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1、 钢质钢质管道管道 焊口内焊口内堆焊堆焊防腐防腐技术技术 胜利油田金岛工程安装有限责任公司胜利油田金岛工程安装有限责任公司 20152015 年年 | 1 钢质管道焊口内堆焊防腐技术简介 钢质钢质管道焊口内堆焊防腐技术管道焊口内堆焊防腐技术简介简介 Steel pipe Inner weld surfacing anticorrosion technology introduction 一一 概概 述述 1.1 术语术语 钢质管道焊口内堆焊防腐技术是指：在钢管管端内壁预先堆焊一定宽度和 厚度的耐蚀合金，然后再对钢管内、外壁进行防腐处理，在管道组对焊接后无 需对焊口内壁进行防腐补口处理的技术。
2、Steel pipe Inner weld surfacing anticorrosion technology means: Surfacing corrosion resistant alloys with a certain width and thickness on the the inner wall of steel tube end in advance of inner wall corrosion of the tube, then the inner and outer wall of the steel tube, anti-corrosion treatment, a
3、fter welding the pipeline group dont need to anti-corrosion the inner wall of weld . 1.2 技术要点技术要点 钢质管道焊缝腐蚀是影响管道使用寿命的关键，由于焊接热输入的影响， 焊缝及焊缝附近热影响区的金相组织发生了改变，使焊缝腐蚀速率数倍于钢管 母材，焊缝腐蚀如（图 1）所示 图图 1 1 管道内壁腐蚀与焊缝腐蚀状态管道内壁腐蚀与焊缝腐蚀状态 为防止和延缓钢制管道被所输送的介质（油、气、水、化工产品等）腐 蚀，延长管道使用寿命，一般必须对管道内壁进行防腐处理，在管道焊接施工 时，由于焊接热影响区的破坏，管道焊
4、口内壁区域成为防腐空白。在管道组对 焊接后，通过管道补口机器人进入管道内部对焊缝区域喷涂防腐材料进行防腐 处理的过程称管道“内防腐补口”。 两段较长距离的管道之间预留的、准备管道下沟后连接的部位俗称“死 口”，管道下沟后通过一段钢管短节焊接连接两段管道的过程叫做“死口连 | 2 钢质管道焊口内堆焊防腐技术简介 头”，由于管道机器人无法进入较长距离的管道或弯管内部对焊口内壁进行防 腐处理，使“死口”焊口内壁区域成为机器人防腐补口的盲点。 管道“死口连头”焊口内壁防腐处理的一般方法是：“死口连头”后，在 短节上“开天窗”对短节焊口内壁进行防腐处理，然后焊接金属盖板来封闭天 窗。这种方法的结果是无法
5、对“天窗”盖板焊缝内壁进行防腐处理，这是长期 以来大孔径管道内壁防腐连续性的瓶颈所在，降低了管道的整体使用寿命。对 于小孔径钢制管道而言，由于没有相适应的管道补口机器人对管道焊口内壁进 行补口处理，所有的焊口内壁区域都是防腐补口的盲点。 我公司首创的“三段式管端内堆焊死口连头”工艺，和“不锈钢焊口内堆 焊防腐技术”彻底解决了管道焊口内补口问题，填补了国际补口技术空白。 1.3 技术应用领域技术应用领域 a) 常温埋地化工油气管网、污水管网、城市管网。 b) 海底管道，包括海底输油管道和污水管道，热输管道。 1.4 与相关技术的比较与相关技术的比较 a)管端内衬不锈钢带免补口 用不锈钢带内衬焊接
6、在管端内壁解决管道焊口防腐问题是一个选择，但除 两侧焊道外，不锈钢带与钢管机械结合，由于焊接应力以及二者之间的热膨胀 系数存在较大的差异、两者之间电位存在较大的差异，在介质脉动输送过程 中，不锈钢层不断与碳钢外管摩擦，使不锈钢钝化膜受到破坏，在不断的活 化、钝化过程中因电池效应造成不锈钢层的穿晶应力腐蚀如（图 2）所示。 图图 2 2 不锈钢管端内衬应力腐蚀开裂不锈钢管端内衬应力腐蚀开裂 b)不锈钢短节免补口 采用不锈钢短节预先焊接在钢管管端，管道对焊时，直接焊接不锈钢短 节，也可以实现管道焊口内壁防腐连续。但由于热膨胀系数的差异，不锈钢短 节与碳钢管直接焊接后存在着焊缝应力剪切的趋势，在中、
7、小孔径管道中直接 | 3 钢质管道焊口内堆焊防腐技术简介 用不锈钢短节与碳钢管道焊接存在较大的安全风险。在大孔径管道中使用该方 案可能引起焊缝应力剪切裂纹。在不锈钢焊缝熔合区碳钢一侧会形成碳增浓 区，引起近焊缝碳钢一侧微观组织变化如（图 3）所示，影响耐腐蚀性能。 图图 3 3- -a a 不锈钢接头微观组织不锈钢接头微观组织 图图 3 3- -b 316Lb 316L 不锈钢焊缝腐蚀不锈钢焊缝腐蚀 c)焊口内噴焊免补口 管道焊口内壁镍基粉末喷焊对解决管道焊缝内防腐补口有一定的作用，但 镍基粉末的熔点远远低于不锈钢焊材的熔点，使焊接变得十分困难，推广难度 较大。 d)焊口内喷涂免补口 采用锌、
8、铝热喷涂技术预先在管端内壁进行喷涂防护的牺牲阳极的阴极保 护法，只是延缓了焊口内壁附近区域的腐蚀，没有从根本上解决管道焊口内防 腐补口问题。 e)玻璃钢补口短节 通过对钢管管端扩孔处理或焊接扩径补口接头，用一段内壁防腐处理的内 胆插接两端接头，内胆两端用橡胶材料密封，然后焊接补口接头的方法（如胀 管式玻璃钢补口短节），是海底管线尤其是弯头、死口等焊接处唯一的免补口 方式。该方法的不足在于工艺复杂，增加了施工成本，影响焊缝射线探伤影像 识别的准确性。海底管线补口短节结构如（图 4）所示。 1-短节焊缝；2-防腐补口短节内管；3-橡胶密封， | 4 钢质管道焊口内堆焊防腐技术简介 4-隔热材料；5
9、-短节焊缝；6-补口短节外管。 图图 4 4 胀管式玻璃钢补口短节结构胀管式玻璃钢补口短节结构 1.5 技术的先进性技术的先进性 钢质管道焊口内堆焊防腐技术规避了上述方法的不足，通过管端内壁堆焊 耐蚀合金后，对钢管内壁防腐处理，管道焊接施工中利用复合焊接技术，在保 证管道力学性能的同时，保证了管道内壁防腐层的连续见图 5-1；结构如图 （5-2）所示。其优点在于： a) 免除内补口工序，降低焊口腐蚀风险。 b) 区别于尺寸恢复堆焊和耐磨堆焊的防腐堆焊技术。 c) 除传统管道内防腐方法外，还可以采用粉末热塑、热固、熔结复合等 防腐技术。 图图 5 5- -1 1 钢钢质管道焊口内堆焊补口结构质管
10、道焊口内堆焊补口结构 1-冶金复合焊缝；2-耐蚀合金层；3-管道内防腐涂层； 4-管道外防腐补口层；5-管道外保温补口层。 图图 5 5- -2 2 管端内堆焊补口结构管端内堆焊补口结构 | 5 钢质管道焊口内堆焊防腐技术简介 二二 管端内壁防腐堆焊管端内壁防腐堆焊 2.1 防腐堆焊术语防腐堆焊术语 钢 质 管 道 焊 口 内 壁 耐 蚀 合 金 堆 焊 是 一 种 防 腐 堆 焊 Anticorrosion surfacing，它区别于金属耐磨堆焊和尺寸恢复堆焊。 2.2 堆焊焊材堆焊焊材 不锈钢的不锈性能和耐蚀性能是有条件的，目前还没有对任何腐蚀环境都 具有耐蚀性能的不锈钢，应根据腐蚀环境
11、选用相应的堆焊焊材。 2.2.1堆焊焊材选择因素 a) 对输送介质的耐腐蚀性能； b) 堆焊结构的力学性能; c) 涂层因素 d) 管道对口焊接性能 2.2.2奥氏体不锈钢 奥氏体不锈钢中铬的质量分数为 1825，镍的质量分数 820， 这种钢具有面心立方结构，不发生相变，一般没有冷脆转变，耐腐蚀性能优 秀，塑性和焊接性能良好。但奥氏体不锈钢具有应力腐蚀的敏感性，在氯化物 介质中容易发生点蚀和缝隙腐蚀，虽然含硅的奥氏体不锈钢耐氯化性酸的能力 更强，但对接焊接时容易发生脆裂，不易用于管道焊口防腐堆焊。不含硅的奥 氏体不锈钢可以满足一般防腐堆焊要求。 表 1 ER309L(GB/T29713-20
12、13)化学成分 C Si Mn P S Cr Ni Mo Cu 0.03 0.65 1-2.5 0.03 0.03 23-25 12-14 0.75 0.75 表 2 ER309L(GB/T29713-2013)力学性能 抗拉强度 Rm(MPa) 断后伸长率 A(%) 510 25 2.2.3双相不锈钢和超级双相不锈钢 | 6 钢质管道焊口内堆焊防腐技术简介 普通双相不锈钢如 2205 型双相不锈钢，这类钢兼有奥氏体不锈钢和铁素体 不锈钢的特点，与奥氏体不锈钢相比，强度更高，耐晶间腐蚀和氯化物腐蚀性 能更好；与铁素体不锈钢相比，塑性和韧性更高，无室温脆性，耐晶间腐蚀和 焊接性能均显著提高。超级
13、双相不锈钢具有优良的耐点蚀等局部腐蚀性能，耐 海水和其它特殊介质腐蚀的性能优良。 表 3 S2209(GB/T29713-2013)化学成分 C Si Mn P S Cr Ni Mo Cu 0.03 0.9 0.5-2 0.03 0.03 21.5-23.5 7.5-9.5 2.5-3.5 0.75 表 4 S2209 (GB/T29713-2013)力学性能 抗拉强度 Rm(MPa) 断后伸长率 A(%) 550 20 超级 Gr-Ni 双相( + )不锈钢通常指 2527Gr、6.57.5Ni、3 4Mo、N0.3、含适量 Cu、W、Si 等元素的超高洁净度、耐点蚀当量 PREN40 的高
14、 Gr、高 Mo、高 N、超低碳不锈钢，如 2594 型双相不锈钢。这类 钢有比普通双相不锈钢更好的耐苛刻介质局部腐蚀性能和更好的焊接性能。 表 5 S2594(GB/T29713-2013)化学成分 C Si Mn P S Cr Ni Mo Cu 0.03 1.0 2.5 0.03 0.02 24-27 8-10.5 2.5-4.5 1.5 表 6 S2594 (GB/T29713-2013)力学性能 抗拉强度 Rm(MPa) 断后伸长率 A(%) 620 18 双相不锈钢在堆焊过程中会引起成分的稀释，造成铁素体和奥氏体微观组 织比例的改变，虽然通过双层堆焊可以保证堆焊层裸露部分的耐蚀性能，
15、但在 管道对焊施工中，这种改变会使焊缝内壁的耐腐蚀性能降低。 2.2.4镍基合金 镍基耐蚀合金是指镍含量50的超级不锈钢。镍基合金在氧化介质中抗 湿蚀性能良好，耐应力腐蚀开裂性能优秀，特别是在氯化物和氢氧化物溶液中 的耐蚀性能比奥氏体不锈钢好得多。在剧烈腐蚀性溶液（例如强矿化物酸）中 有很好的耐腐蚀性，在 50以下任意浓度的硫酸中，其腐蚀速率不超过 125um/a，在常温所有浓度的硝酸中，其腐蚀速率不超过 25um/a。 镍基合金焊材在异种金属焊接中，尤其是在用于堆焊层的异种金属焊接 中，容易受到铁污染和降温速度的影响而在起弧点和收弧点位置出现裂纹，在 | 7 钢质管道焊口内堆焊防腐技术简介
16、实际焊接操作中，一般采取打磨处理的办法结合起弧预热和慢收弧的方法克 服。 表 7 SNi6625(GB/T15620-2008)化学成分 C Si Mn P S Cr Ni Mo Cu 0.1 0.5 0.5 2.5-4 / 20-23 58 8-10 0.5 表 8 SNi6625(GB/T15620-2008)力学性能 抗拉强度 Rm(MPa) 断后伸长率 A(%) 795 37 2.3 堆焊层设计堆焊层设计 耐蚀合金堆焊是一个焊材与母材金属的二次冶炼过程，堆焊过程中焊材、 母材的化学成分和性能都发生了改变，尽量的避免和减少不利的方面、保持有 利的方面，在保证钢管力学性能的同时，保证堆焊层的耐蚀性能，是钢制管道 焊口内堆焊防腐技术的核心内容。 堆焊过程必然会使熔合区的金属微观组织结构发生复杂的变化，使堆焊层 与母材以熔合区为界线产生方向相反的内应力，这种变化的结果一定会影响钢 管的外在形态和内在力学性能。焊后热处理不能消除堆焊应力，只能使应力分 布相对均匀。 堆
