CN103862145B - 一种内衬涂层管道的对焊方法 - Google Patents

一种内衬涂层管道的对焊方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于管道压力容器金属焊接领域，具体地，涉及一种内衬涂层管道的对焊方法。对接焊缝包括：打底层、过渡层和盖面层；内衬涂层管道的对焊方法，包括：管道焊前防腐处理和管道对焊焊接；在涂覆内衬涂层前，在基体管的端部内壁上激光熔覆合金层；先焊接打底层，再焊接过渡层，最后焊接盖面层。本发明解决了内衬涂层管道焊接时对内衬涂层破坏后的防腐问题；激光熔覆粉末可根据需要选择、选择范围大且调整方便、易于控制；激光熔覆时基体对熔覆层的稀释率极小，确保了熔覆层合金的耐蚀性能；焊接时可根据熔覆层、基体及经济效益确定焊接工艺。

Description

一种内衬涂层管道的对焊方法
技术领域
本发明属于管道压力容器金属焊接领域，具体地，涉及一种内衬涂层管道的对焊方法。
背景技术
原油中含有大量腐蚀性物质，在运输过程中对管道有很大腐蚀作用。原油运输管道采用耐蚀钢无疑会增加石油生产过程的成本。非金属管具有良好的耐蚀性能，但其刚度、强度、抗冲击性能等指标又达不到使用要求，急需一种低成本、良好的耐蚀性和力学性能的管道。因此，发展内衬涂层防腐管就成为了必然。
内衬涂层管具有较好的耐蚀性及力学性能，同时较耐蚀合金钢管成本低。内衬涂层管道是以钢管为基材，用有机涂料或者无机材料与钢管紧密结合在一起而形成的，具有内衬涂层优良的化学性能和钢管优良的机械性能。内衬涂层的优势主要是，具有优良的耐蚀性能及耐磨性能；能增加管道内壁表面的光滑程度，降低管道摩阻，提高管道内部流动液体的流动速度；提高管道内表面润湿性，提高对水的亲和性，降低对油的亲和性，使石蜡等物质难以在内壁上堆积，改善管道内流动液体的流动性能；传热系数小，减少流体的热损失和流体的温降；从根本上解决金属与H2S、CO2等介质接触而引发的多种腐蚀问题，延长管道使用寿命。因此，内衬涂层管道使用范围较广，例如可以用于原油、化工物质等腐蚀性介质的输送，油井防磨等领域。但内衬涂层管道直接对焊，易引起内衬涂层熔化，使接头部位耐蚀性大为降低。为保证管道焊接接头的耐蚀性必需进行焊后内补口，补口的方法很多，但都不能可靠有效地保证补口质量，而对于小口径管道、弯头和弯管等更难实现有效补口。
激光熔覆是利用高能激光束辐照，通过迅速熔化和凝固，在基材表面熔覆一层具有特殊物理、化学或力学性能的材料，构成一种新的复合材料，以弥补基体所缺少的高性能。在工件表面制备覆层以改善表面性能的方法很多，在工业中应用较多的是堆焊、热喷涂和等离子喷焊等，与上述表面强化技术相比，激光熔覆具有下述优点：熔覆层晶粒细小，结构致密，因而硬度一般较高，耐磨、耐蚀等性能亦更为优异；由于激光作用时间短，基材的熔化量小，对熔覆层的稀释率低(一般仅为5%-8%)，因此可在熔覆层较薄的情况下，获得所要求的成分与性能，节约昂贵的覆层材料；激光熔覆热影响区小，工件变形小，熔覆成品率高。激光熔覆过程易实现自动化生产，覆层质量稳定，如在熔覆过程中熔覆厚度可实现连续调节，这在其他工艺中是难以实现的。
目前国内对于内衬管和激光熔覆做过大量研究，如申请号为201210573115.0、申请日为2012年12月26日的中国发明专利，描述了一种用于油气管道输送α型氧化铝陶瓷内衬的焊接工艺，焊后在焊缝表面上用激光固化一层陶瓷层，该方法虽然采用了一些措施以达到一定的焊接效果，但是不适用于低熔点内衬材料。
发明内容
为了解决现有技术中管道焊接接头的防腐问题，本发明提供一种内衬涂层管道的对焊方法，该管道的对焊方法特别适合于内衬涂层管道。
为实现上述目的，本发明采用下述方案：
内衬涂层管道的对焊方法，对接焊缝包括：打底层、过渡层和盖面层；对焊方法包括：管道焊前防腐处理和管道对焊焊接。
相对于现有技术，本发明具有如下有益效果：
1、本发明解决了内衬涂层管道焊接时对内衬涂层破坏后的防腐问题；
2、激光熔覆粉末可根据需要选择、选择范围大且调整方便、易于控制；
3、激光熔覆时基体对熔覆层的稀释率极小，确保了熔覆层合金的耐蚀性能；
4、焊接时可根据熔覆层、基体及经济效益确定焊接工艺。
附图说明
图1为本发明的内衬涂层管道的对焊方法流程示意图；
图2为本发明的内衬涂层结构及对焊接头示意图；
图中：1、基体管，2、内衬涂层，3、合金层，4、焊缝，5、打底层，6、过渡层，7、盖面层。
具体实施方式
如图1所示，内衬涂层管道的对焊方法，包括：管道焊前防腐处理和管道对焊焊接，如图2所示，对接焊缝4包括：打底层5、过渡层6和盖面层7；其中：
1、管道焊前防腐处理，具体步骤如下：
(1)、在涂覆内衬涂层2前，在基体管1的端部内壁上激光熔覆合金层3，合金层3的宽度为20-50mm，厚度为0.3-2.0mm；
合金层3所采用的合金粉末为Ni基合金粉末或不锈钢合金粉末；所采用的合金粉末根据基体管1的材料及性能、内衬涂层2的材料及性能和管道的使用条件选择。
激光熔覆的参数如下：采用矩形光斑或圆形光斑，激光功率为2000-4500W，扫描速度为100-500mm/min，激光功率和扫描速度与光斑面积相适应；
(2)、涂覆内衬涂层2；具体工艺如下：
内衬涂层2为有机内衬涂层或无机内衬涂层；
有机内衬涂层为聚乙烯涂层、环氧树脂涂层、聚氨酯涂层、玻璃鳞片涂层、塑料或玻璃钢涂层；涂覆工艺为热喷涂、无气喷涂、静电喷涂。
无机内衬涂层为陶瓷涂层、搪瓷涂层或玻璃涂层；涂覆工艺为自蔓延高温合成、热喷涂、化学反应、激光熔覆、搪瓷、感应热喷熔。
2.管道对焊焊接，具体步骤如下：
先焊接打底层5，再焊接过渡层6，最后焊接盖面层7。
(1)、打底层5采用钨极氩弧焊(TIG)焊接，焊材为不锈钢或镍基合金，所采用的焊材与激光熔覆合金层及内衬层相匹配。
钨极氩弧焊(TIG)焊接，采用双面保护气体，保护气体为氩(Ar)气，焊接工艺参数为：焊接电流65-75A，焊接电压10-18V，焊接速度0.15-2.0m/min，送丝速度0.3-0.6m/min；保护气流量：正面10L/min，反面12L/min。
(2)、过渡层6采用钨极氩弧焊(TIG)焊接，所采用的焊材与打底层5所采用的焊材相同，或者采用铬、镍含量比打底层焊材的铬、镍含量高的焊材。
钨极氩弧焊(TIG)焊接，保护气体为氩(Ar)气，焊接工艺参数为：焊接电流45-65A，焊接电压8-16V，焊接速度0.15-2.0m/min，送丝速度0.2-0.5m/min；保护气流量：10L/min。
(3)、盖面层7采用钨极氩弧焊(TIG)焊接、焊条电弧焊焊接或者熔化极气体保护焊焊接。
采用钨极氩弧焊(TIG)焊接时，所采用的焊材及焊接工艺参数与焊接过渡层所采用的焊材及焊接工艺参数相同。
采用焊条电弧焊和熔化极气体保护焊焊接时，焊材根据基体管1的材料及工作条件确定，采用与打底层相同焊材或者与基体管匹配的焊材。
焊条电弧焊焊接工艺参数：焊接电流65-85A，焊接电压20-30V，焊接速度0.2-0.5m/min。焊接时，钝边尺寸为2mm，管端坡口角度为40-45°。
熔化极气体保护焊焊接工艺参数：焊接电流130-210A，焊接电压15-25V，焊接速度0.4-0.9m/min，送丝速度0.3-0.8m/min；保护气体流量：10-20L/min。
实施例1：
一种有机内衬涂层管道的对焊方法，该基体管为20号钢，端部内壁上激光熔覆合金层宽度为35-50mm，厚度为1.0-1.5mm，激光熔覆合金层所采用的合金粉末为316L合金粉末；端部内壁上激光熔覆后，涂覆内衬层时按照常规涂覆工艺进行，涂覆层为聚乙烯涂层。对接时，打底层和过渡层采用316L焊丝手工TIG焊，过渡盖面层采用Φ3.2mm的J507焊条。打底层TIG焊接采用双面保护气体，保护气体为Ar气，焊接工艺参数为：焊接电流60-70A，焊接电压9-13V，焊接速度0.25-2.0m/min，送丝速度0.4-0.6m/min，保护气流量：正面10L/min，反面12L/min。过渡层TIG焊接保护气体为Ar气，焊接工艺参数为：焊接电流50-60A，焊接电压8-12V，焊接速度0.2-1.5m/min，送丝速度0.2-0.5m/min，保护气流量：8L/min。SMAW焊接工艺参数：焊接电流65-110A，焊接电压20-30V，焊接速度0.2-0.5m/min。焊接时，钝边尺寸为2mm，管端坡口角度为40-45°。TIG焊丝与焊接方向水平面夹角为65-70°，SMAW焊条与焊件表面的距离为10-20mm，因此，可以提高焊接质量，使外表面光滑美观。
实施例2：
一种玻璃内衬涂层管道的对焊方法，该基体管为20号钢，端部内壁上激光熔覆合金层宽度为30-45mm，厚度为1.0-2.0mm，激光熔覆合金层所采用的合金粉末为Ni625合金粉末；端部内壁上激光熔覆后，涂覆内衬涂层时可以按照常规涂覆工艺进行，也可预留宽度20-30mm的激光熔覆层，避免焊接时高温对涂覆内衬涂层的破坏，涂覆内衬涂层为无机玻璃耐蚀层。对焊时，可以采用两种焊接工艺，一种工艺是打底层、过渡层和盖面层都采用Ni625焊丝手工TIG焊；第二种工艺是打底层和过渡层都采用Ni625焊丝手工TIG焊，盖面层采用Φ3.2mm的J507焊条。打底层TIG焊接采用双面保护气体，保护气体为Ar气，焊接工艺参数为：焊接电流65-75A，焊接电压10-14V，焊接速度0.15-2.0m/min，送丝速度0.3-0.6m/min，保护气流量：正面10L/min,反面12L/min。过渡层TIG焊接保护气体为Ar气，焊接工艺参数为：焊接电流55-65A，焊接电压8-12V，焊接速度0.10-1.5m/min，送丝速度0.2-0.4m/min，保护气流量：9L/min。SMAW焊接工艺参数：焊接电流65-110A，焊接电压20-30V，焊接速度0.2-0.5m/min。焊接时，钝边尺寸为2mm，管端坡口角度为40-45°。TIG焊丝与焊接方向水平面夹角为60-75°，SMAW焊条与焊件表面的距离为10-20mm，因此，可以提高焊接质量，使外表面光滑美观。

Claims (6)

1.一种内衬涂层管道的对焊方法，对接焊缝包括：打底层、过渡层和盖面层；其特征在于，对焊方法包括：管道焊前防腐处理和管道对焊焊接；
管道焊前防腐处理，具体步骤如下：
(1)、在涂覆内衬涂层前，在基体管的端部内壁上激光熔覆合金层；
合金层所采用的合金粉末为Ni基合金粉末或不锈钢合金粉末；所采用的合金粉末根据基体管的材料及性能、内衬涂层的材料及性能和管道的使用条件选择；
(2)、涂覆内衬涂层；内衬涂层覆盖激光熔覆合金层；
内衬涂层为有机内衬涂层或无机内衬涂层；有机内衬涂层为聚乙烯涂层、环氧树脂涂层、聚氨酯涂层、玻璃鳞片涂层、塑料或玻璃钢涂层；涂覆工艺为热喷涂、无气喷涂、静电喷涂；无机内衬涂层为陶瓷涂层、搪瓷涂层或玻璃涂层；涂覆工艺为自蔓延高温合成、热喷涂、化学反应、激光熔覆、搪瓷、感应热喷熔；
管道对焊焊接，具体步骤如下：先焊接打底层，再焊接过渡层，最后焊接盖面层；
打底层采用钨极氩弧焊焊接，焊材为不锈钢或镍基合金，所采用的焊材与激光熔覆合金层及内衬层相匹配；钨极氩弧焊焊接，采用双面保护气体，保护气体为氩气；
过渡层采用钨极氩弧焊焊接，所采用的焊材与打底层所采用的焊材相同，或者采用铬、镍含量比打底层焊材的铬、镍含量高的焊材；钨极氩弧焊焊接，保护气体为氩气；
盖面层采用钨极氩弧焊焊接、焊条电弧焊焊接或者熔化极气体保护焊焊接；采用钨极氩弧焊焊接时，所采用的焊材及焊接工艺参数与焊接过渡层所采用的焊材及焊接工艺参数相同；采用焊条电弧焊和熔化极气体保护焊焊接时，焊材根据基体管的材料及工作条件确定，采用与打底层相同焊材或者与基体管匹配的焊材。
2.根据权利要求1所述的内衬涂层管道的对焊方法，其特征在于，合金层的宽度为20-50mm，厚度为0.3-2.0mm。
3.根据权利要求2所述的内衬涂层管道的对焊方法，其特征在于，激光熔覆的参数如下：采用矩形光斑或圆形光斑，激光功率为2000-4500W，扫描速度为100-500mm/min，激光功率和扫描速度与光斑面积相适应。
4.根据权利要求3所述的内衬涂层管道的对焊方法，其特征在于，打底层焊接工艺参数为：焊接电流65-75A，焊接电压10-18V，焊接速度0.15-2.0m/min，送丝速度0.3-0.6m/min；保护气流量：正面10L/min，反面12L/min。
5.根据权利要求4所述的内衬涂层管道的对焊方法，其特征在于，过渡层焊接工艺参数为：焊接电流45-65A，焊接电压8-16V，焊接速度0.15-2.0m/min，送丝速度0.2-0.5m/min；保护气流量：10L/min。
6.根据权利要求5所述的内衬涂层管道的对焊方法，其特征在于，盖面层焊接工艺参数：焊接电流65-85A，焊接电压20-30V，焊接速度0.2-0.5m/min；焊接时，钝边尺寸为2mm，管端坡口角度为40-45°；熔化极气体保护焊焊接工艺参数：焊接电流130-210A，焊接电压15-25V，焊接速度0.4-0.9m/min，送丝速度0.3-0.8m/min；保护气体流量：10-20L/min。
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