X70_316L双金属复合海管全自动TIPTIG焊接工艺

（2）焊接工艺参数。 采用 5G 位置进行焊接，具体焊接参数如表
3 所示。
表 3 TT 全自动焊接工艺参数
图 1 坡口形式
焊接 位置 根焊 热焊 填充 盖面
电流 I/A 175～190 230～240 230～295 230～240
电压 U/V 12 12 12 12
送丝速度 v/mm·s-1
38 33～38 48～63
合金）。
图 7 拉伸后试样
2.4 晶间腐蚀
根据 G28 标准对晶间腐蚀后的试样进行清理 和称重，并计算腐蚀速率，结果如表 6 所示。最大腐 蚀速率为 0.273 g/(m2·h)，小于要求的 0.9 g/(m2·h)， 满足施工要求。晶间腐蚀后试样如图 8 所示。
图 6 弯曲后试样
3 结论
（1）双金属复合管焊接后，焊缝中主要元素的 化学成分均在标准规定的范围之内，达到施工要求。
表 1 复合管主要合金元素成分
%
材料
w（C）
w（Mn）
w（Si）
w（P）
w（S）
ห้องสมุดไป่ตู้
w（Cr）
w（Ni）
w（Mo）
X70
0.090
1.210
0.35
0.010 0
0.000 9
0.250
0.140
0.120
316L
0.014
1.160
0.174
0.038 0
0.001 0
16.560
10.160
2.030
2.2 显微硬度
分别对焊接接头的外层、中层和内层（衬层中 心）三个位置进行了硬度测试，结果如图 5 所示。由 图 5 可知，内衬层硬度高于中层和外层，这与堆焊 材料的性能有关，625 镍基合金的硬度高于 X70 钢；从焊缝中心到母材这段距离，不同位置的硬度 值时高时低，呈波浪式变化。熔合线处一边是温度 较低的母材，一边是温度较高的熔池金属，存在较 大的温度梯度和过冷度，使得该处组织比焊缝其他 位置组织细小、致密，细晶强化作用明显，表现出较 高的硬度。而且熔合线偏母材一侧，母材金属处于过 热状态，奥氏体晶粒发生严重的长大，冷却后容易 生成硬脆组织，所以其硬度值升高。但整体看来，各 位置的硬度均低于标准中规定的 325 HV，满足施工 要求。
冲洗后，再在丙酮中清洗并干燥、称重。最后计算试
样的失重腐蚀速率。计算式为
腐蚀速率=
K·Δm A·t·ρ
式中 K 为常熟；T 为暴露时间；A 为暴露面积（单
位：cm）2 ；Δm 为失重（单位：g）；ρ 为密度（单位：g/cm3）。
2 试验结果及分析
2.1 化学成分分析
焊缝的化学成分如表 4 所示，所有元素均在规 定范围之内，满足标准要求。
接受值 0.100 0.500 5.000 0.020 0.015 0.050 58.000 20.000 23.000 8.000 10.000 3.150 4.150
测试值 0.030 0.100 0.330 <0.010 <0.010 <0.200 58.300 20.600 20.600 8.700 8.700 3.200 3.200 合格
晶间腐蚀试验按照 G28 标准的方法 A 进行。 试样加工尺寸为 25 mm×25 mm×3 mm，试验溶液为
图 4 拉伸试样形状和尺寸
硫酸-硫酸铁，其中硫酸铁含量为 75%。首先测量试
样尺寸，计算总表面积，之后用流水冲洗干净，干燥
后称重并记录。将试样放入沸腾的硫酸-硫酸铁溶液
中浸泡 120 h。试验结束后取出试样，在流水中充分
YANG Fan，CAO Jun，YANG Xiaofei，WANG Wei，GAO Ming （Offshore Oil Engineering Corp.，Tianjin 300451，China）
Abstract：The double metal composite pipe is a new type of pipeline which has good mechanical properties and corrosion resistance,
是管道的焊接问题，如何保质保量的完成海管焊 接，是双金属复合管能否广泛应用的前提。同时，研 究复合管管道的高质量、高效焊接技术也是我国未 来海洋石油工程的发展方向之一。2011 年我国首 条双金属复合管海底管道铺设，当时采用的是 TIP TIG 半自动焊接方法（以下简称 TT 焊），此方法焊 接质量较高，但效率偏低。为了提高施工效率、节省 施工成本和降低劳动强度，TT 全自动焊接设备和 工艺的开发就显得尤为重要，既具有重要的理论意 义，又极具工程价值。
堆焊层 625
0.015
0.044
0.083
0.000 3
0.000 5
22.450
63.100
8.270
牌号 ARCOS 625
w（C） 0.010
w（Mn） 0.035
w（Si） 0.072
表 2 焊丝化学成分
w（P） 0.002
w（S） 0.001
w（Cr） 22.200
w（Ni） 64.700
w（Mo） 8.600
% w（Fe） 0.320
1.2 试验方法
1.2.1 焊接工艺 （1）坡口形式。 由于采用全自动焊接，对管端坡口加工精度要
求很高，在加工坡口之前，将管端 100 mm 长度内衬 的 316L 不锈钢用机加工的方式去掉，重新堆焊 625镍基合金，堆焊结束后用镗床将管内部镗平， 要求堆焊层与不锈钢层厚度一致。坡口形式如图 1 所示。
专题讨论
杨 帆等：X70/316L 双金属复合海管全自动 TIP TIG 焊接工艺
第 11 期
1 试验
1.1 试验材料及设备
试验母材采用西安向阳复合管厂生产的双 金属复合管，基管为 X70 钢，衬管为 316L 不锈钢，
管壁厚度 15.9 mm+3 mm，直径 235 mm；试验采 用 美国 ARCOS 625 焊 丝 ；焊 机 为 产 自 澳 地 利 的 全 自动 TT 焊机。母材及焊丝成分如表 1、表 2 所 示。
对浸蚀过的测试材料加 10 g 载荷测试其显微 硬度。根据标准要求，分别对焊接接头的外层、中层 和内层（衬层中心）三个位置进行硬度测试。测试方 向由母材一侧向焊缝中心，分别测试根焊区和填充 区硬度，测试值为材料的维氏硬度（HV）。硬度测试 位置如图 2 所示。
图 2 硬度测试位置示意
1.2.4 弯曲与拉伸测试 根据 DNV F101 标准的要求进行弯曲试验，弯
属管道的单一性和局限性，越来越广泛的应用于石油、天然气、化工等行业的液、气介质的输送。 针对
中海油某油田铺设的 X70/316L 双金属复合海管进行了全自动 TIP TIG 焊接工艺开发。结果表明，开发
的焊接工艺效率较高，焊接接头的力学性能和耐晶间腐蚀性能良好，达到使用要求。
关键词：双金属复合管；焊接；力学性能；晶间腐蚀
收 稿 日 期 ：2014－04－17；修 回 日 期 ：2014－06－19 作 者 简 介：杨 帆（1982—），男，辽宁朝阳人，工程师，硕士，
主要从事焊接技术与管理方面的工作。
·36· Electric Welding Machine
气介质的输送[1-3]。 要实现双金属复合管的应用，首先要解决的就
fundamentally changed the single and the limitation of traditional metal pipe, is more and more widely used in petroleum, natural gas, chemical industry, gas liquid medium conveying. According to a CNOOC oilfield, X70/316L double metal composite pipeline of automatic TIP TIG welding process development. Seen from the results: the welding process has a high efficiency, the mechanical properties of the welding joints and intergranular corrosion resistance performance is good to meet the use requirements.
（2）焊接接头的硬度均小于 325 HV，满足DNV F101 中的要求。
（3）接头的拉伸试验均在母材处发生断裂，说 明焊接接头的抗拉强度高于母材；弯曲试验中，接
第 44 卷 第 11 期 2014 年 11 月
Electric Welding Machine
Vol．44 No．11 Nov. 2014
杨 帆，曹 军，杨晓飞，王 伟，高 明
（海洋石油工程股份有限公司，天津 300451）
摘要：双 金 属 复 合 管 作 为 一 种 兼 具 良 好 的 机 械 性 能 和 耐 腐 蚀 性 能 的 新 型 管 道 ，从 根 本 上 改 变 了 传 统 金
抗拉强度，满足高强匹配的要求，因此，本次试验的
焊接工艺是合理的。
表 5 焊接接头弯曲、拉伸试验结果
屈服强度 抗拉强度 断裂
弯曲试验
σs/MPa
σb/MPa
位置 D=90 mm，α=180°
533
796
母材
侧弯，4 件，合格
517
790
母材
注：焊缝为 X70+625 镍基合金（拉伸时去掉了衬层 625 镍基
Key words：double metal composite pipe；welding；mechanical properties；intergranular corrosion