CN101362249A - 一种双相不锈钢双金属复合管的环焊焊接方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双相不锈钢双金属复合管的环焊焊接方法，包括以下步骤：(a)坡口处理：双相不锈钢双金属复合管由双相不锈钢制内衬管和碳钢制基管组成，先将基管的焊接面处理成角度为45－55°的V形坡口且内衬管伸出基管2－3mm；(b)封口焊：用钨极氩弧焊焊接基管和内衬管间的连接端口，采用双相不锈钢焊丝且焊接电流为65－80A；(c)打底焊：用钨极氩弧焊焊接内衬管间的连接端口，采用双相不锈钢焊丝且焊接电流为60－90A；(d)基管焊：用电弧焊焊接基管间的连接端口，采用双相不锈钢焊条。本发明工序步骤简单、所用焊接材料少且焊接合格率高，能减少或避免焊接缺陷，大大提高生产效率。

Description

一种双相不锈钢双金属复合管的环焊焊接方法

技术领域

本发明涉及一种双金属复合管焊接方法，特别是涉及一种双相不锈钢双金属复合管的环焊焊接方法。

背景技术

近年来，随着双金属复合管的应用日益广泛，相继出现了多种针对复合管的不同类型焊接方法。经检索，尚未发现有关于双相不锈钢复合管的焊接方法。目前，双金属复合管普遍应用的焊接方法大都将焊接过程分为封口焊缝、衬层打底焊缝、过渡焊缝和基管焊缝四个部分的焊接，首先采用氩弧焊进行封口焊，然后进行氩弧焊不锈钢衬层打底焊，以保证衬层化学成分中的Cr、Ni含量，从而保证耐蚀层的耐蚀性；再采用不锈钢焊条进行电弧焊过渡焊，防止基管碳钢管中C、S、P等有害元素对耐蚀层的稀释作用；最后，为了保证基管力学性能，采用常规碳钢焊条进行基管焊接。因而，上述焊接方法需要在焊接过程中采用多种不同的焊接工艺及焊接材料，工艺复杂，容易出现气孔、夹渣和裂纹等缺陷。

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中的不足，提供一种双相不锈钢双金属复合管的环焊焊接方法，其工序步骤简单、所用焊接材料少且焊接合格率高，焊缝力学性能及耐蚀性优良，能够减少或避免气孔、夹渣和裂纹等焊接缺陷，大大提高生产效率。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种双相不锈钢双金属复合管的环焊焊接方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

(a)坡口处理：双相不锈钢双金属复合管由双相不锈钢制内衬管和套装在内衬管外侧的碳钢制基管组成，先将基管的焊接面经机械加工处理成V形坡口，所述坡口的角度为45-55°，且保证内衬管伸出基管部分即钝边的长度为2-3mm；

(b)封口焊：采用钨极氩弧焊焊接机对基管和内衬管间的连接端口进行封口焊，所用焊丝为双相不锈钢焊丝且焊接电流为65-80A；

(c)打底焊：采用钨极氩弧焊焊接机对内衬管间的连接端口进行打底焊，所用焊丝为双相不锈钢焊丝且焊接电流为60-90A；

(d)基管焊：采用电弧焊焊接机对基管间的连接端口进行焊接，所用焊条为双相不锈钢焊条。

步骤(b)中所述的封口焊焊接时，保证不烧透内衬管。

所述步骤(c)和步骤(d)中进行焊接时，均在所述双相不锈钢双金属复合管内通入氩气进行保护。

所述内衬管的壁厚为0.6-2mm。

步骤(a)中所述钝边的长度为2mm。

步骤(b)中所述的封口焊和步骤(c)中所述的打底焊均采用手工钨极氩弧焊，步骤(d)中所述的基管焊采用手工电弧焊。

步骤(b)和步骤(c)中所述的双相不锈钢焊丝均为双相不锈钢焊丝ER2209；所述双相不锈钢焊丝ER2209含有以下按重量百分比计的化学成分：C≤0.03％，Cr 21.5-23.5％，Ni 7.5-9.5％，Mo 2.5-3.5％，Mn 0.5-2.0％，Si≤0.9％，S≤0.03％，P≤0.03％，Cu0.08-0.2％，N≤0.75％。

步骤(d)中所述的双相不锈钢焊条为双相不锈钢焊条E2209-17；所述双相不锈钢焊条E2209-17含有以下按重量百分比计的化学成分：C≤0.04％，Cr 21.5-23.5％，Ni 8.5-10.5％，Mo 2.5-3.5％，Mn 0.5-2.0％，Si≤0.9％，S≤0.03％，P≤0.04％，Cu0.08-0.2％，N≤0.75％。

所述内衬管的材质为2205双相不锈钢。

本发明与现有技术相比具有以下优点：1、焊接工艺简单化，焊缝力学性能及耐蚀性优良，能够减少或避免常规焊接方法中容易出现的气孔、夹渣和裂纹等焊接缺陷；2、焊接合格率高，劳动生产效率大大提高；3、基管首先经机械加工处理后的坡口角度为45-55°，此坡口角度既可以保证良好的焊缝成形，有利于控制焊缝的熔合比；同时又可以减少焊材的填充量，降低焊接过程的热输入，并能保证焊接接头的力学性能；4、进行封口焊之前，经机械加工使内衬管伸出基管部分一个长度为2-3mm的钝边，这样经封口焊后进一步进行打底焊时，能将打底焊简化为薄壁双相不锈钢管间的焊接，而不再是碳钢管和不锈钢异种金属材料的焊接，因此有利于保障打底层焊缝为纯双相不锈钢成分，避免碳钢基管中的碳等有害元素的稀释作用，最终确保焊缝的耐蚀性；5、由于内衬管很薄(最大为2mm)，因此封口焊的焊接电流不宜过大，一般以65-80A为宜，这样能够降低热输入，控制封焊热影响区及焊缝的力学及耐蚀性能；同时，封口焊过程中须避免烧穿衬层，同时控制氩弧焊的操作手法，降低基管母材的熔合比。综上，采用本发明在焊接双相不锈钢复合管时，不但可以保证内衬管焊缝化学成分均匀，同时还可以保证内衬管焊缝获得均衡的奥氏体和铁素体相比例的金相组织，经过试验测定，内衬管焊缝及热影响区金相组织中铁素体含量为40-50％，确保最终形成的双相不锈钢复合管焊缝具有优良的耐蚀性；同时，最终成型的复合管焊缝接头的力学性能也得到良好地保证，经试验测试，其抗拉强度≥690MPa，远高于基管本身的抗拉强度(L360管线钢的抗拉强度460MPa)。因此，本方法所得的焊缝不但保证了双相不锈钢双金属复合管的耐蚀性，同时最终成型的复合管焊缝接头也具有比基管更加优良的力学性能。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明所焊接双相不锈钢双金属复合管的结构示意图。

图2为本发明所焊接双相不锈钢双金属复合管焊接处的结构示意图。

附图标记说明：

1—基管；       2—内衬管；     3—封口焊焊缝；

4—打底焊焊缝； 5—基管焊焊缝； 6—钝边。

具体实施方式

本发明双相不锈钢双金属复合管的环焊焊接方法包括以下步骤：

第一步、坡口处理：如图1所示，双相不锈钢双金属复合管由壁厚为0.6-2mm的双相不锈钢制内衬管2和套装在内衬管2外侧的碳钢制基管1组成；先将基管1的焊接面经机械加工处理V形坡口，所述坡口的角度α为45-55°，且保证内衬管2伸出基管1部分即钝边6的长度为2-3mm。本实施例中，基管1为20钢且其壁厚为7mm，实践中，基管1也可选用20G钢、L245NB管线钢或L360管线钢等；内衬管2的材质为2205双相不锈钢且其壁厚为2mm。首先，经常规机械加工将基管1的焊接面处理成坡口角度α为44±4°的坡口，加工后要保证坡口表面没有裂纹、油污等杂质，其具体机械加工步骤是：先采用普通车床并按所确定好的V形坡口角度α加工处理基管1的端口，最终将基管1的焊接面处理成一个V形坡口，需注意的是避免损伤内衬管2，在使用车床粗加工之后，再采用手工打磨工具进行最后的细加工。另外，本实施例中，内衬管2的钝边6的长度为2mm。

机械加工处理完后，采用普通清洗剂分别对基管1和内衬管2的焊接面进行清洗。本实施例中，采用丙酮对基管1和内衬管2的焊接面进行清洗，实践中也可用酒精作为其清洗剂。

第二步、封口焊：采用钨极氩弧焊焊接机对基管1和内衬管2间的连接端口进行封口焊，所用焊丝为双相不锈钢焊丝且焊接电流为65-80A。结合图2，本实施例中，采用手工钨极氩弧焊进行封口焊，其所选用焊丝为双相不锈钢焊丝ER2209且焊丝直径Φ为2.0mm。焊接完成后，在基管1和内衬管2的钝边6之间形成封口焊焊缝3。焊接过程中，焊缝处若有气孔、裂纹等缺陷，必须清除干净后再重新进行焊接。需注意的是：在封口焊焊接时保证不烧透内衬管2。

第三步、打底焊：采用钨极氩弧焊焊接机对内衬管2间的连接端口进行打底焊，所用焊丝为双相不锈钢焊丝且焊接电流为60-90A。

当基管1和内衬管2的管口对好以后，沿封口焊焊缝管周均匀点焊四点定位，再在内衬管2内通入氩气进行保护，然后进行打底焊。结合图2，本实施例中，采用手工钨极氩弧焊进行打底焊，其所选用焊丝为ER2209且焊丝直径Φ为2.0mm，并且焊接过程中，在所述双相不锈钢双金属复合管管内通入氩气进行保护，其保护气体氩气的纯度≥99.9％。焊接完成后，在基管1和内衬管2之间形成打底焊焊缝4。焊接过程中，焊缝处若有气孔、裂纹等缺陷，必须清除干净后再重新进行焊接。在对焊口进行检验并确保检验合格后，再进行基管焊。

另外，第二步和第三步中所用的双相不锈钢焊丝ER2209组分相同，含有以下按重量百分比计的化学成分：C≤0.03％，Cr 21.5-23.5％，Ni7.5-9.5％，Mo 2.5-3.5％，Mn 0.5-2.0％，Si≤0.9％，S≤0.03％，P≤0.03％，Cu0.08-0.2％，N≤0.75％，余量为铁。

本实施例中，内衬管2即母材和最终形成的双相不锈钢打底焊焊缝4即内衬管2焊缝除铁之外，二者含有的其他化学组分及含量对比见表1：

表1

         内衬管2和内衬管2焊缝的化学成分(％)

 

	C	Cr	Ni	Mo	Mn	Si	S	P	N
										母材	≤0.03	21-23	4.5-6.5	2.5-3.5	≤2.0	≤1.0	≤0.03	≤0.03	0.08-0.2
焊缝	0.019	21.36	6.00	2.93	1.48	0.45	0.001	0.023	0.11

由表1可以看出，最终形成的内衬管2焊缝的化学成分符合母材要求，可以有效地保证内衬管2的耐蚀性。

第四步、基管焊：采用电弧焊焊接机对基管1间的连接端口进行焊接，所用焊条为双相不锈钢焊条。结合图2，本实施例中，基管焊采用手工电弧焊，所用焊条为E2209-17且焊条直径Φ为2.5mm，其基管焊采用多层多道焊，在焊接过程中清理焊缝表面熔渣并检查咬边、未熔合等缺陷，最终形成基管焊焊缝5。同样，焊接过程中，在所述双相不锈钢双金属复合管管内通入氩气进行保护，其保护气体氩气的纯度≥99.9％。另外，所述双相不锈钢焊条E2209-17含有以下按重量百分比计的化学成分：C≤0.04％，Cr21.5-23.5％，Ni 8.5-10.5％，Mo 2.5-3.5％，Mn 0.5-2.0％，Si≤0.9％，S≤0.03％，P≤0.04％，Cu0.08-0.2％，N≤0.75％，余量为铁。

综上，本发明将双相不锈钢复合管的焊接过程分为复合管端口封口焊、内衬管打底焊和基管焊三部分，也就是说，其将传统的过渡焊缝焊接和基管焊缝焊接合二为一。具体是：1、采用氩弧焊进行复合管端口封口焊，其主要作用是阻隔基管1中碳等有害元素的扩散以及密封基管1和内衬管2之间的间隙等，封口焊采用的焊丝是与内衬管2母材同质的双相不锈钢焊丝；2、封焊完成后，内衬管2的打底焊采用钨极氩弧焊，焊接过程中双相不锈钢复合管管内进行充氩保护，焊丝采用与内衬管2母材同质的双相不锈钢焊丝，打底焊主要目的在于形成与母材化学成分和性能一致的耐蚀合金层；3、打底焊完成后，采用手工电弧焊焊接基管1，焊条采用与内衬管2母材同质的双相不锈钢母材并最终形成基管焊缝，其选用双相不锈钢焊条进行基管焊接，不但可以保证内衬管2的耐蚀性，而且可以获得比基管1力学性能更加优良的焊接接头。为了保证焊缝质量，在整个焊接过程中即在封口焊、打底焊和基管焊焊接过程中，其焊枪内充入氩气进行保护；另外，在打底焊和基管焊焊接过程中，始终保持双相不锈钢复合管管内进行充氩保护，其在管内充氩保护的目的是保证双相不锈钢复合管管内内衬管2的焊缝不被氧化，确保其耐蚀性。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本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)

1.一种双相不锈钢双金属复合管的环焊焊接方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

(a)坡口处理：双相不锈钢双金属复合管由双相不锈钢制内衬管(2)和套装在内衬管(2)外侧的碳钢制基管(1)组成，先将基管(1)的焊接面经机械加工处理成V形坡口，所述坡口的角度为45-55°，且保证内衬管(2)伸出基管(1)部分即钝边(6)的长度为2-3mm；

(b)封口焊：采用钨极氩弧焊焊接机对基管(1)和内衬管(2)间的连接端口进行封口焊，所用焊丝为双相不锈钢焊丝且焊接电流为65-80A；

(c)打底焊：采用钨极氩弧焊焊接机对内衬管(2)间的连接端口进行打底焊，所用焊丝为双相不锈钢焊丝且焊接电流为60-90A；

(d)基管焊：采用电弧焊焊接机对基管(1)间的连接端口进行焊接，所用焊条为双相不锈钢焊条。

2.按照权利要求1所述的一种双相不锈钢双金属复合管的环焊焊接方法，其特征在于：步骤(b)中所述的封口焊焊接时，保证不烧透内衬管(2)。

3.按照权利要求1或2所述的一种双相不锈钢双金属复合管的环焊焊接方法，其特征在于：所述步骤(c)和步骤(d)中进行焊接时，均在所述双相不锈钢双金属复合管内通入氩气进行保护。

4.按照权利要求1或2所述的一种双相不锈钢双金属复合管的环焊焊接方法，其特征在于：所述内衬管(2)的壁厚为0.6-2mm。

5.按照权利要求4所述的一种双相不锈钢双金属复合管的环焊焊接方法，其特征在于：步骤(a)中所述钝边(6)的长度为2mm。

6.按照权利要求1或2所述的一种双相不锈钢双金属复合管的环焊焊接方法，其特征在于：步骤(b)中所述的封口焊和步骤(c)中所述的打底焊均采用手工钨极氩弧焊，步骤(d)中所述的基管焊采用手工电弧焊。

7.按照权利要求1或2所述的一种双相不锈钢双金属复合管的环焊焊接方法，其特征在于：步骤(b)和步骤(c)中所述的双相不锈钢焊丝均为双相不锈钢焊丝ER2209；所述双相不锈钢焊丝ER2209含有以下按重量百分比计的化学成分：C≤0.03％，Cr 21.5-23.5％，Ni 7.5-9.5％，Mo 2.5-3.5％，Mn 0.5-2.0％，Si≤0.9％，S≤0.03％，P≤0.03％，Cu0.08-0.2％，N≤0.75％。

8.按照权利要求1或2所述的一种双相不锈钢双金属复合管的环焊焊接方法，其特征在于：步骤(d)中所述的双相不锈钢焊条为双相不锈钢焊条E2209-17；所述双相不锈钢焊条E2209-17含有以下按重量百分比计的化学成分：C≤0.04％，Cr 21.5-23.5％，Ni 8.5-10.5％，Mo 2.5-3.5％，Mn0.5-2.0％，Si≤0.9％，S≤0.03％，P≤0.04％，Cu0.08-0.2％，N≤0.75％。

9.按照权利要求1或2所述的一种双相不锈钢双金属复合管的环焊焊接方法，其特征在于：所述内衬管(2)的材质为2205双相不锈钢。

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