CN104493330A - 一种双金属复合管环焊缝对焊焊接方法 - Google Patents

一种双金属复合管环焊缝对焊焊接方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种双金属复合管环焊缝对焊焊接方法，包括以下步骤：对待焊的双金属复合管的碳钢基管开焊接坡口，坡口形式为V型坡口，形成两个缺欠；采用钨极氩弧焊对衬管进行焊接，形成耐蚀合金焊区；将完成焊接的耐蚀合金焊区打磨平整后，在其表面缠绕一层耐高温不熔层；采用手工电弧焊的方式将碳钢基管焊接完成，形成碳钢焊区，至此完成双金属复合管对焊环焊缝焊接。本发明通过在双金属复合管焊接接头处的碳钢基管和耐蚀合金衬管间引入耐高温不熔层，由于耐高温不熔层的熔点远高于碳钢基管与衬管，有效地将接头处的碳钢基管和衬管的熔化区隔离开，避免了碳钢基管和衬管之间合金元素的相互扩散，降低了焊缝质量的控制难度。

Description

一种双金属复合管环焊缝对焊焊接方法
【技术领域】
本发明属于焊接技术领域，具体涉及一种双金属复合管环焊缝对焊焊接方法。
【背景技术】
双金属复合管是一种以普通碳钢为基管，以不锈钢、镍基合金、哈氏合金等耐蚀性合金为衬管，通过机械旋压、***复合、拉拔复合、液压复合等方式生产出的一种经济型耐蚀管材。其基管充分发挥碳钢管优良的机械性能和廉价的优势，并负责承压和管道刚性支撑；内衬管则承担耐腐蚀作用，内衬管的厚度仅0.3-4.0mm有效地节省了管材的成本。因此，双金属复合管广泛应用于石油天然气集输管线、油气井套管、污水回注管线；化工换热器管束；电力除盐水、脱硫管线等领域。
双金属复合管环焊缝对焊是双金属复合管的技术难点之一，同时其焊接工艺复杂，需要对各个工艺环节进行严格控制才能获得高质量的接头。目前双金属复合管的焊接连接执行YB/T5092-2005和JB/T4747-2002标准，一般采用三层焊，先氩弧焊封底，再焊过渡层，最后手工电弧焊填充盖面，环焊缝焊接过程如附图1所示，其中，a为封焊，b为打底焊，c为过渡焊，d为填充焊，e为盖面焊。但是现有的双金属复合管的焊接方法需要对其焊接工艺进行严格的控制才能获得较为满意的焊接质量。由于基管和衬管的化学成分存在显著差异，熔化时由于元素的扩散作用衬管受到基管的稀释从而导致焊缝奥氏体的稳定性显著降低，含碳量增加，同时由于奥氏体结晶区很大，熔池内的支晶间隙易偏聚P、S等低熔点共晶产物在拉应力的作用下以产生裂纹。其次，这种基管和衬管间元素扩散而引起的稀释作用，会导致双金属复合管焊缝抗腐蚀性能的下降，并在熔合线附近的区域产生马氏体组织，从而增加了焊缝接头的脆性。另外，为了阻止基管与衬管间合金元素的相互扩散，现有的焊接方法是在打底焊之后进行过渡焊，过渡焊属于异种金属焊接，这同样增加了焊缝质量控制的难度。
【发明内容】
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供了一种双金属复合管环焊缝对焊焊接方法，该通过在焊接接头处的碳钢基管和衬管间引入耐高温不熔层，有效地将接头处的碳钢基管和衬管隔离开，避免因碳钢基管和衬管间合金元素的相互扩散而导致的诸多焊接质量问题，简化双金属复合管的焊接工艺，避免了异种材料之间的焊接，提高焊接工作效率。
为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：
一种双金属复合管环焊缝对焊焊接方法，包括以下步骤：
1)对待焊的双金属复合管的碳钢基管开焊接坡口，坡口形式为V型坡口，V型坡口的两侧形成两个缺欠，使得V型坡口的底部呈矩形状，其顶部呈梯形状；
2)对衬管进行焊接，形成耐蚀合金焊区；
3)将步骤2)完成焊接的耐蚀合金焊区打磨平整后，在其表面缠绕一层耐高温不熔层；
4)将碳钢基管焊接完成，形成碳钢焊区，至此完成双金属复合管对焊环焊缝焊接。
本发明进一步的改进在于：耐高温不熔层的熔点高于碳钢基管与衬管材料的熔点300℃以上。
本发明进一步的改进在于：耐高温不熔层的厚度≤碳钢基管壁厚的5％。
本发明进一步的改进在于：耐高温不熔层覆盖整个耐蚀合金焊接区，并隔绝碳钢基管与衬管的熔化区。
本发明进一步的改进在于：耐高温不熔层的材质为钼。
本发明进一步的改进在于：衬管的壁厚为0.3-4.0mm。
本发明进一步的改进在于：步骤2)中，采用钨极氩弧焊与TGS-316L不锈钢氩弧焊丝对衬管进行焊接。
本发明进一步的改进在于：步骤4)中，采用手工电弧焊的方式将碳钢基管焊接完成。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
本发明在待焊管端的碳钢基管和衬管之间增加一个耐高温不熔层，该耐高温不熔层的熔点远高于碳钢基管和衬管的熔点，有效防止了碳钢基管焊接与衬管焊接时的相互干扰与元素扩散而导致环焊缝处衬管耐蚀性与机械性能的下降。此外，本发明耐高温不熔层的左右两侧会存在一个径向的缺欠，但这个缺欠的尺寸可以通过耐高温不熔层的厚度来加以控制，使焊缝处的性能达到设计要求。
本发明一种双金属复合管环焊缝对焊焊接方法，具备以下特点：
本发明简化了焊接工艺流程，与现有的双金属复合管焊接工艺相比，省去了封焊与过渡焊两个步骤，避免了异种材料间的焊接，有效提高了焊缝质量控制水平。
本发明焊接坡口的加工与现有的双金属复合管对焊焊接的坡口加工相同，对焊接设备与填充材料也没有特殊的要求。因此，在现有的设备条件下尽可以进行双金属复合管对焊焊接，几乎没有技术改造成本。
不熔化区虽然存在两个缺欠，但缺欠的几何尺寸可以通过耐高温不熔层的厚度得到有效控制，不会引起焊缝质量的降低。
【附图说明】
图1为双金属复合管环焊缝焊接示意图；
图中：a为封焊，b为打底焊，c为过渡焊，d为填充焊，e为盖面焊。
图2为本发明双金属复合管环焊缝对焊焊接示意图；
图中：1为耐蚀合金焊区，2为耐高温不熔层，3为碳钢焊区，4为缺欠。
【具体实施方式】
下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。
参见图2，本发明一种双金属复合管环焊缝对焊焊接方法，其焊接工艺流程依次为衬管焊接、耐高温不熔层的安装以及碳钢基管焊接，具体包括以下步骤：
1)对待焊的双金属复合管的碳钢基管开焊接坡口，坡口形式为V型坡口，V型坡口的两侧形成两个缺欠4，使得V型坡口的底部呈矩形状，其顶部呈梯形状；
2)采用钨极氩弧焊与TGS-316L不锈钢氩弧焊丝对衬管进行焊接，形成耐蚀合金焊区1；
3)将步骤1)完成焊接的耐蚀合金焊区1打磨平整后，在其表面缠绕一层耐高温不熔层2；
4)采用手工电弧焊的方式将碳钢基管焊接完成，形成碳钢焊区3，至此完成双金属复合管对焊环焊缝焊接。
其中，耐高温不熔层2的熔点高于碳钢基管与衬管材料的熔点300℃以上，且耐高温不熔层2的厚度≤碳钢基管壁厚的5％，此外，耐高温不熔层2覆盖整个耐蚀合金焊接区，并隔绝碳钢基管与衬管的熔化区。
实施例：
双金属复合管Φ508mm L245钢与316L不锈钢双金属复合管的对接环焊缝焊接，其基管壁厚为14.2mm，衬管壁厚2.5mm。
在待焊的双金属复合管管端加工出60±5°的焊接坡口，对口间隙2.0-3.0mm。首先采用钨极氩弧焊与TGS-316L不锈钢氩弧焊丝对316L不锈钢衬管进行打底焊。焊接完成后，对打底焊层的表面进行打磨修平。而后如附图2所示，使用直径40μm钼丝在打底焊层表面上缠绕一层厚度≤0.7mm(＝14.2mm×5％)钼带，钼带包裹整个打底焊焊缝。由于Mo熔点约2600℃，而316L和L245熔点均不大于1500℃，因此在整个焊接过程Mo层不会熔化，隔绝了316L和L245的熔化区，有效避免了异种金属焊接的问题。通过控制Mo层的厚度不大于L245厚度的5％，即可达到L2级别探伤的要求，可使焊缝质量达到设计使用要求。
综上所述，本发明在焊接接头处的碳钢基管和衬管间引入耐高温不熔层，由于耐高温不熔层的熔点远高于碳钢基管与衬管，有效地将接头处的碳钢基管和衬管的熔化区隔离开，避免了碳钢基管和衬管间合金元素的相互扩散。

Claims (8)

1.一种双金属复合管环焊缝对焊焊接方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)对待焊的双金属复合管的碳钢基管开焊接坡口，坡口形式为V型坡口，V型坡口的两侧形成两个缺欠(4)，使得V型坡口的底部呈矩形状，其顶部呈梯形状；
2)对衬管进行焊接，形成耐蚀合金焊区(1)；
3)将步骤2)完成焊接的耐蚀合金焊区(1)打磨平整后，在其表面缠绕一层耐高温不熔层(2)；
4)将碳钢基管焊接完成，形成碳钢焊区(3)，至此完成双金属复合管对焊环焊缝焊接。
2.根据权利要求1所述的一种双金属复合管环焊缝对焊焊接方法，其特征在于：耐高温不熔层(2)的熔点高于碳钢基管与衬管材料的熔点300℃以上。
3.根据权利要求1或2所述的一种双金属复合管环焊缝对焊焊接方法，其特征在于：耐高温不熔层(2)的厚度≤碳钢基管壁厚的5％。
4.根据权利要求1或2所述的一种双金属复合管环焊缝对焊焊接方法，其特征在于：耐高温不熔层(2)覆盖整个耐蚀合金焊接区，并隔绝碳钢基管与衬管的熔化区。
5.根据权利要求1或2所述的一种双金属复合管环焊缝对焊焊接方法，其特征在于：耐高温不熔层(2)的材质为钼。
6.根据权利要求1或2所述的一种双金属复合管环焊缝对焊焊接方法，其特征在于：衬管的壁厚为0.3-4.0mm。
7.根据权利要求1或2所述的一种双金属复合管环焊缝对焊焊接方法，其特征在于：步骤2)中，采用钨极氩弧焊与TGS-316L不锈钢氩弧焊丝对衬管进行焊接。
8.根据权利要求1或2所述的一种双金属复合管环焊缝对焊焊接方法，其特征在于：步骤4)中，采用手工电弧焊的方式将碳钢基管焊接完成。
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