CN102528244A - 双金属复合海管的半自动钨极氩弧焊接工艺方法 - Google Patents
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Abstract
一种双金属复合海管的半自动钨极氩弧焊接工艺方法，采用人工手持半自动焊枪施焊，由送丝机连续自动送丝，以氩气为保护气体，操作步骤如下：一、焊前准备工序：坡口制作，对接装配坡口，选定焊接材料；二、打底焊接工序：采用单层单道焊接，两名焊工分别立于焊缝的两面完成打底焊接；三、热道焊接工序：采用单层双道焊接和两人焊接；四、填充焊接工序：采用5层双道焊接和两人焊接，焊接4层后拆除内保护气体；五、盖面焊接工序：采用单层单道焊接。本发明具有焊接质量高、劳动强度小、施工成本低、生产效率高的优点，适用于复合海底管道及其附属立管的焊接施工，并且同样适用于深水复合材料压力容器和深水管汇镍基合金等的焊接。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种氩弧焊接方法，具体涉及一种双金属复合海管的半自动钨极氩弧焊接工艺方法，属于焊接技术领域。
背景技术
2011年我国首条海洋油气田用双金属复合管线——崖城13-4气田开发项目海底管线、立管脐带缆铺设安装工作正式开工，这标志着我国海洋油气田用管道有了进一步的发展，同时标志着国内在双金属复合管焊接技术方面取得了重大突破，对腐蚀介质含量高的油田开发具有重大意义。
崖城13-4气田海管输送的天然气内含有较多的腐蚀性介质，对普通碳钢材质的海管具有较大的腐蚀性，为延长海管的使用年限，决定使用双金属复合管，即在碳钢管的内壁上复合了一层耐腐蚀的不锈钢材质316L，从而有效地减小腐蚀性介质对海管的腐蚀。机械复合材料管在陆地油气集输管线等领域已成功应用，但在海洋油气领域尚未有应用实例。
焊接施工是海底管线铺设以及立管预制过程中的重要环节，制约着铺管质量及效率。随着管线用材的发展，对管道的焊接也相应的提出了更高的要求，对于双金属复合管在海底管线的应用，传统的焊接技术就无法很好地适应，必须在焊接工艺方法上有所创新。
海底管道的传统环缝焊接技术一般采用如下工艺，但它们都有适用工况的局限性：
(1)手工电弧焊下向焊工艺
该焊接方法要求管口组对间隙小，焊接过程中采用大电流、多层、快速焊接，焊层厚度薄，同一焊道由两名焊工同时对称施焊，比普通手工电弧焊效率高，目前陆地的管道施工普遍应用此焊接工艺。但对于大口径、厚壁钢管的焊接，该焊接方法劳动强度较高，焊接效率较低，尤其是对复合管的焊接效率更低。
(2)半自动焊接工艺
该半自动焊接工艺是指包括STT表面涨力焊封底和自保护药芯焊填充和盖面的焊接方法。STT表面涨力焊是基于短路液桥表面张力过渡理论的熔化极CO2气体保护焊工艺，具有操作灵活，焊接速度快、背面成型好、焊道光滑等特点，非常适合管道的封底焊接；自保护药芯焊具有熔敷效率高、全位置成形好、环境适应能力强、焊工易于掌握等特点，是目前管道施工中一种常用的焊接方法。但该半自动焊接工艺在根焊及填充和盖面时需切换焊接方法，浪费大量的时间，影响管道的焊接速度，尤其不适用于复合管道的焊接。
总之，双金属复合管在铺设焊接及立管预制时，若采用常规的氩弧焊接技术，将耗费大量的时间，浪费大量的人力物力财力，并且返修率较高。
发明内容
本发明针对常规氩弧焊接技术不适应双金属复合海管施工的不足，提供一种双金属复合海管的半自动钨极氩弧焊接(TIP TIG)工艺方法，其具有热输入小、返修率低的优点，从而达到提高合格率、降低劳动强度、提高生产效率和降低成本的效果。
本发明是通过以下技术方案来解决其技术问题的：
一种双金属复合海管的半自动钨极氩弧焊接工艺方法，采用人工手持半自动焊枪施焊，由送丝机连续自动送丝，以氩气为保护气体，其操作步骤如下：
一、焊前准备工序：
1)坡口制作：用机加工在双金属复合海管上制备单面“J”型坡口；
2)对接装配坡口：间隙为0mm，并检查确认被焊部位及边缘无缺陷；
3)选定焊接材料：采用焊材与母材匹配的原则进行选择，焊材屈服强度高于母材80-200Mpa；
二、打底焊接工序：
采用单层单道焊接，两名焊工分别立于焊缝的两面，1人由6点钟位置焊接至12点钟位置后，另一人也从6点钟位置反向焊接至12点钟位置，完成打底焊接；
三、热道焊接工序：
采用单层双道焊接和两人焊接；
四、填充焊接工序：
采用5层双道焊接和两人焊接，焊接4层后拆除内保护气体；
五、盖面焊接工序：
采用单层单道焊接。
本发明所述的双金属复合海管的半自动钨极氩弧焊接工艺方法中，所述双金属复合海管的母材材质为PSL2X65SMLS，内衬材质为316L不锈钢；所述打底焊接和热道焊接采用316L不锈钢焊材，所述填充焊接和盖面焊接采用625镍基合金焊材；所述步骤一1)中，坡口的坡角为7°-9°，钝边厚度为1.7-1.9mm，过渡弧的半径为3mm；所述步骤二中，打底焊接参数设定：钨极直径3.2mm，氩气的流量为10-13L/min，纯度为99.99％，角度为45°，控制热输入量小于0.26KJ/mm，焊接电流140-150A，送丝速度为12-13mm/min，焊接速度为320-380mm/min；所述步骤三中，热道焊接参数设定：钨极直径3.2mm，氩气流量10-13L/min，纯度为99.99％，角度为90°，控制热输入量小于0.35KJ/mm，焊接电流140-150A，送丝速度为13mm/min，焊接速度为340-380mm/min；所述步骤四中，填充焊接参数设定：钨极直径3.2mm，氩气流量6-10L/min，纯度为99.99％，角度为90°，控制热输入量小于0.47KJ/mm，焊接电流200A，送丝速度为40-50mm/min，焊接速度为550-600mm/min；所述步骤五中，盖面焊接参数设定：钨极直径3.2mm，角度为90°，控制热输入量小于1.10KJ/mm，焊接电流180-210A，送丝速度为30-35mm/min，焊接速度为140-160mm/min。
本发明所述半自动钨级氩弧焊接工艺方法是焊工手持半自动焊枪施焊，由送丝机连续送丝的一种焊接方式。本发明无需在不同焊接工艺中相互切换，同时在焊接过程中连续送丝，节省了更换焊条等辅助工作时间，熔敷速度高，因而大大提高了工作效率，与现有技术相比，提高了焊接效率2～3倍；此外，本发明采用不同的焊材分别进行不同的焊接工序，解决了双金属复合管焊接选用单一焊接材料容易产生未焊透、气孔、裂纹等缺陷的问题，大大降低了复合管因内外两种材料热膨胀系数不同产生的变形对接头质量的影响，因而非常适用于复合管道的焊接；另外，本发明热输入小、返修率低，同时连续送丝减少了焊接接头及焊接收弧、引弧产生的焊接缺陷，提高了无损检测的合格率，焊缝的屈服强度大于原母材，因而具有焊接质量高、劳动强度小、施工成本低、生产效率高的优点。
总之，本发明所述双金属复合海管的半自动钨级氩弧焊接工艺方法解决了双金属复合管焊接的问题，填补了海底管道及其附属的立管焊接工艺的一项空白，适用于复合海管焊接的根焊(打底)、填充、盖面的全过程，并且同样适用于深水复合材料压力容器和深水管汇镍基合金等特种合金的焊接。
附图说明
图1为本发明的方法流程图。
图2为本发明中坡口的示意图。
图3为本发明的焊缝示意图。
具体实施方式
本发明所述双金属复合海管的半自动钨极氩弧焊接工艺方法采用两名焊工人工手持半自动焊枪同时施焊，由送丝机连续自动送丝，以氩气为保护气体，对双金属复合海管进行焊接施工。请参阅图3，该双金属复合海管的母材1的材质为PSL2X65SMLS，内衬2的材质为316L不锈钢。
请参阅图1，本发明的操作步骤如下：
一、焊前准备工序：
1)坡口制作：用机加工在双金属复合海管上制备单面窄间隙的“J”型坡口，坡口的坡角为7°-9°，钝边厚度为1.7-1.9mm，过渡弧的半径为3mm，参见图2；
2)对接装配坡口：间隙为0mm，并检查确认被焊部位及边缘无缺陷；
3)选定焊接材料：采用焊材与母材匹配的原则进行选择，焊材屈服强度高于母材80-200Mpa，打底焊接和热道焊接采用316L不锈钢焊材，所述填充焊接和盖面焊接采用625镍基合金焊材。
二、打底焊接工序：
采用单层单道焊接，两名焊工分别立于焊缝的两面，1人由6点钟位置焊接至12点钟位置后，另一人也从6点钟位置反向焊接至12点钟位置，完成打底焊接(图3中A)；打底焊接参数设定：钨极直径3.2mm，氩气的流量为10-13L/min，纯度为99.99％，角度为45°，控制热输入量小于0.26KJ/mm，焊接电流140-150A，送丝速度为12-13mm/min，焊接速度为320-380mm/min。
三、热道焊接工序：
采用单层双道焊接和两人焊接(图3中B)；热道焊接参数设定：钨极直径3.2mm，氩气流量10-13L/min，纯度为99.99％，角度为90°，控制热输入量小于0.35KJ/mm，焊接电流140-150A，送丝速度为13mm/min，焊接速度为340-380mm/min。
四、填充焊接工序：
采用5层双道焊接和两人焊接(图3中C)，焊接4层后拆除内保护气体；填充焊接参数设定：钨极直径3.2mm，氩气流量6-10L/min，纯度为99.99％，角度为90°，控制热输入量小于0.47KJ/mm，焊接电流200A，送丝速度为40-50mm/min，焊接速度为550-600mm/min。
五、盖面焊接工序：
采用单层单道焊接(图3中D)；盖面焊接参数设定：钨极直径3.2mm，角度为90°，控制热输入量小于1.10KJ/mm，焊接电流180-210A，送丝速度为30-35mm/min，焊接速度为140-160mm/min。
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1
双金属复合海管的规格Φ219.1×14.3+3mm，其中母材为采用API标准的PSL2X65SMLS材质，内衬为316L的不锈钢材质。所述工艺方法主要操作步骤如下：
1.焊前准备工序：
4)坡口制作：用机加工制备单面“J”型坡口，坡角为8°、钝边厚度为1.7mm、过渡弧的半径为3mm。
5)对接装配坡口：要求间隙为0mm，并检查确认被焊部位及边缘无缺陷。
6)选定焊接材料：ARCOS 625和大西洋的316L。
焊材采用高匹配原则进行选择，焊材屈服强度高于母材80-200Mpa，保证焊接接头力学性能与耐蚀性能达到要求，由于焊接时材料较多，316L内衬与625堆焊内衬材料的差异，选择316L不锈钢焊丝进行打底焊接和热道焊接，选择质量非常优良的镍基625合金作为填充焊接和盖面焊接材料。
2.打底焊接工序：
打底焊接工序采用单层单道焊接。
采用半自动钨极氩气保护焊(TIP TIG)工艺，焊丝选用大西洋的316L，直径为1.2mm。
两名焊工分别立于焊缝的两面，1人由6点钟位置焊接至12点钟位置后，另一人也从6点位置反向焊接至12点钟位置，完成打底焊。
焊接参数设定：钨极直径3.2mm，氩气的流量为10L/min，纯度为99.99％，角度为45°，控制热输入量小于0.26KJ/mm，焊接电流140A，送丝速度为12mm/min，焊接速度为320mm/min。
3.热道焊接工序：
热道焊接工序采用单层双道焊接。
焊丝选用大西洋的316L，直径为1.2mm；采用两人焊接。
焊接参数设定：钨极直径3.2mm，氩气流量10L/min，纯度为99.99％，角度为90°，控制热输入量小于0.35KJ/mm，焊接电流140A，送丝速度为13mm/min，焊接速度为340mm/min。
4.填充焊接工序：
填充焊接工序采用5层双道焊接。
焊丝选用ARCOS 625，直径为0.9mm；采用两人焊接。
焊接参数设定：钨极直径3.2mm，氩气流量10L/min，纯度为99.99％，角度为90°，控制热输入量小于0.47KJ/mm，焊接电流200A，送丝速度为40mm/min，焊接速度为550mm/min。
焊接4层后拆除内保护气体。
5.盖面焊接工序：
盖面采用单层单道焊接。
焊接参数设定：钨极直径3.2mm，角度为90°，控制热输入量小于1.10KJ/mm，焊接电流180A，送丝速度为30mm/min，焊接速度为140mm/min。
实施例2
双金属复合海管的规格Φ219.1×14.3+3mm，其中母材为采用API标准的PSL2X65SMLS材质，内衬为316L的不锈钢材质。所述工艺方法主要操作步骤如下：
1.焊前准备工序：
1)坡口制作：用机加工制备单面“J”型坡口，坡角为9°、钝边厚度为1.9mm、过渡弧的半径为3mm。
2)对接装配坡口：要求间隙为0mm，并检查确认被焊部位及边缘无缺陷。
3)选定焊接材料：ARCOS 625作为填充焊接和盖面焊接材料，大西洋的316L作为打底焊接和热道焊接材料。
2.打底焊接工序：
打底焊接工序采用单层单道焊接。
采用半自动钨极氩气保护焊(TIP TIG)工艺，焊丝选用大西洋的316L，直径为1.2mm。
两名焊工分别立于焊缝的两面，1人由6点位置焊接至12点钟位置后，另一人也从6点位置反向焊接至12点钟位置，完成打底焊。
焊接参数设定：钨极直径3.2mm，氩气的流量为13L/min，纯度为99.99％，角度为45°，控制热输入量小于0.26KJ/mm，焊接电流150A，送丝速度为13mm/min，焊接速度为380mm/min。
3.热道焊接工序：
热道焊接工序采用单层双道焊接。
焊丝选用大西洋的316L，直径为1.2mm；采用两人焊接。
焊接参数设定：钨极直径3.2mm，氩气流量13L/min，纯度为99.99％，角度为90°，控制热输入量小于0.35KJ/mm，焊接电流150A，送丝速度为13mm/min，焊接速度为380mm/min。
4.填充焊接工序：
填充焊接工序采用5层双道焊接。
焊丝选用ARCOS 625，直径为0.9mm；采用两人焊接。
焊接参数设定：钨极直径3.2mm，氩气流量6L/min，纯度为99.99％，角度为90°，控制热输入量小于0.50KJ/mm，焊接电流200A，送丝速度为50mm/min，焊接速度为600mm/min。
焊接4层后拆除内保护气体。
5.盖面焊接工序：
盖面采用单层单道焊接。
焊接参数设定：钨极直径3.2mm，角度为90°，控制热输入量小于1.20KJ/mm，焊接电流210A，送丝速度为35mm/min，焊接速度为160mm/min。
实施例3
双金属复合海管的规格Φ219.1×14.3+3mm，其中母材为采用API标准的PSL2X65SMLS材质，内衬为316L的不锈钢材质。所述工艺方法主要操作步骤如下：
1.焊前准备工序：
1)坡口制作：用机加工制备单面“J”型坡口，坡角为7°、钝边厚度为1.8mm、过渡弧的半径为3mm。
2)对接装配坡口：要求间隙为0mm，并检查确认被焊部位及边缘无缺陷。
3)选定焊接材料：ARCOS 625作为填充焊接和盖面焊接材料，大西洋的316L作为打底焊接和热道焊接材料。
2.打底焊接工序：
打底焊接工序采用单层单道焊接。
采用半自动钨极氩气保护焊(TIP TIG)工艺，焊丝选用大西洋的316L，直径为1.2mm。
两名焊工分别立于焊缝的两面，1人由6点位置焊接至12点钟位置后，另一人也从6点位置反向焊接至12点钟位置，完成打底焊。
焊接参数设定：钨极直径3.2mm，氩气的流量为12L/min，纯度为99.99％，角度为45°，控制热输入量小于0.26KJ/mm，焊接电流145A，送丝速度为12.5mm/min，焊接速度为350mm/min。
3.热道焊接工序：
热道焊接工序采用单层双道焊接。
焊丝选用大西洋的316L，直径为1.2mm；采用两人焊接。
焊接参数设定：钨极直径3.2mm，氩气流量12L/min，纯度为99.99％，角度为90°，控制热输入量小于0.35KJ/mm，焊接电流145A，送丝速度为13mm/min，焊接速度为360mm/min。
4.填充焊接工序：
填充焊接工序采用5层双道焊接。
焊丝选用ARCOS 625，直径为0.9mm；采用两人焊接。
焊接参数设定：钨极直径3.2mm，氩气流量8L/min，纯度为99.99％，角度为90°，控制热输入量小于0.47KJ/mm，焊接电流200A，送丝速度为45mm/min，焊接速度为580mm/min。
焊接4层后拆除内保护气体。
5.盖面焊接工序：
盖面采用单层单道焊接。
焊接参数设定：钨极直径3.2mm，角度为90°，控制热输入量小于1.10KJ/mm，焊接电流190A，送丝速度为33mm/min，焊接速度为150mm/min。
Claims (7)
1.一种双金属复合海管的半自动钨极氩弧焊接工艺方法，采用人工手持半自动焊枪施焊，由送丝机连续自动送丝，以氩气为保护气体，其特征在于：所述工艺方法的操作步骤如下：
一、焊前准备工序：
1)坡口制作：用机加工在双金属复合海管上制备单面“J”型坡口；
2)对接装配坡口：间隙为0mm，并检查确认被焊部位及边缘无缺陷；
3)选定焊接材料：采用焊材与母材匹配的原则进行选择，焊材屈服强度高于母材80-200Mpa；
二、打底焊接工序：
采用单层单道焊接，两名焊工分别立于焊缝的两面，1人由6点钟位置焊接至12点钟位置后，另一人也从6点钟位置反向焊接至12点钟位置，完成打底焊接；
三、热道焊接工序：
采用单层双道焊接和两人焊接；
四、填充焊接工序：
采用5层双道焊接和两人焊接，焊接4层后拆除内保护气体；
五、盖面焊接工序：
采用单层单道焊接。
2.根据权利要求1所述的双金属复合海管的半自动钨极氩弧焊接工艺方法，其特征在于：所述双金属复合海管的母材材质为PSL2X65SMLS，内衬材质为316L不锈钢；所述打底焊接和热道焊接采用316L不锈钢焊材，所述填充焊接和盖面焊接采用625镍基合金焊材。
3.根据权利要求2所述的双金属复合海管的半自动钨极氩弧焊接工艺方法，其特征在于：所述步骤二中，打底焊接参数设定：钨极直径3.2mm，氩气的流量为10-13L/min，纯度为99.99％，角度为45°，控制热输入量小于0.26KJ/mm，焊接电流140-150A，送丝速度为12-13mm/min，焊接速度为320-380mm/min。
4.根据权利要求2所述的双金属复合海管的半自动钨极氩弧焊接工艺方法，其特征在于：所述步骤三中，热道焊接参数设定：钨极直径3.2mm，氩气流量10-13L/min，纯度为99.99％，角度为90°，控制热输入量小于0.35KJ/mm，焊接电流140-150A，送丝速度为13mm/min，焊接速度为340-380mm/min。
5.根据权利要求2所述的双金属复合海管的半自动钨极氩弧焊接工艺方法，其特征在于：所述步骤四中，填充焊接参数设定：钨极直径3.2mm，氩气流量6-10L/min，纯度为99.99％，角度为90°，控制热输入量小于0.47KJ/mm，焊接电流200A，送丝速度为40-50mm/min，焊接速度为550-600mm/min。
6.根据权利要求2所述的双金属复合海管的半自动钨极氩弧焊接工艺方法，其特征在于：所述步骤五中，盖面焊接参数设定：钨极直径3.2mm，角度为90°，控制热输入量小于1.10KJ/mm，焊接电流180-210A，送丝速度为30-35mm/min，焊接速度为140-160mm/min。
7.根据权利要求1所述的双金属复合海管的半自动钨极氩弧焊接工艺方法，其特征在于：所述步骤一1)中，坡口的坡角为7°-9°，钝边厚度为1.7-1.9mm，过渡弧的半径为3mm。
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