CN110961790B - 一种内衬不锈钢复合管低损焊接工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及管道加工技术领域，具体涉及一种内衬不锈钢复合管低损焊接工艺，包括以下工艺步骤：取待焊接的两段内衬不锈钢复合管，管A、管B，于焊接端口面对应开设环形内槽，然后用砂纸打磨去氧化皮层，并依次用丙酮、乙醇溶液进行清理，完成后涂覆一层活性剂，并于惰性氛围下处理备用；取与环形内槽结构适配的环形插接板，同样先打磨去除氧化皮，然后用丙酮清洗后，于表面涂覆活性剂，烘干后与管A、管B适配插接，然后采用激光/电弧复合焊接，进行退火、酸洗得成品，本发明内置环形插接板做过渡连接，并针对性的改进焊接工艺，有效提高了焊缝处的密封性和承载性，焊接处有效使用寿命显著延长，对母材损伤性低，焊接面性能高质稳定。

Description

一种内衬不锈钢复合管低损焊接工艺
技术领域
本发明涉及不锈钢复合管技术领域，具体的为一种内衬不锈钢复合管低损焊接工艺。
背景技术
焊接管分为直线焊管和螺旋焊管，其中，中小管径一般采用直线焊管结构，大管径一般采用螺旋焊管结构。传统的不锈钢焊管在经过管外焊接工艺后，需要进行水压试验、超声波探伤检测、涡流检测或射线检测等，检测合格后的焊管已能出厂并销售。这种不锈钢焊管作为埋在地底的气体运输管道时，其焊缝在5年后出现泄露的风险为2％-3％，使用寿命达到8-10年以上。
在中小管径的不锈钢管道生产过程中，冷轧生产线为保证生产的连续性，在重卷、光亮退火、带钢清洗工序中需要将前一卷钢的末端和后一卷钢的头部进行焊接对接。但是由于焊接工艺不当，导致焊接时间过长，降低生产效率，焊接的过程中发生熔核偏移飞溅损坏设备，更甚者焊接不牢发生断带等生产事故。这不仅造成了高额的设备维护费用，还影响了焊接的质量，降低了生产的正常进行。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种内衬不锈钢复合管低损焊接工艺，内置环形插接板做过渡连接，并针对性的改进焊接工艺，有效提高了焊缝处的密封性和承载性，焊接处有效使用寿命显著延长，对母材损伤性低，焊接面性能高质稳定。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种内衬不锈钢复合管低损焊接工艺，包括以下工艺步骤：
1)取待焊接的两段内衬不锈钢复合管，管A、管B，于焊接端口面对应开设环形内槽，然后用砂纸打磨去氧化皮层，并依次用丙酮、乙醇溶液进行清理，完成后涂覆一层活性剂，并于惰性氛围下60-90℃处理20-60min，备用；
2)取与环形内槽结构适配的环形插接板，同样先打磨去除氧化皮，然后用丙酮清洗后，于表面涂覆活性剂，烘干后备用；
3)将步骤2)的环形插接板与步骤1)中的管A、管B适配插接，然后采用激光/电弧复合焊接，焊条采用钛钢材质；
4)将焊接后的产品进行退火处理，然后酸洗得成品。
作为本发明的进一步改进，管A、管B适用规格为DN(70-300)De(85-330)×(5-30)mm，环形内槽的槽深为管A、管B壁厚的1.2-2倍，槽宽为管A、管B壁厚的30-50％，且以管A或管B壁厚为标准百分比计量，开槽位置点距管A或管B外壁面的距离为壁厚的15-20％。
作为本发明的进一步改进，环形内槽为倾斜开设，且外环面倾斜度大于内环面倾斜度，外环面与水平夹角为5-10°，内环面为水平夹角为3-5°。
作为本发明的进一步改进，步骤1)、2)中活性剂为摩尔比1:0.5-1:0-1:0-1的氧化钛、氧化硅、氟化钠、氟化钙的组合物；惰性氛围为体积比1：0.6的氩气、氮气混合气。
作为本发明的进一步改进，环形插接板与环形内槽适配插接设置，环形插接板采用与管A、管B同材质的不锈钢材料制得，环形插接板外环面开设有若干环形辅料槽，环形辅料槽内嵌辅料合金，环形插接板中部贯穿开设有熔液通道，所述环形辅料槽、环形插接板、环形内槽与管A、管B为同圆心轴线。
作为本发明的进一步改进，环形辅料槽沿环形插接板宽度方向设置，环形辅料槽至少设有4个，且对称分布于熔液通道两侧，相邻两个环形辅料槽的内嵌辅料合金分别为锡铜合金和钛铜合金。
作为本发明的进一步改进，锡铜合金中锡含量为17-19wt％、铜含量为66-70wt％，钛铜合金中钛含量为58-66wt％、铜含量为28-34wt％。
作为本发明的进一步改进，步骤3)中激光/电弧复合焊接采用CO2激光与MAG电弧复合焊接，激光与电弧夹角为40±2°，焊接参数为，激光功率1000-2000w，电弧电流150-180A，保护气体选用He(85vt％)+Ar(15vt％)的混合气流，且气流量为20-25L/min。
作为本发明的进一步改进，步骤4)中退火处理具体为一次退火温度860-900℃，二次退火温度900-1000℃，三次退火温度为950-1050℃，退火速度分别为0.5-1.0m/min、0.8-1.0m/min、0.5-1.0m/min。
本发明的有益效果在于：本发明焊接过程中，在管道焊接面内置环形插接板做过渡连接，并针对性的改进焊接工艺，有效提高了焊缝处的密封性和承载性，焊接处有效使用寿命显著延长，对母材损伤性低，焊接面性能高质稳定。
相较于常规的直接在焊接端面进行焊接操作，本申请先开设环形内槽，并适配插接环形插接板，然后再进行端面缝隙的焊接，一方面可减轻熔深不足的问题，另一方面对于插接的环形插接板上表面也有选择的设置了辅助合金，以低熔点合金以及高性能的钛合金共同作用，在接触切面实现二次熔合连接，结合效果更强，相较于沿缝隙截面的受力，显然，此时受力方向性的均衡度更强，承重防断裂性更佳，且对焊缝处的防腐、耐候、密封性均具有优异的改进。
最后退火过程的多次分级式处理，除了对焊缝本身的退火处理外，同时对钛、铜、锡的合金槽体处具有良好的二次固溶效果，金相稳定性和结合力更佳，配合焊接前涂覆的活性剂，在保证焊接质量的同时有效改善了元素的内渗结合，物化性能均有明显改善。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：
图1为本发明焊接截面示意图；
图2为本发明环形插接板展平部分示意图；
图中：1管A、2管B、3环形内槽、4环形插接板、41环形辅料槽、42熔液通道、43锡铜合金、44钛铜合金。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
一种内衬不锈钢复合管低损焊接工艺，包括以下工艺步骤：
1)取待焊接的两段内衬不锈钢复合管，管A、管B(可采用现有常规不锈钢内衬复合管材料，如316L、304N等，焊条采用与母材同材质，本申请实施例以钛钢为例)，于焊接端口面对应开设环形内槽，然后用砂纸打磨去氧化皮层，并依次用丙酮、乙醇溶液进行清理，完成后涂覆一层活性剂，并于惰性氛围下60-90℃处理20-60min，备用；
2)取与环形内槽结构适配的环形插接板，同样先打磨去除氧化皮，然后用丙酮清洗后，于表面涂覆活性剂，烘干后备用；
3)将步骤2)的环形插接板与步骤1)中的管A、管B适配插接，然后采用激光/电弧复合焊接，焊条采用钛钢材质；
4)将焊接后的产品进行退火处理，然后酸洗得成品。
如图1、2所示，管A1、管B2适用规格为DN(70-300)De(85-330)×(5-30)mm，环形内槽3的槽深为管A1、管B2壁厚的1.2-2倍，槽宽为管A、管B壁厚的30-50％，且以管A或管B壁厚为标准百分比计量，开槽位置点距管A或管B外壁面的距离为壁厚的15-20％。
环形内槽3为倾斜开设，且外环面倾斜度大于内环面倾斜度，外环面与水平夹角为5-10°，内环面为水平夹角为3-5°。环形插接板4与环形内槽3适配插接设置，环形插接板4采用与管A、管B同材质的不锈钢材料制得，环形插接板4外环面开设有若干环形辅料槽41，环形辅料槽41内嵌辅料合金，环形插接板4中部贯穿开设有熔液通道42，所述环形辅料槽41、环形插接板4、环形内槽3与管A1、管B2为同圆心轴线。环形辅料槽41沿环形插接板4宽度方向设置，环形辅料槽41至少设有4个，且对称分布于熔液通道42两侧，相邻两个环形辅料槽41的内嵌辅料合金分别为锡铜合金43和钛铜合金44，且锡铜合金中锡含量为17-19wt％、铜含量为66-70wt％(优选锡含量18±0.5wt％，铜含量68±1wt％)，钛铜合金中钛含量为58-66wt％、铜含量为28-34wt％(优选钛含量63±0.5wt％，铜含量31±0.5wt％，下列实施例采用同一批次锡铜合金、钛铜合金材料)。
作为本发明的进一步优选，步骤1)、2)中活性剂为摩尔比1:0.5-1:0-1:0-1的氧化钛、氧化硅、氟化钠、氟化钙的组合物；惰性氛围为体积比1：0.6的氩气、氮气混合气。
步骤3)中激光/电弧复合焊接采用CO2激光与MAG电弧复合焊接，激光与电弧夹角为40±2°，焊接参数为，激光功率1000-2000w，电弧电流150-180A，保护气体选用He(85vt％)+Ar(15vt％)的混合气流，且气流量为20-25L/min。
步骤4)中退火处理具体为一次退火温度800-950℃，二次退火温度900-1000℃，三次退火温度为950-1050℃，退火速度分别为0.5-1.0m/min、0.8-1.0m/min、0.5-1.0m/min。
实施例2：
基于实施例1的焊接内容，对焊接工艺参数进一步进行限定，如下：
步骤1)、2)中活性剂为摩尔比1:0.5:0.5:0.5的氧化钛、氧化硅、氟化钠、氟化钙的组合物；惰性氛围为体积比1：0.6的氩气、氮气混合气。
步骤3)中激光/电弧复合焊接采用CO2激光与MAG电弧复合焊接，激光与电弧夹角为40±2°，焊接参数为，激光功率1500w，电弧电流170A，保护气体选用He(85vt％)+Ar(15vt％)的混合气流，且气流量为22.4L/min。
步骤4)中退火处理具体为一次退火温度890℃，二次退火温度950℃，三次退火温度为1000℃，退火速度分别为0.8m/min、1.0m/min、0.8m/min。
此实施例中选用的管道规格为(管A、管B相同)DN102De115×8.5mm，环形内槽的槽深为管A、管B壁厚的1.5倍，槽宽为管A、管B壁厚的45％，且以管A或管B壁厚为标准百分比计量，开槽位置点距管A或管B外壁面的距离为壁厚的20％。
实施例3：
基于实施例1的焊接内容，对焊接工艺参数进一步进行限定，如下：
步骤1)、2)中活性剂为摩尔比1:0.5:0:1的氧化钛、氧化硅、氟化钠、氟化钙的组合物；惰性氛围为体积比1：0.6的氩气、氮气混合气。
步骤3)中激光/电弧复合焊接采用CO2激光与MAG电弧复合焊接，激光与电弧夹角为40±2°，焊接参数为，激光功率1500w，电弧电流160A，保护气体选用He(85vt％)+Ar(15vt％)的混合气流，且气流量为23.5L/min。
步骤4)中退火处理具体为一次退火温度900℃，二次退火温度980℃，三次退火温度为1050℃，退火速度分别为1.0m/min、0.8m/min、0.8m/min。
此实施例中选用的管道规格为(管A、管B相同)DN102De115×8.5mm，环形内槽的槽深为管A、管B壁厚的1.5倍，槽宽为管A、管B壁厚的45％，且以管A或管B壁厚为标准百分比计量，开槽位置点距管A或管B外壁面的距离为壁厚的20％。
实施例4：
基于实施例1的焊接内容，对焊接工艺参数进一步进行限定，如下：
步骤1)、2)中活性剂为摩尔比1:1:0.5:0.5的氧化钛、氧化硅、氟化钠、氟化钙的组合物；惰性氛围为体积比1：0.6的氩气、氮气混合气。
步骤3)中激光/电弧复合焊接采用CO2激光与MAG电弧复合焊接，激光与电弧夹角为40±2°，焊接参数为，激光功率1700w，电弧电流170A，保护气体选用He(85vt％)+Ar(15vt％)的混合气流，且气流量为25.0L/min。
步骤4)中退火处理具体为一次退火温度950℃，二次退火温度900℃，三次退火温度为1000℃，退火速度分别为0.8m/min、0.8m/min、1.0m/min。
此实施例中选用的管道规格为(管A、管B相同)DN102De115×8.5mm，环形内槽的槽深为管A、管B壁厚的1.5倍，槽宽为管A、管B壁厚的45％，且以管A或管B壁厚为标准百分比计量，开槽位置点距管A或管B外壁面的距离为壁厚的20％。
实施例5：
基于实施例1的焊接内容，对焊接工艺参数进一步进行限定，如下：
步骤1)、2)中活性剂为摩尔比1:0.8:0:0的氧化钛、氧化硅、氟化钠、氟化钙的组合物；惰性氛围为体积比1：0.6的氩气、氮气混合气。
步骤3)中激光/电弧复合焊接采用CO2激光与MAG电弧复合焊接，激光与电弧夹角为40±2°，焊接参数为，激光功率1000w，电弧电流150A，保护气体选用He(85vt％)+Ar(15vt％)的混合气流，且气流量为21.8L/min。
步骤4)中退火处理具体为一次退火温度950℃，二次退火温度950℃，三次退火温度为1000℃，退火速度分别为1.0m/min、0.8m/min、1.0m/min。
此实施例中选用的管道规格为(管A、管B相同)DN102De115×8.5mm，环形内槽的槽深为管A、管B壁厚的1.5倍，槽宽为管A、管B壁厚的45％，且以管A或管B壁厚为标准百分比计量，开槽位置点距管A或管B外壁面的距离为壁厚的20％。
实施例6：
基于实施例1的焊接内容，对焊接工艺参数进一步进行限定，如下：
步骤1)、2)中活性剂为摩尔比1:1:1:0.5的氧化钛、氧化硅、氟化钠、氟化钙的组合物；惰性氛围为体积比1：0.6的氩气、氮气混合气。
步骤3)中激光/电弧复合焊接采用CO2激光与MAG电弧复合焊接，激光与电弧夹角为40±2°，焊接参数为，激光功率2000w，电弧电流160A，保护气体选用He(85vt％)+Ar(15vt％)的混合气流，且气流量为25.0L/min。
步骤4)中退火处理具体为一次退火温度860℃，二次退火温度950℃，三次退火温度为1020℃，退火速度分别为0.7m/min、0.8m/min、0.8m/min。
此实施例中选用的管道规格为(管A、管B相同)DN102De115×8.5mm，环形内槽的槽深为管A、管B壁厚的1.5倍，槽宽为管A、管B壁厚的45％，且以管A或管B壁厚为标准百分比计量，开槽位置点距管A或管B外壁面的距离为壁厚的20％。
对比例：
基于实施例2-6的焊接内容，去除环形插接板、环形内槽的结构，直接采用钛钢焊条进行焊接操作，且焊接工艺参数同实施例，得焊接成品。
空白例：直接以管A或管B木材进行测试。
将本发明实施例2-7所得成品进行性能测试，结果如下：
抗拉强度，MPa 冲击强度，J/cm2 酸腐蚀(pH2)，％ 边缘/表面裂纹，％
实施例 658±4 58.9±0.6 2.58±0.34 1.23±0.26
对比例 588±7 43.2±1.1 6.22±0.55 5.06±0.43
空白例 662±5 63.4±0.6 1.78±0.46 -
由上述表格数据可知，本申请的焊接工艺相较于传统的焊接工艺具有明显的改进，且与未焊接的母材性能相近，具有优异的性能效果。本发明焊接过程中，在管道焊接面内置环形插接板做过渡连接，并针对性的改进焊接工艺，有效提高了焊缝处的密封性和承载性，焊接处有效使用寿命显著延长，对母材损伤性低，焊接面性能高质稳定。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种内衬不锈钢复合管低损焊接工艺，其特征在于，包括以下工艺步骤：
1)取待焊接的两段内衬不锈钢复合管，管A、管B，于焊接端口面对应开设环形内槽，然后用砂纸打磨去氧化皮层，并依次用丙酮、乙醇溶液进行清理，完成后涂覆一层活性剂，并于惰性氛围下60-90℃处理20-60min，备用；
2)取与环形内槽结构适配的环形插接板，同样先打磨去除氧化皮，然后用丙酮清洗后，于表面涂覆活性剂，烘干后备用；
3)将步骤2)的环形插接板与步骤1)中的管A、管B适配插接，然后采用激光/电弧复合焊接，焊条采用钛钢材质；
4)将焊接后的产品进行退火处理，然后酸洗得成品；
其中，管A、管B适用规格为公称直径70-300mm、外径85-330mm、壁厚5-30mm，环形内槽的槽深为管A、管B壁厚的1.2-2倍，槽宽为管A、管B壁厚的30-50％，且以管A或管B壁厚为标准百分比计量，开槽位置点距管A或管B外壁面的距离为壁厚的15-20％。
2.根据权利要求1所述的内衬不锈钢复合管低损焊接工艺，其特征在于：所述环形内槽为倾斜开设，且外环面倾斜度大于内环面倾斜度，外环面与水平夹角为5-10°，内环面与水平夹角为3-5°。
3.根据权利要求1所述的内衬不锈钢复合管低损焊接工艺，其特征在于：所述步骤1)、2)中活性剂为摩尔比1:0.5-1:0-1:0-1的氧化钛、氧化硅、氟化钠、氟化钙的组合物；惰性氛围为体积比1：0.6的氩气、氮气混合气。
4.根据权利要求1所述的内衬不锈钢复合管低损焊接工艺，其特征在于：所述环形插接板与环形内槽适配插接设置，环形插接板采用与管A、管B同材质的不锈钢材料制得，环形插接板外环面开设有若干环形辅料槽，环形辅料槽内嵌辅料合金，环形插接板中部贯穿开设有熔液通道，所述环形辅料槽、环形插接板、环形内槽与管A、管B为同圆心轴线。
5.根据权利要求4所述的内衬不锈钢复合管低损焊接工艺，其特征在于：所述环形辅料槽沿环形插接板宽度方向设置，环形辅料槽至少设有4个，且对称分布于熔液通道两侧，相邻两个环形辅料槽的内嵌辅料合金分别为锡铜合金和钛铜合金。
6.根据权利要求5所述的内衬不锈钢复合管低损焊接工艺，其特征在于：所述锡铜合金中锡含量为17-19wt％、铜含量为66-70wt％，钛铜合金中钛含量为58-66wt％、铜含量为28-34wt％。
7.根据权利要求1所述的内衬不锈钢复合管低损焊接工艺，其特征在于：所述步骤3)中激光/电弧复合焊接采用CO2激光与MAG电弧复合焊接，激光与电弧夹角为40±2°，焊接参数为，激光功率1000-2000w，电弧电流150-180A，保护气体选用He+Ar的混合气流，且He、Ar体积百分比为85:15，气流量为20-25L/min。
8.根据权利要求1所述的内衬不锈钢复合管低损焊接工艺，其特征在于：所述步骤4)中退火处理具体为一次退火温度860-900℃，二次退火温度900-1000℃，三次退火温度为950-1050℃，退火速度分别为0.5-1.0m/min、0.8-1.0m/min、0.5-1.0m/min。
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