一種雙金屬復(fù)合管焊接方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種雙金屬復(fù)合管焊接方法,屬于金屬材料焊接領(lǐng)域。所述方法至少包括:步驟1)內(nèi)堆焊前管口機(jī)加工;步驟2)管內(nèi)表面堆焊焊接;步驟3)焊后削平及坡口加工;步驟4)現(xiàn)場組對及焊接工藝步驟;焊接過程采用100%二氧化碳?xì)怏w(CO2)保護(hù)電弧焊。通過將雙金屬復(fù)合管管端處覆層和基層采用優(yōu)質(zhì)、高效、低稀釋率的管口內(nèi)堆焊技術(shù),將管口處的覆層和基層由傳統(tǒng)的機(jī)械式復(fù)合改進(jìn)為分子結(jié)合,使復(fù)合管因自身結(jié)構(gòu)導(dǎo)致的應(yīng)力集中部位和對接焊縫融合線的薄弱部位分離,避免焊接裂紋和氣孔的產(chǎn)生,使焊接接頭的耐蝕性能提高,減小了現(xiàn)場對接焊的施工難度,施工工效高,焊接質(zhì)量可靠,成本低。尤其適用于大口徑雙金屬復(fù)合管的環(huán)焊焊接。
【專利說明】一種雙金屬復(fù)合管焊接方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及金屬材料焊接領(lǐng)域,特別涉及一種雙金屬復(fù)合管焊接方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 雙金屬復(fù)合鋼管是將鍍鋅鋼管或焊管、無縫鋼管和壁厚更薄的不銹鋼管強(qiáng)力嵌合 在一起的新型復(fù)合管材。雙金屬復(fù)合管基層(基管)采用碳鋼或低合金鋼管,覆層(內(nèi)襯管) 采用薄壁不銹鋼,具有強(qiáng)度高、抗腐蝕性能好、造價低的特點(diǎn),外基管負(fù)責(zé)承壓和管道剛性 支撐的作用,內(nèi)襯管承擔(dān)耐腐蝕的作用,雙金屬復(fù)合管廣泛應(yīng)用于油田、化工、電力等工業(yè) 領(lǐng)域,尤其在石油天然氣集輸管線、油氣井套管中已普遍推廣應(yīng)用。
[0003] 傳統(tǒng)的雙金屬復(fù)合鋼管焊接技術(shù)主要有兩種:第一種是先進(jìn)行內(nèi)壁復(fù)層的焊接, 然后進(jìn)行過渡層和基層的焊接,焊接材料全部用不銹鋼。第二種是焊縫分為覆層焊縫和基 層焊縫,兩次焊接而成,無單獨(dú)的不銹鋼復(fù)合層焊縫,覆層焊縫的焊接材料采用不銹鋼材 料,低碳鋼基層焊縫的焊條采用低碳鋼焊條。
[0004] 在實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的過程中,發(fā)明人發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)至少存在以下問題:
[0005] 現(xiàn)有第一種焊接技術(shù)存在的缺陷是:a覆層厚度較薄(小于2_)時,第一層焊接容 易產(chǎn)生燒穿缺陷;b焊接復(fù)層時,由于熱收縮,覆層可能與基層分離形成縫隙,過渡焊接容 易產(chǎn)生缺陷;c制管過程中覆層與基層之間可能存在的空氣、水或贓物在過渡層焊接時可 能在焊縫中造成氣孔缺陷。
[0006] 現(xiàn)有第二種焊接技術(shù)存在的缺陷是:a第一層過渡層焊接時,制管過程中覆層與 基層之間可能存在的空氣、水或贓物在過渡層焊接時可能中造成氣孔缺陷,從而造成焊縫 的耐蝕性能的嚴(yán)重下降;b進(jìn)行第二層焊縫焊接時,采用碳鋼成分的焊接材料在不銹鋼成 分的過渡層焊道上焊接,使焊縫中cr、ni合金元素增高,容易形成淬硬的馬氏體組織,影響 接頭的塑性、韌性,嚴(yán)重時還可能產(chǎn)生冷裂紋。
[0007] 而且,這兩種焊接技術(shù)還存在共同的缺陷:焊縫產(chǎn)生錯邊時,接頭處焊縫耐蝕層有 效厚度減少,使焊接接頭的耐蝕性能降低。
[0008] 目前,雙金屬復(fù)合鋼管普遍采用機(jī)械復(fù)合工藝,基層和覆層依靠脹緊力貼合,常 規(guī)工藝是對接焊之前先用氬弧焊將基層和覆層管端封焊,再現(xiàn)場對接焊,這種焊接工藝 使管口封焊位置有較大的應(yīng)力集中,容易產(chǎn)生裂紋。尤其是大口徑雙金屬復(fù)合管(直徑 > 350mm),因鋼管曲率小,脹緊力相對小,管口封焊位置的應(yīng)力集中更為嚴(yán)重,更容易產(chǎn)生 裂紋,在現(xiàn)場焊接雙金屬復(fù)合管的技術(shù)難度很大,且由于無損檢測時裂紋缺陷不易檢出,造 成質(zhì)量隱患。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0009] 為了解決現(xiàn)有技術(shù)的問題,本發(fā)明實(shí)施例提供了一種雙金屬復(fù)合管焊接方法。采 用優(yōu)質(zhì)、高效、低稀釋率的管口內(nèi)堆焊技術(shù),避免焊接裂紋和氣孔的產(chǎn)生,提高耐蝕性能,施 工工效高,焊接質(zhì)量可靠。所述技術(shù)方案如下:
[0010] 一種雙金屬復(fù)合管焊接方法,所述方法至少包括:步驟1)內(nèi)堆焊前管口機(jī)加工; 步驟2)管內(nèi)表面堆焊焊接;步驟3)焊后削平及坡口加工;步驟4)現(xiàn)場組對及焊接工藝步 驟;焊接過程采用100%二氧化碳?xì)怏w(CO2)保護(hù)電弧焊。
[0011] 具體地,所述步驟1)內(nèi)堆焊前管口機(jī)加工;包括切削雙金屬復(fù)合管管口附近切削 段的覆層和部分基層;所述步驟2)管內(nèi)表面堆焊焊接;包括在所述步驟1)切削加工的部位 內(nèi)堆焊覆層金屬;所述步驟3)焊后削平及坡口加工;包括在所述步驟2)后切削內(nèi)堆焊層高 出部分及管口預(yù)留段,形成坡口;所述步驟4)現(xiàn)場組對及焊接;包括將所述步驟3)加工后 的雙金屬復(fù)合管組對、焊接成管線。
[0012] 具體地,所述步驟1)內(nèi)堆焊前管口機(jī)加工;是將管端所述切削段長度為30-100mm 的所述覆層切除,并切削所述基層壁厚度為l±〇. 3mm ;所述管口預(yù)留段長度為10-40mm。
[0013] 具體地,所述步驟2)管內(nèi)表面堆焊焊接;是采用不銹鋼實(shí)心焊絲的熔化極氣體保 護(hù)焊對所述切削段內(nèi)表面堆焊至少兩層的覆層金屬,堆焊分次進(jìn)行,每次焊接一層,使用與 覆層材料相同,或者選用鉻、鎳元素含量高的不銹鋼焊材。
[0014] 進(jìn)一步地,所述切削段的第一層堆焊焊材牌號選用E309LT1-1過渡焊焊絲,所述 第二層堆焊焊材牌號選用E316LT1-1堆焊焊絲;所述切削段表面第一層堆焊和第二層堆焊 的焊接工藝參數(shù)為:焊材直徑為I. 2mm ;焊接電流為160-200A ;電弧電壓為25-29V ;焊接速 度為50-60cm/min ;保護(hù)氣體流量為15-25L/min。
[0015] 具體地,所述步驟3)焊后削平及坡口加工;是將所述切削段內(nèi)堆焊層高出部分切 除與原管道內(nèi)壁平齊,堆焊金屬表面高出原管道內(nèi)壁表面的允許范圍高度為〇-〇. 2_,且不 低于原管道內(nèi)壁,并將所述管口預(yù)留段切除并倒出所述坡口,所述坡口角度為25° -29°。
[0016] 具體地,所述步驟4)現(xiàn)場組對及焊接;是采用鎢極氬弧焊工藝進(jìn)行a根焊、b過渡 焊,采用自保護(hù)藥芯焊絲半自動焊進(jìn)行c填充焊、d蓋面焊。
[0017] 進(jìn)一步地,所述a根焊采用鎢極惰性氣體保護(hù)焊(GTAW),所述a根焊焊接工藝參數(shù) 為:焊材型號為ER316L ;焊材直徑為2. 5mm ;焊接方向為上向;焊接電流為55-80A ;電弧電 壓為8-13V ;焊接速度為5-12cm/min ;背面氬氣流量為10-15L/min。
[0018] 進(jìn)一步地,所述b過渡焊采用鎢極惰性氣體保護(hù)焊(GTAW),所述第一層過渡焊和 第二層過渡焊的焊接工藝參數(shù)為:焊材型號為ER309 ;焊材直徑為2. 5mm ;焊接方向為上 向;焊接電流為60-100A ;電弧電壓為8-13V ;焊接速度為6-13cm/min ;背面氬氣流量為 10-15L/min。
[0019] 進(jìn)一步地,所述C填充焊采用自保護(hù)藥芯焊絲半自動焊(FCAW),所述c填充焊的焊 接工藝參數(shù)為:焊材型號為E71T8-NilJ ;焊材直徑為2. Omm;焊接方向為下向;焊接電流為 200-280A ;電弧電壓為19-21V ;焊接速度為14-28cm/min。
[0020] 進(jìn)一步地,所述d蓋面焊采用自保護(hù)藥芯焊絲半自動焊(FCAW),所述d蓋面焊的焊 接工藝參數(shù)為:焊材型號為E71T8-NilJ ;焊材直徑為2. Omm;焊接方向為下向;焊接電流為 200-260A ;電弧電壓為18-21V ;焊接速度為12-26cm/min。
[0021] 本發(fā)明實(shí)施例提供的技術(shù)方案帶來的有益效果是:
[0022] 通過將雙金屬復(fù)合管管端處覆層和基層采用優(yōu)質(zhì)、高效、低稀釋率的管口內(nèi)堆焊 技術(shù),將管口處的覆層和基層由傳統(tǒng)的機(jī)械式復(fù)合改進(jìn)為分子結(jié)合,克服了現(xiàn)有技術(shù)存在 的缺陷,使復(fù)合管因自身結(jié)構(gòu)導(dǎo)致的應(yīng)力集中部位和對接焊縫融合線的薄弱部位分離,避 免焊接裂紋和氣孔的產(chǎn)生,使焊接接頭的耐蝕性能提高,減小了現(xiàn)場對接焊的施工難度,本 焊接方法施工工效高,焊接質(zhì)量可靠,成本低。適用于輸送、煉油、化工等領(lǐng)域雙金屬復(fù)合管 及管件的焊接,特別適用于大口徑雙金屬復(fù)合管的環(huán)焊焊接,具有廣闊的應(yīng)用前景。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0023] 為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案,下面將對實(shí)施例描述中所需要使 用的附圖作簡單地介紹,顯而易見地,下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例,對于 本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講,在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下,還可以根據(jù)這些附圖獲得其他 的附圖。
[0024] 圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的雙金屬復(fù)合管焊接方法的內(nèi)堆焊前完成機(jī)加工后的 復(fù)合管一端剖面示意圖;
[0025] 圖2是本發(fā)明實(shí)施例提供的雙金屬復(fù)合管焊接方法的內(nèi)堆焊后修磨坡口前的復(fù) 合管一端剖面示意圖;
[0026] 圖3是本發(fā)明實(shí)施例提供的雙金屬復(fù)合管焊接方法的坡口加工完成后的復(fù)合管 一端剖面示意圖。
[0027] 圖中各符號表示含義如下:
[0028] 1基層,2覆層,3切削段,4管口預(yù)留段,5坡口。
【具體實(shí)施方式】
[0029] 為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚,下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明實(shí)施方 式作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。
[0030] 參見圖1、圖2、圖3所示,以外徑為508mm的雙金屬復(fù)合管相對焊接為例,碳鋼基 層1厚度為16mm,不銹鋼覆層2厚度為2mm。
[0031] 具體地,作為優(yōu)選,所述雙金屬復(fù)合管焊接方法至少包括:步驟1)內(nèi)堆焊前管口 機(jī)加工;包括切削雙金屬復(fù)合管管口附近切削段3的覆層2和部分基層1 ;步驟2)管內(nèi)表面 堆焊焊接;包括在步驟1)切削加工的部位內(nèi)堆焊覆層金屬;步驟3)焊后削平及坡口加工; 包括在步驟2)后切削內(nèi)堆焊層高出部分及管口預(yù)留段4,形成坡口 5 ;步驟4)現(xiàn)場組對及 焊接等工藝步驟;包括將步驟3)切削及加工后的雙金屬復(fù)合管組對、焊接成管線。焊接過 程采用100%二氧化碳?xì)怏w(CO 2)保護(hù)電弧焊。以下對各工藝步驟進(jìn)行詳細(xì)說明:
[0032] 步驟1)內(nèi)堆焊前管口機(jī)加工;
[0033] 具體地,對管口橢圓度進(jìn)行校正后,在管端一定長度范圍內(nèi)采用機(jī)械加工方法進(jìn) 行切削,如圖1,將管端切削段3長度為30-100mm范圍的覆層2切除,并切削基層1壁厚度 為1 ±0. 3_ ;為防止管口因堆焊焊接應(yīng)力產(chǎn)生縮徑變形,管口預(yù)留段4長度為10-40_,不 進(jìn)行切削,以增加管口剛度;
[0034] 進(jìn)一步地,所述切削管口的切削段3長度為40 ± 5mm,總切削深度為3 ±0. 25mm,其 中覆層2的切削深度為2臟,基層1的切削深度為1±0· 25mm ;管口預(yù)留段4長度為20mm。
[0035] 步驟2)管內(nèi)表面堆焊焊接;
[0036] 具體地,采用不銹鋼實(shí)心焊絲的熔化極氣體保護(hù)焊對切削段3內(nèi)表面堆焊至少兩 層的覆層金屬,如圖2,堆焊分次進(jìn)行,每次焊接一層,使用與覆層材料相同,或者選用鉻、鎳 元素含量更高的不銹鋼焊材,焊接過程采用100%二氧化碳?xì)怏w(CO2)保護(hù)電弧焊,該氣體保 護(hù)焊是以二氧化碳?xì)鉃楸Wo(hù)氣體,進(jìn)行焊接的方法,操作簡單,適于自動焊和全方位焊接。
[0037] 進(jìn)一步地,所述切削段3的第一層堆焊焊材牌號選用E309LT1-1過渡焊焊絲,所述 第二層堆焊焊材牌號選用E316LT1-1堆焊焊絲;所述切削段3表面第一層堆焊和第二層堆 焊的焊接工藝參數(shù)為:焊材直徑為I. 2mm ;焊接電流為160-200A ;電弧電壓為25-29V ;焊接 速度為50-60cm/min ;保護(hù)氣體流量為15-25L/min。
[0038] 綜上所述,所述步驟2)管內(nèi)表面堆焊焊接工藝的主要參數(shù)祥見下表1 :
【權(quán)利要求】
1. 一種雙金屬復(fù)合管焊接方法,其特征在于,所述方法至少包括:步驟1)內(nèi)堆焊前管 口機(jī)加工;步驟2)管內(nèi)表面堆焊焊接;步驟3)焊后削平及坡口加工;步驟4)現(xiàn)場組對及 焊接工藝步驟;焊接過程采用100%二氧化碳?xì)怏w(C02)保護(hù)電弧焊。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙金屬復(fù)合管焊接方法,其特征在于,所述步驟1)內(nèi)堆焊前 管口機(jī)加工;包括切削雙金屬復(fù)合管管口附近切削段(3)的覆層(2)和部分基層(1);所述 步驟2)管內(nèi)表面堆焊焊接;包括在所述步驟1)切削加工的部位內(nèi)堆焊覆層金屬;所述步驟 3)焊后削平及坡口加工;包括在所述步驟2)后切削內(nèi)堆焊層高出部分及管口預(yù)留段(4), 形成坡口(5);所述步驟4)現(xiàn)場組對及焊接;包括將所述步驟3)加工后的雙金屬復(fù)合管組 對、焊接成管線。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的雙金屬復(fù)合管焊接方法,其特征在于,所述步驟1)內(nèi)堆焊前 管口機(jī)加工;是將管端所述切削段(3)長度為30-100mm的所述覆層(2)切除,并切削所述 基層⑴壁厚度為l±〇. 3mm ;所述管口預(yù)留段⑷長度為10-40mm。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的雙金屬復(fù)合管焊接方法,其特征在于,所述步驟2)管內(nèi)表面 堆焊焊接;是采用不銹鋼實(shí)心焊絲的熔化極氣體保護(hù)焊對所述切削段(3)內(nèi)表面堆焊至少 兩層的覆層金屬,堆焊分次進(jìn)行,每次焊接一層,使用與覆層材料相同,或者選用鉻、鎳元素 含量1?的不鎊鋼焊材。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的雙金屬復(fù)合管焊接方法,其特征在于,所述切削段(3)的第 一層堆焊焊材牌號選用E309LT1-1過渡焊焊絲,所述第二層堆焊焊材牌號選用E316LT1-1 堆焊焊絲;所述切削段(3)表面第一層堆焊和第二層堆焊的焊接工藝參數(shù)為:焊材直徑為 1. 2mm ;焊接電流為160-200A ;電弧電壓為25-29V ;焊接速度為50-60cm/min ;保護(hù)氣體流 量為 15-25L/min。
6. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的雙金屬復(fù)合管焊接方法,其特征在于,所述步驟3)焊后削平 及坡口加工;是將所述切削段(3)內(nèi)堆焊層高出部分切除與原管道內(nèi)壁平齊,堆焊金屬表 面高出原管道內(nèi)壁表面的允許范圍高度為〇_〇. 2_,且不低于原管道內(nèi)壁,并將所述管口預(yù) 留段⑷切除并倒出所述坡口(5),所述坡口(5)角度為25° -29°。
7. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的雙金屬復(fù)合管焊接方法,其特征在于,所述步驟4)現(xiàn)場組對 及焊接;是采用鎢極氬弧焊工藝進(jìn)行a根焊、b過渡焊,采用自保護(hù)藥芯焊絲半自動焊進(jìn)行 c填充焊、d蓋面焊。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的雙金屬復(fù)合管焊接方法,其特征在于,所述a根焊采用鎢 極惰性氣體保護(hù)焊(GTAW),所述a根焊焊接工藝參數(shù)為:焊材型號為ER316L ;焊材直徑為 2. 5mm ;焊接方向為上向;焊接電流為55-80A ;電弧電壓為8-13V ;焊接速度為5-12cm/min ; 背面氦氣流量為l〇_15L/min。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的雙金屬復(fù)合管焊接方法,其特征在于,所述b過渡焊采用鎢 極惰性氣體保護(hù)焊(GTAW),所述第一層過渡焊和第二層過渡焊的焊接工藝參數(shù)為:焊材型 號為ER309 ;焊材直徑為2. 5mm ;焊接方向為上向;焊接電流為60-100A ;電弧電壓為8-13V ; 焊接速度為6-13cm/min ;背面氬氣流量為10-15L/min。
10. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的雙金屬復(fù)合管焊接方法,其特征在于,所述c填充焊采用自 保護(hù)藥芯焊絲半自動焊(FCAW),所述c填充焊的焊接工藝參數(shù)為:焊材型號為E71T8-NilJ ; 焊材直徑為2. 0mm ;焊接方向為下向;焊接電流為200-280A ;電弧電壓為19-21V ;焊接速度 為 14_28cm/min〇
11.根據(jù)權(quán)利要求7所述的雙金屬復(fù)合管焊接方法,其特征在于,所述d蓋面焊采用自 保護(hù)藥芯焊絲半自動焊(FCAW),所述d蓋面焊的焊接工藝參數(shù)為:焊材型號為E71T8-NilJ ; 焊材直徑為2. Omm ;焊接方向為下向;焊接電流為200-260A ;電弧電壓為18-21V ;焊接速度 為 12_26cm/min。
【文檔編號】B23P15/00GK104339123SQ201310329887
【公開日】2015年2月11日 申請日期:2013年7月31日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月31日
【發(fā)明者】王京, 張成杰, 楊建強(qiáng), 王成, 蒲江濤, 馬明, 李原紅, 葉建波, 冉偉, 馬文賀, 毛賓, 吳愛軍, 王新, 張峰, 李衛(wèi)國, 陳慧嫻 申請人:中國石油天然氣集團(tuán)公司, 新疆石油工程建設(shè)有限責(zé)任公司