛發(fā)展，尤其是在輸送腐蝕性介質(zhì)方面，可以替代多種純耐蝕合金產(chǎn)品，在很大范圍內(nèi)降低成本。除此之外，隨著油田現(xiàn)場施工條件的復(fù)雜和惡劣程度不斷增加，要求所使用的管體和管體對接焊縫必須適應(yīng)酸性腐蝕、電化學(xué)腐蝕等錯綜復(fù)雜的腐蝕環(huán)境。因此，越來越多的碳鋼/鎳基復(fù)合管可以在油氣開采中使用，但其小徑復(fù)合管焊縫的超聲波檢測技術(shù)仍然存在很多難點。鑒于此種情況，研究碳鋼/鎳基復(fù)合管的生產(chǎn)工藝及小徑復(fù)合管對接焊縫超聲波檢測技術(shù)非常有必要。
碳鋼/鎳基復(fù)合管的主要生產(chǎn)工藝流程分為4步：首先，碳鋼和鎳基合金的冶煉；其次，離心澆注；第三，熱擠壓；最后，冷軋。由于碳鋼/鎳基復(fù)合管碳鋼基層和鎳基合金襯層的作用不同，其相關(guān)技術(shù)要求差異比較大，理化性能差別大，給熱擠壓成形帶來了很大困難，所以對熱擠壓溫度和速度的控制顯得尤為重要。熱擠壓工藝的控制要點為：熱擠壓溫度應(yīng)控制在1150℃左右，擠壓速度盡量平穩(wěn)增加，而且不宜過快。
碳鋼/鎳基合金復(fù)合管的特點及焊接時容易產(chǎn)生的缺陷見表1，碳鋼/鎳基復(fù)合管常用焊接方法的優(yōu)缺點見表2。
表1 碳鋼/鎳基合金復(fù)合管的特點及焊接時容易產(chǎn)生的缺陷
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焊接方法 |
優(yōu)點 |
缺點 |
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焊條電弧焊 |
1）設(shè)備簡單； 2）操作靈活方便； 3）能進(jìn)行全位置焊接，適合焊接多種材料。 |
1)不適于焊接薄工件； 2)生產(chǎn)效率低，勞動強(qiáng)度大； 3)對焊工技能依賴程度大。 |
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鎢極氬弧焊 |
1）焊縫成形較美觀、質(zhì)量好； 2）焊縫熱影響區(qū)窄，焊件變形小； 3）鎢極電弧穩(wěn)定，可全位置焊接。 |
1）受周圍氣流影響較大； 2）熔敷速度小、熔深淺、生產(chǎn)效率低； 3）成本較高。 |
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熔化極惰性 氣體保護(hù)焊 |
1）具有鎢極氬弧焊的優(yōu)點； 2）焊接速度較快，熔敷效率較高。 |
1）焊槍較大，焊接纜線比較僵硬、不靈活； 2）受周圍氣流影響較大； 3）設(shè)備更復(fù)雜、成本較高。 |
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埋弧自動焊 |
1）生產(chǎn)效率高，易于自動化生產(chǎn)； 2）對操作者操作技能依賴程度較小； 3）焊縫成形美觀、質(zhì)量好、性能穩(wěn)定； 4）節(jié)省材料和電能。 |
1）不適合施工現(xiàn)場焊接； 2）不適于焊接短焊縫、薄工件； 3）設(shè)備復(fù)雜、成本高。 |
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焊接特點 |
焊接時容易產(chǎn)生的缺陷 |
防治措施 |
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雙層金屬差異 |
1）基層和襯層金屬的熱導(dǎo)率不同， 容易產(chǎn)生焊瘤缺陷； 2）基層和襯層金屬的熱膨脹系數(shù)差別大，容易產(chǎn)生熱裂紋缺陷。 |
1）選用小鈍邊和大角度的坡口形式，先焊接襯層金屬，再焊接基層金屬； 2）用較小的熱輸入焊接。 |
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雙層金屬焊接 |
1）焊縫容易產(chǎn)生結(jié)晶裂紋； 2）熔合區(qū)容易產(chǎn)生脆化。 |
1）嚴(yán)格控制藥皮和焊劑中的有害元素； 2）焊前清理。 |
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鎳基合金焊接 |
1）焊接易產(chǎn)生氣孔、熱裂紋缺陷； 2）熔池較淺和流動性差，易產(chǎn)生焊 縫成形缺陷等。 |
1）嚴(yán)格控制藥皮和焊劑中的有害元素； 2）采用與襯層鎳基合金材質(zhì)相同或者相近的焊絲進(jìn)行焊接； 3）用較小的電流焊接襯層金屬。 |