碳鋼/鎳基復合管生產工藝及焊接方法比較
碳鋼/鎳基復合管是以普通碳鋼作為基層，鎳基合金作為襯層的復合管。雖然這兩種材料的化學、物理、力學性能差異較大，但是采用先進的相關技術可實現兩者冶金熔合，從而制備出使用性能更好的高性能復合管。
高鎳耐蝕合金既具有良好的耐蝕性，又具有強度高，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)技術的迅猛發(fā)展，尤其是在輸送腐蝕性介質方面，可以替代多種純耐蝕合金產品，在很大范圍內降低成本。除此之外，隨著油田現場施工條件的復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酸性腐蝕、電化學腐蝕等錯綜復雜的腐蝕環(huán)境。因此，越來越多的碳鋼/鎳基復合管可以在油氣開采中使用，但其小徑復合管焊縫的超聲波檢測技術仍然存在很多難點。鑒于此種情況，研究碳鋼/鎳基復合管的生產工藝及小徑復合管對接焊縫超聲波檢測技術非常有必要。
碳鋼/鎳基復合管的主要生產工藝流程分為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/鎳基復合管碳鋼基層和鎳基合金襯層的作用不同，其相關技術要求差異比較大，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/鎳基合金復合管的特點及焊接時容易產生的缺陷見表1，碳鋼/鎳基復合管常用焊接方法的優(yōu)缺點見表2。
表1 碳鋼/鎳基合金復合管的特點及焊接時容易產生的缺陷
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焊接方法 |
優(yōu)點 |
缺點 |
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焊條電弧焊 |
1）設備簡單； 2）操作靈活方便； 3）能進行全位置焊接，適合焊接多種材料。 |
1)不適于焊接薄工件； 2)生產效率低，勞動強度大； 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、生產效率低； 3）成本較高。 |
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熔化極惰性 氣體保護焊 |
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）設備更復雜、成本較高。 |
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埋弧自動焊 |
1）生產效率高，易于自動化生產； 2）對操作者操作技能依賴程度較小； 3）焊縫成形美觀、質量好、性能穩(wěn)定； 4）節(jié)省材料和電能。 |
1）不適合施工現場焊接； 2）不適于焊接短焊縫、薄工件； 3）設備復雜、成本高。 |
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焊接特點 |
焊接時容易產生的缺陷 |
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率不同， 容易產生焊瘤缺陷； 2）基層和襯層金屬的熱膨脹系數差別大，容易產生熱裂紋缺陷。 |
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）焊縫容易產生結晶裂紋； 2）熔合區(qū)容易產生脆化。 |
1）嚴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）焊接易產生氣孔、熱裂紋缺陷； 2）熔池較淺和流動性差，易產生焊 縫成形缺陷等。 |
1）嚴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相同或者相近的焊絲進行焊接； 3）用較小的電流焊接襯層金屬。 |