CN108890076A - 一种耐蚀合金内衬复合管的环焊方法 - Google Patents

一种耐蚀合金内衬复合管的环焊方法 Download PDF

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赵勇
毕宗岳
程逞
杨静
张峰
李超
张鹏
高霞
李文莉
田磊
汪翰云
马璇
张建强
梁航
汪强
孙少阳
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Baoji Petroleum Steel Pipe Co Ltd
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Abstract

本发明公开了一种耐蚀合金内衬复合管的环焊方法，该环焊方法包括以下步骤：(1)将待焊接的复合管管端开V型坡口，并采用对口器对接，管端对口间隙为0‑1.5mm；(2)采用钨极氩弧焊对耐蚀合金层进行焊接，形成覆层焊缝；(3)采用冷喷涂的工艺堆焊，形成过渡层焊缝，过渡层的高度不低于复合管双金属结合面，过渡层焊缝厚度控制在0.2‑3mm；(4)采用熔化极气体保护焊或手工电弧焊对基层进行焊接，形成基层焊缝；本发明过渡层采用冷喷涂工艺，使金属喷涂至耐蚀合金表面后快速凝固，有效的解决了传统过渡层焊接产生的覆层合金元素大量冲混及扩散至过渡层，进而产生高硬度相以及在后续焊接中易出现裂纹的问题，起到较好的隔离效果。

Description

一种耐蚀合金内衬复合管的环焊方法
技术领域：
本发明涉及层状双金属焊接技术领域，特别涉及一种耐蚀合金内衬复合管的环焊方法。
背景技术：
随着能源需求日益增大，苛刻腐蚀环境石油天然气开采力度也逐渐加大，管道腐蚀问题变得尤为突出，传统单一的防腐技术如添加缓蚀剂、采用塑料内涂层及使用非金属管材等，在耐蚀可靠性、经济性指标上都已难以满足需要。不锈钢内侧复合管充分利用碳钢价格低廉、综合力学性能好以及不锈钢抗腐蚀性能优异的特点，既满足严苛腐蚀工况的服役环境，又节约了大量贵重金属，从而降低成本、节约材料，其在石油化工、烟气脱硫、化工、环保等工业领域中展现出广泛的应用前景。
环焊缝堆焊是双金属复合管的技术难点之一，一般采用三层焊，先氩弧焊封底，再焊过渡层，最后手工电弧焊或熔化极气体保护焊填充盖面。基管和衬管的化学成分存在显著差异，在环焊缝焊接时覆层易受基层稀释而导致抗腐蚀性能下降，基层由于覆层合金元素的冲混与扩散，易生成高硬度相，进而产生裂纹。过渡层焊接是复合管环焊质量控制的重点。
2013年10月2日公开的公开号为CN 103331327 A的中国发明专利，专利名称为一种双金属复合管环焊缝焊接方法，该方法采用微碳纯铁焊材进行过渡层焊缝焊接，纯铁过渡层可一定程度减少裂纹出现的概率，但无法避免合金元素扩散至过渡层，从而生成高硬度相。
2015年4月8日公开的公开号为CN 104493330 A的中国发明专利，专利名称为一种双金属复合管环焊缝对焊焊接方法，该方法在基层与覆层焊缝之间引入耐高温不熔层，虽可有效阻止合金元素向基层扩散，但耐高温不熔层流动性较差，过渡层与覆层焊缝容易出现未融合，且耐高温不容层本身力学性能差，难以满足管线钢要求。
2016年1月15日公开的公开号为CN 106975819 A的中国发明专利，专利名称为一种镍基双金属复合管全位置自动焊接方法，该方法对复合管开V型坡口，全部采用不锈钢焊丝进行覆层、过渡层和基层焊缝的焊接，该方法可有效避免过渡层裂纹和未融合的出现，但基层焊缝综合力学性能难以保障，且由于焊缝全部采用不锈钢焊丝，焊接成本较高。
发明内容：
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种耐蚀合金内衬复合管的环焊方法，该方法不仅有效阻止覆层焊缝合金元素向基层焊缝扩散，而且避免了过渡层焊接出现未熔合及裂纹的产生。
本发明的目的是通过以下技术方案来解决的：一种耐蚀合金内衬复合管的环焊方法，该环焊方法包括以下步骤：
(1)将待焊接的复合管管端开V型坡口，并采用对口器对接，管端对口间隙为0-1.5mm；
(2)采用钨极氩弧焊对耐蚀合金层进行焊接，形成覆层焊缝；
(3)采用冷喷涂的工艺堆焊，形成过渡层焊缝，过渡层的高度不低于复合管双金属结合面，过渡层焊缝厚度控制在0.2-3mm；
(4)采用熔化极气体保护焊或手工电弧焊对基层进行焊接，形成基层焊缝；
所述基层为碳钢，厚度为6-30mm，覆层为耐蚀合金，厚度1-6mm；V型坡口开在碳钢层一侧，坡口高度大于碳钢层厚度0.1-1mm，底部宽度为0-6mm，坡口角度为60±20°。
本发明的有益效果：
本发明过渡层堆焊对耐蚀合金层的热影响较小，基材温度不超过200℃，不影响覆层的耐蚀性能；过渡层金属喷涂至耐蚀合金表面后快速凝固，有效的解决了传统过渡层焊接产生的覆层合金元素大量冲混及扩散至过渡层，进而产生高硬度相以及在后续焊接中易出现裂纹的问题，起到较好的隔离效果；喷涂堆焊操作灵活，可解决传统低热输入焊接方式存在熔合区死角的问题，实现双金属复合管优质高效焊接，焊接成本低，易实现自动化生产，具有广泛的市场前景。
附图说明：
图1为本发明的坡口示意图。
图2为本发明环焊缝示意图。
附图标记说明：1-覆层焊缝；2-过渡层；3-基层焊缝；4-覆层；5-基层。
具体实施方式：
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
以Φ430×(15+3)mm的304/X65热轧双金属复合管为例进行焊接。首先对两根管段进行管端扩径，保证其圆度。管端碳钢侧开V型坡口，坡口高度大于碳钢层厚度0.2mm，底部宽度4mm，坡口角度60°。采用不锈钢钢丝刷清理坡口毛刺，并用丙酮清理坡口，特别是覆层坡口。采用对口器进行管端对接，管端对口间隙0.5mm。
从碳钢侧采用钨极氩弧焊对耐蚀合金层进行焊接，形成覆层焊缝1。覆层4焊接采用双层单道焊，第一层填充覆层焊缝，单面焊双面成型，然后采用不锈钢钢丝刷清理焊缝进行第二层盖面焊，应保证第二层焊接高度不低于复合管的双金属结合面。覆层焊接采用309焊丝，焊丝直径Φ1.2mm，焊接过程采用高纯氩气进行气体保护，具体覆层焊接参数如表1。
不锈钢钢丝刷清理覆层焊缝后，采用冷喷涂工艺进行过渡层2金属填充，过渡层焊缝厚度控制在0.8mm左右，填充材料为纯铁粉，具体的冷喷涂工艺参数如表2。采用冷喷涂工艺，使Fe金属粉末喷涂至耐蚀合金表面后快速凝固，有效的解决了传统过渡层焊接产生的覆层合金元素大量冲混及扩散至过渡层，进而产生高硬度相以及在后续焊接中易出现裂纹的问题。
采用手工电弧焊进行基层焊缝3焊接，焊接方式为多层多道焊，每道焊接完成后需采用不锈钢钢丝刷清理焊缝渣皮，之后才能进入下一道焊接。应保证焊后基层焊缝填充金属高度不低于母材。基层5焊材选用牌号为的手工电弧焊焊条。
焊后对焊缝的性能进行检测，检测结果如表3所示。从表3可以看出：焊缝的抗拉强度≥550MPa，屈服强度≥490MPa，延伸率≥10，焊缝在-30℃下的冲击功≥158J，表现出良好的力学性能。
表1覆层焊接参数
表2冷喷涂工艺参数
表3性能测试结果

Claims (5)

1.一种耐蚀合金内衬复合管的环焊方法，其特征在于：所述环焊方法包括以下步骤：
(1)将待焊接的复合管管端开V型坡口，并采用对口器对接，管端对口间隙为0-1.5mm；
(2)采用钨极氩弧焊对耐蚀合金层进行焊接，形成覆层焊缝；
(3)采用冷喷涂的工艺堆焊，形成过渡层焊缝，过渡层焊缝厚度控制在0.2-3mm；
(4)采用熔化极气体保护焊或手工电弧焊对基层进行焊接，形成基层焊缝；
所述基层为碳钢，厚度为6-30mm，覆层为耐蚀合金，厚度1-6mm；V型坡口开在碳钢层一侧，坡口高度大于碳钢层厚度0.1-1mm，底部宽度为0-6mm，坡口角度为60±20°。
2.根据权利要求1所述的一种耐蚀合金内衬复合管的环焊方法，其特征在于：所述基层碳钢采用X65，所述覆层耐蚀合金采用304。
3.根据权利要求2所述的一种耐蚀合金内衬复合管的环焊方法，其特征在于：采用钨极氩弧焊对耐蚀合金层进行焊接时，采用双层单道焊，第一层填充覆层焊缝，单面焊双面成型，然后采用不锈钢钢丝刷清理焊缝进行第二层盖面焊，应保证第二层焊接高度不低于复合管的双金属结合面。
4.根据权利要求2所述的一种耐蚀合金内衬复合管的环焊方法，其特征在于：过渡层焊缝的填充材料为纯铁粉，冷喷涂的工艺参数为：送粉的气体压力1.0-2.0MPa，气体加热温度100-250℃，喷涂距离10-15mm。
5.根据权利要求2所述的一种耐蚀合金内衬复合管的环焊方法，其特征在于：对基层进行焊接时采用多层多道焊，每道焊接完成后需采用不锈钢钢丝刷清理焊缝渣皮，之后才能进入下一道焊接。
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