CN105057989B - 一种内衬双相不锈钢复合管的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种内衬双相不锈钢复合管的制造方法，包括以下步骤：一、将碳钢基管和内衬双相不锈钢管复合连接，得到复合管；二、在复合管的端部由外至内机加工去除一段内衬双相不锈钢管；三、在裸露在外的碳钢基管的内侧由外至内机加工环形凹槽；四、在氩气保护下，采用手工钨极氩弧焊进行打底焊形成打底焊层；五、在氩气保护下，采用自动氩弧焊在打底焊层外侧进行堆焊形成堆焊层，对所述堆焊层的内壁和外端部进行机械加工，得到内衬双相不锈钢复合管。本发明通过对复合管的端部进行加工，采用打底焊和堆焊，并选择合适的焊接工艺参数，实现了内衬双相不锈钢复合管管端的有效封焊，得到的内衬双相不锈钢复合管能够满足高氯离子环境的使用要求。
Description
技术领域
本发明属于双相不锈钢复合管制造技术领域，具体涉及一种内衬双相不锈钢复合管的制造方法。
背景技术
目前双金属复合管内衬材料主要为奥氏体不锈钢系列，但随着使用环境的变化，在高氯离子环境下，现有的内衬奥氏体不锈钢系列复合管是不能满足使用要求的，为了解决这个问题，将内衬材料选定双相不锈钢进行复合，解决高氯离子使用环境的问题。
在内衬双相钢不锈钢复合管的管管对接焊过程中，焊接难度很大，焊缝中铁素体和奥氏体两相比例很难控制到标准范围内，同时也很难用无损的方法进行检测。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种内衬双相不锈钢复合管的制造方法。该方法通过对复合管的端部进行加工，采用打底焊和堆焊，并选择合适的焊接工艺参数，实现了内衬双相不锈钢复合管管端的有效封焊，得到的内衬双相不锈钢复合管能够满足高氯离子环境的使用要求。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种内衬双相不锈钢复合管的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、将碳钢基管和内衬双相不锈钢管复合连接，得到复合管；所述碳钢基管套装在内衬双相不锈钢管外侧；
步骤二、在步骤一中所述复合管的端部由外至内机加工去除一段内衬双相不锈钢管使机加工后的复合管的内衬双相不锈钢管的端部形成向内倾斜的斜面，所述斜面的倾斜角度为30°～60°；
步骤三、在步骤二中去除一段内衬双相不锈钢管后裸露在外的碳钢基管的内侧由外至内机加工环形凹槽，所述环形凹槽与步骤二中所述斜面之间为圆弧过渡；
步骤四、在氩气保护下，采用手工钨极氩弧焊在所述斜面与碳钢基管的连接处进行打底焊形成打底焊层，打底焊采用的焊丝为ERNiCrMo-3焊丝；打底焊采用两层焊接，第一层焊接的焊接电流为140A～170A，焊接电压为10V～15V，第二层焊接的焊接电流为150A～180A，焊接电压为10V～15V；
步骤五、在氩气保护下，采用自动氩弧焊在步骤四中所述打底焊层外侧进行堆焊形成堆焊层，然后对所述堆焊层的内壁和外端部进行机械加工，使得堆焊层的内壁与内衬双相不锈钢管内壁平齐且堆焊层的外端部与碳钢基管的端部平齐，得到内衬双相不锈钢复合管；所述堆焊采用的焊丝为ERNiCrMo-3焊丝，堆焊采用两层多道次焊接，第一层焊接的焊接电压为13V～18V，第一层焊接中第一道次的焊接电流为240A～270A，其余道次的焊接电流为250A～270A，第二层焊接的焊接电流为250A～280A，焊接电压为13V～18V。
上述的一种内衬双相不锈钢复合管的制造方法，其特征在于，步骤一中所述复合连接的方法为爆燃复合、液压复合或旋压复合。
上述的一种内衬双相不锈钢复合管的制造方法，其特征在于，步骤二中所述斜面的内端部与碳钢基管外端面之间的距离为30mm～350mm。
上述的一种内衬双相不锈钢复合管的制造方法，其特征在于，步骤二中所述斜面的倾斜角度为45°。
上述的一种内衬双相不锈钢复合管的制造方法，其特征在于，步骤三中所述环形凹槽沿复合管径向的深度H为1mm～1.5mm。
上述的一种内衬双相不锈钢复合管的制造方法，其特征在于，步骤四中第一层焊接所用焊丝的直径为1.2mm，第二层焊接所用焊丝的直径为2.0mm。
上述的一种内衬双相不锈钢复合管的制造方法，其特征在于，步骤四中所述第一层焊接的焊接热输入量为1.0kJ/mm·min～1.2kJ/mm·min，焊接速度为70mm/min～80mm/min，第二层焊接的焊接热输入量为0.8kJ/mm·min～1.0kJ/mm·min，焊接速度为90mm/min～100mm/min。
上述的一种内衬双相不锈钢复合管的制造方法，其特征在于，步骤五中所述ERNiCrMo-3焊丝的直径为1.14mm。
上述的一种内衬双相不锈钢复合管的制造方法，其特征在于，步骤五中所述第一层焊接中第一道次的焊接热输入量为0.5kJ/mm·min～0.64kJ/mm·min，其余道次的焊接热输入量均为0.5kJ/mm·min～0.65kJ/mm·min，第二层焊接中各道次的焊接热输入量均为0.55kJ/mm·min～0.69kJ/mm·min。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明通过对复合管的端部进行加工，采用打底焊和堆焊，并选择合适的焊接工艺参数，实现了内衬双相不锈钢复合管管端的有效封焊，得到的内衬双相不锈钢复合管能够满足高氯离子环境的使用要求，在氯离子含量为127200mg/L的条件下进行均匀腐蚀试验，试验结束后试样表面无点蚀坑等腐蚀现象，满足标准JB/T7901的要求。
2、对本发明制造的内衬双相不锈钢复合管内衬层的母材及焊缝进行相关的力学性能、金相组织及两相比例、点蚀试验和模拟工况下的均匀腐蚀试验，试验结果均满足标准及使用要求。
3、本发明在复合管的端部由外至内机加工去除一段内衬双相不锈钢管并使机加工后的复合管的内衬双相不锈钢管的端部形成向内倾斜且倾斜角度为30°～60°的斜面，能够保证打底焊的质量；在去除一段内衬双相不锈钢管后裸露在外的碳钢基管的内侧由外至内机加工环形凹槽，并优选环形凹槽的深度为1mm～1.5mm，保证了有效堆焊层的厚度。
4、采用本发明的方法制造内衬双相不锈钢复合管，能够有效降低内衬双相不锈钢复合管的管与管对接焊的难度。
下面结合附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明内衬双相不锈钢复合管的结构示意图。
图2为本发明实施例1制造的内衬双相不锈钢复合管焊缝处的显微组织形貌图。
图3为本发明实施例2制造的内衬双相不锈钢复合管焊缝处的显微组织形貌图。
图4为本发明实施例3制造的内衬双相不锈钢复合管焊缝处的显微组织形貌图。
附图标记说明：
1—碳钢基管； 2—内衬双相不锈钢管； 3—打底焊层；
4—堆焊层。
具体实施方式
实施例1
本实施例的内衬双相不锈钢复合管的结构如图1所示，内衬双相不锈钢复合管的制造方法包括以下步骤：
步骤一、采用爆燃复合(也可采用液压复合或旋压复合)的方法将规格为×12.7mm的碳钢基管1(材质为X65)和规格为×2mm的内衬双相不锈钢管2(材质为2209)复合连接，得到规格为×(12.7+2)mm的复合管；所述碳钢基管1套装在内衬双相不锈钢管2外侧；
步骤二、在步骤一中所述复合管的端部由外至内机加工去除一段内衬双相不锈钢管2使机加工后的复合管的内衬双相不锈钢管2的端部形成向内倾斜的斜面，所述斜面的倾斜角度为45°；所述斜面的内端部与碳钢基管1外端面之间的距离L为105mm；
步骤三、在步骤二中去除一段内衬双相不锈钢管2后裸露在外的碳钢基管1的内侧由外至内机加工环形凹槽，所述环形凹槽与步骤二中所述斜面之间为圆弧过渡；所述环形凹槽沿复合管径向的深度H为1.5mm；
步骤四、在氩气保护下，采用手工钨极氩弧焊在所述斜面与碳钢基管1的连接处进行打底焊形成打底焊层3，打底焊采用的焊丝为ERNiCrMo-3焊丝，打底焊结束后对打底焊层3进行X射线拍片检测，按照JB/T-4730标准Ⅰ级合格；打底焊采用两层焊接，第一层焊接的焊接电流为150A，焊接电压为12V，第二层焊接的焊接电流为160A，焊接电压为12V；第一层焊接所用焊丝的直径为1.2mm，第二层焊接所用焊丝的直径为2.0mm；所述第一层焊接的焊接热输入量为1.1kJ/mm·min，焊接速度为75mm/min，第二层焊接的焊接热输入量为0.9kJ/mm·min，焊接速度为95mm/min；
步骤五、在氩气保护下，采用自动氩弧焊在步骤四中所述打底焊层3外侧进行堆焊形成堆焊层4，然后对所述堆焊层4的内壁和外端部进行机械加工，使得堆焊层4的内壁与内衬双相不锈钢管2内壁平齐且堆焊层4的外端部与碳钢基管1的端部平齐，得到内衬双相不锈钢复合管，对堆焊层4进行X射线拍片检测，按照JB/T-4730标准Ⅰ级合格；所述堆焊采用的焊丝为ERNiCrMo-3焊丝，堆焊采用两层多道次焊接，第一层焊接的焊接电压为15V，第一层焊接中第一道次的焊接电流为250A，其余道次的焊接电流为260A，第二层焊接的焊接电流为270A，焊接电压为15V；所述ERNiCrMo-3焊丝的直径为1.14mm；所述第一层焊接中第一道次的焊接热输入量为0.58kJ/mm·min，其余道次的焊接热输入量均为0.6kJ/mm·min，第二层焊接中各道次的焊接热输入量均为0.65kJ/mm·min。
实施例2
本实施例的内衬双相不锈钢复合管的结构如图1所示，内衬双相不锈钢复合管的制造方法包括以下步骤：
步骤一、采用液压复合(也可采用爆燃复合或旋压复合)的方法将规格为×16mm的碳钢基管1(材质为X52)和规格为×3mm的内衬双相不锈钢管2(材质为2205)复合连接，得到规格为×(16+3)mm的复合管；所述碳钢基管1套装在内衬双相不锈钢管2外侧；
步骤二、在步骤一中所述复合管的端部由外至内机加工去除一段内衬双相不锈钢管2使机加工后的复合管的内衬双相不锈钢管2的端部形成向内倾斜的斜面，所述斜面的倾斜角度为30°；所述斜面的内端部与碳钢基管1外端面之间的距离为350mm；
步骤三、在步骤二中去除一段内衬双相不锈钢管2后裸露在外的碳钢基管1的内侧由外至内机加工环形凹槽，所述环形凹槽与步骤二中所述斜面之间为圆弧过渡；所述环形凹槽沿复合管径向的深度H为1.2mm；
步骤四、在氩气保护下，采用手工钨极氩弧焊在所述斜面与碳钢基管1的连接处进行打底焊形成打底焊层3，打底焊采用的焊丝为ERNiCrMo-3焊丝，打底焊结束后对打底焊层3进行X射线拍片检测，按照JB/T-4730标准Ⅰ级合格；打底焊采用两层焊接，第一层焊接的焊接电流为140A，焊接电压为10V，第二层焊接的焊接电流为150A，焊接电压为10V；第一层焊接所用焊丝的直径为1.2mm，第二层焊接所用焊丝的直径为2.0mm；所述第一层焊接的焊接热输入量为1.0kJ/mm·min，焊接速度为70mm/min，第二层焊接的焊接热输入量为0.8kJ/mm·min，焊接速度为90mm/min；
步骤五、在氩气保护下，采用自动氩弧焊在步骤四中所述打底焊层3外侧进行堆焊形成堆焊层4，然后对所述堆焊层4的内壁和外端部进行机械加工，使得堆焊层4的内壁与内衬双相不锈钢管2内壁平齐且堆焊层4的外端部与碳钢基管1的端部平齐，得到内衬双相不锈钢复合管，对堆焊层4进行X射线拍片检测，按照JB/T-4730标准Ⅰ级合格；所述堆焊采用的焊丝为ERNiCrMo-3焊丝，堆焊采用两层多道次焊接，第一层焊接的焊接电压为13V，第一层焊接中第一道次的焊接电流为240A，其余道次的焊接电流为250A，第二层焊接的焊接电流为250A，焊接电压为13V；所述ERNiCrMo-3焊丝的直径为1.14mm；所述第一层焊接中第一道次的焊接热输入量为0.5kJ/mm·min，其余道次的焊接热输入量均为0.5kJ/mm·min，第二层焊接中各道次的焊接热输入量均为0.55kJ/mm·min。
实施例3
本实施例的内衬双相不锈钢复合管的结构如图1所示，内衬双相不锈钢复合管的制造方法包括以下步骤：
步骤一、采用旋压复合(也可采用爆燃复合或液压复合)的方法将规格为×15mm的碳钢基管1(材质为X65)和规格为×2mm的内衬双相不锈钢管2(材质为2101)复合连接，得到规格为×(15+2)mm的复合管；所述碳钢基管1套装在内衬双相不锈钢管2外侧；
步骤二、在步骤一中所述复合管的端部由外至内机加工去除一段内衬双相不锈钢管2使机加工后的复合管的内衬双相不锈钢管2的端部形成向内倾斜的斜面，所述斜面的倾斜角度为60°；所述斜面的内端部与碳钢基管1外端面之间的距离为30mm；
步骤三、在步骤二中去除一段内衬双相不锈钢管2后裸露在外的碳钢基管1的内侧由外至内机加工环形凹槽，所述环形凹槽与步骤二中所述斜面之间为圆弧过渡；所述环形凹槽沿复合管径向的深度H为1mm；
步骤四、在氩气保护下，采用手工钨极氩弧焊在所述斜面与碳钢基管1的连接处进行打底焊形成打底焊层3，打底焊采用的焊丝为ERNiCrMo-3焊丝，打底焊结束后对打底焊层3进行X射线拍片检测，按照JB/T-4730标准Ⅰ级合格；打底焊采用两层焊接，第一层焊接的焊接电流为170A，焊接电压为15V，第二层焊接的焊接电流为180A，焊接电压为15V；第一层焊接所用焊丝的直径为1.2mm，第二层焊接所用焊丝的直径为2.0mm；所述第一层焊接的焊接热输入量为1.2kJ/mm·min，焊接速度为80mm/min，第二层焊接的焊接热输入量为1.0kJ/mm·min，焊接速度为100mm/min；
步骤五、在氩气保护下，采用自动氩弧焊在步骤四中所述打底焊层3外侧进行堆焊形成堆焊层4，然后对所述堆焊层4的内壁和外端部进行机械加工，使得堆焊层4的内壁与内衬双相不锈钢管2内壁平齐且堆焊层4的外端部与碳钢基管1的端部平齐，得到内衬双相不锈钢复合管，对堆焊层4进行X射线拍片检测，按照JB/T-4730标准Ⅰ级合格；所述堆焊采用的焊丝为ERNiCrMo-3焊丝，堆焊采用两层多道次焊接，第一层焊接的焊接电压为18V，第一层焊接中第一道次的焊接电流为270A，其余道次的焊接电流为270A，第二层焊接的焊接电流为280A，焊接电压为18V；所述ERNiCrMo-3焊丝的直径为1.14mm；所述第一层焊接中第一道次的焊接热输入量为0.64kJ/mm·min，其余道次的焊接热输入量均为0.65kJ/mm·min，第二层焊接中各道次的焊接热输入量均为0.69kJ/mm·min。
对本发明实施例1至实施例3制造的内衬双相不锈钢复合管的力学性能进行检测，结果见表1。
表1实施例1至实施例3制造的内衬双相不锈钢复合管的力学性能
依据GB/T 13298-1991和ASTM E562-11标准要求对本发明实施例1至实施例3制造的内衬双相不锈钢复合管的焊缝处进行显微组织和铁素体相检测，检测结果见表2，显微组织形貌见图2至图4，从图中可以看出，焊缝区的显微组织为铁素体+奥氏体，其中不规则的碎片为铁素体，其余部分为奥氏体。
表2铁素体相检测结果
对本发明实施例1至实施例3制造的内衬双相不锈钢复合管的堆焊层及界面处进行点蚀试验，均未发生点蚀坑；对堆焊层及内衬双相不锈钢管进行电化学测试，试验结果显示两种材料没有产生电化学腐蚀的倾向；对堆焊层及界面处进行氯化钙应力腐蚀试验，试验结果满足ASTM G36标准要求。
对本发明实施例1至实施例3制造的内衬双相不锈钢复合管的堆焊层及界面处进行模拟工况下的均匀腐蚀试验，模拟工况试验条件为：总压力16MPa，温度100℃，CO2分压2.56MPa，氯离子含量127200mg/L；试验周期168小时，平行3组试样，实验结束后平均腐蚀速率为0.0005mm/a，试验结束后试样表面无点蚀坑等腐蚀现象，满足标准JB/T7901的要求。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何限制，凡是根据发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
Claims (9)
1.一种内衬双相不锈钢复合管的制造方法，包括：步骤一、将碳钢基管(1)和内衬双相不锈钢管(2)复合连接，得到复合管；所述碳钢基管(1)套装在内衬双相不锈钢管(2)外侧；
其特征在于，还包括以下步骤：
步骤二、在步骤一中所述复合管的端部由外至内机加工去除一段内衬双相不锈钢管(2)使机加工后的复合管的内衬双相不锈钢管(2)的端部形成向内倾斜的斜面，所述斜面的倾斜角度为30°～60°；
步骤三、在步骤二中去除一段内衬双相不锈钢管(2)后裸露在外的碳钢基管(1)的内侧由外至内机加工环形凹槽，所述环形凹槽与步骤二中所述斜面之间为圆弧过渡；
步骤四、在氩气保护下，采用手工钨极氩弧焊在所述斜面与碳钢基管(1)的连接处进行打底焊形成打底焊层(3)，打底焊采用的焊丝为ERNiCrMo-3焊丝；打底焊采用两层焊接，第一层焊接的焊接电流为140A～170A，焊接电压为10V～15V，第二层焊接的焊接电流为150A～180A，焊接电压为10V～15V；
步骤五、在氩气保护下，采用自动氩弧焊在步骤四中所述打底焊层(3)外侧进行堆焊形成堆焊层(4)，然后对所述堆焊层(4)的内壁和外端部进行机械加工，使得堆焊层(4)的内壁与内衬双相不锈钢管(2)内壁平齐且堆焊层(4)的外端部与碳钢基管(1)的端部平齐，得到内衬双相不锈钢复合管；所述堆焊采用的焊丝为ERNiCrMo-3焊丝，堆焊采用两层多道次焊接，第一层焊接的焊接电压为13V～18V，第一层焊接中第一道次的焊接电流为240A～270A，其余道次的焊接电流为250A～270A，第二层焊接的焊接电流为250A～280A，焊接电压为13V～18V。
2.根据权利要求1所述的一种内衬双相不锈钢复合管的制造方法，其特征在于，步骤一中所述复合连接的方法为爆燃复合、液压复合或旋压复合。
3.根据权利要求1所述的一种内衬双相不锈钢复合管的制造方法，其特征在于，步骤二中所述斜面的内端部与碳钢基管(1)外端面之间的距离为30mm～350mm。
4.根据权利要求1所述的一种内衬双相不锈钢复合管的制造方法，其特征在于，步骤二中所述斜面的倾斜角度为45°。
5.根据权利要求1所述的一种内衬双相不锈钢复合管的制造方法，其特征在于，步骤三中所述环形凹槽沿复合管径向的深度H为1mm～1.5mm。
6.根据权利要求1所述的一种内衬双相不锈钢复合管的制造方法，其特征在于，步骤四中第一层焊接所用焊丝的直径为1.2mm，第二层焊接所用焊丝的直径为2.0mm。
7.根据权利要求1所述的一种内衬双相不锈钢复合管的制造方法，其特征在于，步骤四中所述第一层焊接的焊接热输入量为1.0kJ/mm·min～1.2kJ/mm·min，焊接速度为70mm/min～80mm/min，第二层焊接的焊接热输入量为0.8kJ/mm·min～1.0kJ/mm·min，焊接速度为90mm/min～100mm/min。
8.根据权利要求1所述的一种内衬双相不锈钢复合管的制造方法，其特征在于，步骤五中所述ERNiCrMo-3焊丝的直径为1.14mm。
9.根据权利要求1所述的一种内衬双相不锈钢复合管的制造方法，其特征在于，步骤五中所述第一层焊接中第一道次的焊接热输入量为0.5kJ/mm·min～0.64kJ/mm·min，其余道次的焊接热输入量均为0.5kJ/mm·min～0.65kJ/mm·min，第二层焊接中各道次的焊接热输入量均为0.55kJ/mm·min～0.69kJ/mm·min。
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