CN104624825A - 一种深海用埋弧焊直缝焊管扩径外扇形块及其表面防护方法 - Google Patents

一种深海用埋弧焊直缝焊管扩径外扇形块及其表面防护方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于钢管扩径头扩径外扇形块，具体涉及一种深海用埋弧焊直缝焊管扩径外扇形块及其表面防护方法。在深海用埋弧焊直缝焊管扩径外扇形块的扇形中部的外侧开设一个U形焊缝容纳槽，所述U形焊缝容纳槽包括左侧的第一弧形部和右侧的第二弧形部，以及底部的第三弧形部，在所述的外扇形块外表面形成三元硼化物金属陶瓷涂层。所述外扇形块的表面防护方法是在外扇形块上开设U形焊缝容纳槽，再在外扇形块外表面采用等离子喷涂设备和同步自动送粉装置进行等离子喷涂加工，形成三元硼化物金属陶瓷涂层。本发明的深海用埋弧焊直缝焊管扩径外扇形块可以有效提高扩径头寿命，降低扩径头更换的成本，改善焊管内壁的质量。

Description

一种深海用埋弧焊直缝焊管扩径外扇形块及其表面防护方法
技术领域
本发明涉及一种用于钢管扩径头扩径外扇形块，具体涉及一种深海用埋弧焊直缝焊管扩径外扇形块及其表面防护方法。
背景技术
直缝焊管扩径是直缝焊管JCO成型的最后一道主要工序，也是得到最后尺寸和精度的关键工艺。在焊管生产中，对其扩径可以起到消除变形、改善精度、提高钢管平直度、提高屈服强度以及减小残余应力的作用。扩径时，扩径杆向右运动，带动内锥体向右移动，迫使外扇形块圆环周长变大，内椎体的力借助外扇形块圆环作用在钢管上，从而使与外扇形块圆环接触的钢管得到扩径。
但是，由于外扇形块表面和钢管内壁直接接触，扩径时会受到强烈的挤压摩擦作用，表面磨损非常严重。另外，钢管焊缝区是应力集中区，常常受到外扇形块的挤压作用，对钢管的质量产生不利影响。传统外扇形块加工时一般都采用整体式加工，如果有一处磨损失效，整块外扇形块就要报废。以上缺陷和不足常常使产品合格率降低，生产效率下降，生产成本上升，给企业带来损失。
发明内容
为了解决直缝焊管扩径时外扇形块易产生磨损，外扇形块对焊缝区的挤压影响钢管质量，以及外扇形块采用整体式加工因而不易更换的问题，本发明提供了一种改进了的深海用埋弧焊直缝焊管扩径外扇形块。
在深海用埋弧焊直缝焊管扩径外扇形块的扇形中部的外侧开设一个U形焊缝容纳槽，所述U形焊缝容纳槽包括左侧的第一弧形部和右侧的第二弧形部，以及底部的第三弧形部，在所述的外扇形块外表面形成三元硼化物金属陶瓷涂层。
优选的，所述的U形焊缝容纳槽底部的第三弧形部长38mm至48mm，两侧的第一弧形部和第二弧形部均为长4.8mm至5.9mm，第一弧形部和第三弧形部之间、第二弧形部和第三弧形部之间的夹角均为130°至140°。
优选的，所述的外扇形块从中部沿径向分成第一段和第二段，分成的两段的轴向长度相等。
本发明还提供了一种深海用埋弧焊直缝焊管扩径外扇形块的表面防护方法。
在外扇形块上开设U形焊缝容纳槽，再在外扇形块外表面形成三元硼化物金属陶瓷涂层，形成涂层的方法包括以下步骤：
（1）根据外扇形块的材料选择预处理温度，对外扇形块进行预热处理；
（2）对外扇形块的工作表面进行清理和加工，先清除表面的油污，再对外扇形块的基体层进行打磨或喷砂处理；
（3）采用等离子喷涂设备和同步自动送粉装置进行等离子喷涂加工，由直流电驱动的等离子电弧作为热源，将配制的粉末材料加热到熔融或半熔融状态，并以高速喷向经过预处理的外扇形块工件表面，移开等离子电弧后，即在外扇形块表面形成了附着牢固的涂层；
（4）对经过离子喷涂后的外扇形块进行真空烧结处理。
优选的，所述的外扇形块的材料为Cr12MoV，步骤（1）中进行预热处理的淬火温度为1030℃，回火温度为400℃。
优选的，步骤（3）中所述的等离子喷涂加工，所用的喷涂粉末的组分按质量百分比为：FeB:10-12%、Mo:16-18%、Ni:0.5%-1%、C:0.2%-0.5%、余量为铁粉。
优选的，步骤（3）中采用的等离子气体为Ar气，送粉气流量5 L/min-1至7L/min-1，电弧功率31.5 kw至35kw，喷涂距离80 mm至110mm。
有益效果：
本发明的深海用埋弧焊直缝焊管扩径外扇形块上开设一个U形焊缝容纳槽，能够容纳焊缝，使焊缝避开扇形块挤压的作用，保护钢管。U形焊缝容纳槽除了能避开焊缝表面挤压以外，还可以方便铣削加工，容纳更多的焊料。
在所述的外扇形块外表面形成三元硼化物金属陶瓷涂层，使外扇形块在加工时不易发生磨损，并经过后期热处理，使得涂层具有更好的耐磨性、抗热疲劳性能，最终使工件使用寿命提高1倍或数倍以上。
采用分段式加工方法，将传统的外扇形块沿径向分成两半加工，产生磨损不需要全部更换整个外扇形块，仅更换磨损部分即可。
综上所述，本发明的深海用埋弧焊直缝焊管扩径外扇形块可以有效提高扩径头寿命，降低扩径头更换的成本，改善焊管内壁的质量。
附图说明
图1为开设了U形焊缝容纳槽的外扇形块示意图。
图2为表面等离子喷涂处理后的外扇形块示意图。
图3为图2的外扇形块的俯视图。
图4为图3分段加工后的示意图。
具体实施方式
为了对本发明进行更加清晰完整的表述，下面将结合具体实例和附图对本发明加以说明。
在深海用埋弧焊直缝焊管扩径外扇形块1的扇形中部的外侧开设一个U形焊缝容纳槽，所述U形焊缝容纳槽包括左侧的第一弧形部2和右侧的第二弧形部3，以及底部的第三弧形部4，在所述的外扇形块外表面形成三元硼化物金属陶瓷涂层5。优选的，所述的U形焊缝容纳槽底部的第三弧形部4长38mm至48mm，两侧的第一弧形部2和第二弧形部3均为长4.8mm至5.9mm，第一弧形部2和第三弧形部4之间、第二弧形部3和第三弧形部4之间的夹角均为130°至140°。所述的外扇形块从中部沿径向分成第一段和第二段，分成的两段的轴向长度相等。采用分段式加工方法，将传统的外扇形块沿径向分成两半加工，产生磨损不需要全部更换整个外扇形块，仅更换磨损部分即可。
本发明还提供了一种深海用埋弧焊直缝焊管扩径外扇形块的表面防护方法。在外扇形块上开设U形焊缝容纳槽，再在外扇形块外表面形成三元硼化物金属陶瓷涂层5，形成涂层的方法包括以下步骤：首先，根据外扇形块的材料选择预处理温度，对外扇形块进行预热处理，当所述的外扇形块的材料为Cr12MoV时，进行预热处理的淬火温度为1030℃，回火温度为400℃。其次，对外扇形块的工作表面进行清理和加工，先清除表面的油污，清除油污可以选用适当的有机溶剂，再对外扇形块的基体层进行打磨或喷砂处理。然后，采用等离子喷涂设备和同步自动送粉装置进行等离子喷涂加工，由直流电驱动的等离子电弧作为热源，将配制的粉末材料加热到熔融或半熔融状态，并以高速喷向经过预处理的外扇形块工件表面，移开等离子电弧后，即在外扇形块表面形成了附着牢固的涂层，所用的喷涂粉末的组分按质量百分比为：FeB:10-12%、Mo:16-18%、Ni:0.5%-1%、C:0.2%-0.5%、余量为铁粉，采用的等离子气体为Ar气，送粉气流量5 L/min-1至7L/min-1，电弧功率31.5 kw至35kw，喷涂距离80 mm至110mm。最后，对经过离子喷涂后的外扇形块进行真空烧结处理。

Claims (7)

1.一种深海用埋弧焊直缝焊管扩径外扇形块，其特征在于：在所述外扇形块的扇形中部的外侧开设一个U形焊缝容纳槽，所述U形焊缝容纳槽包括左侧的第一弧形部和右侧的第二弧形部，以及底部的第三弧形部，在所述的外扇形块外表面形成三元硼化物金属陶瓷涂层。
2.根据权利要求1所述的深海用埋弧焊直缝焊管扩径外扇形块，其特征在于：所述的U形焊缝容纳槽底部的第三弧形部长38mm至48mm，两侧的第一弧形部和第二弧形部均为长4.8mm至5.9mm，第一弧形部和第三弧形部之间、第二弧形部和第三弧形部之间的夹角均为130°至140°。
3.根据权利要求1所述的深海用埋弧焊直缝焊管扩径外扇形块，其特征在于：所述的外扇形块从中部沿径向分成第一段和第二段，分成的两段的轴向长度相等。
4.一种如权利要求1所述的深海用埋弧焊直缝焊管扩径外扇形块的表面防护方法，其特征在于：在外扇形块上开设U形焊缝容纳槽后，再在外扇形块外表面形成三元硼化物金属陶瓷涂层，形成涂层的方法包括以下步骤： 
（1）根据外扇形块的材料选择预处理温度，对外扇形块进行预热处理；
（2）对外扇形块的工作表面进行清理和加工，先清除表面的油污，再对外扇形块的基体层进行打磨或喷砂处理；
（3）采用等离子喷涂设备和同步自动送粉装置进行等离子喷涂加工，由直流电驱动的等离子电弧作为热源，将配制的粉末材料加热到熔融或半熔融状态，并以高速喷向经过预处理的外扇形块工件表面，移开等离子电弧后，即在外扇形块表面形成了附着牢固的涂层；
（4）对经过离子喷涂后的外扇形块进行真空烧结处理。
5.根据权利要求4所述的深海用埋弧焊直缝焊管扩径外扇形块的表面防护方法，其特征在于：所述的外扇形块的材料为Cr12MoV，步骤（1）中进行预热处理的淬火温度为1030℃，回火温度为400℃。
6.根据权利要求4所述的深海用埋弧焊直缝焊管扩径外扇形块的表面防护方法，其特征在于：步骤（3）中所述的等离子喷涂加工，所用的喷涂粉末的组分按质量百分比为：FeB:10-12%、Mo:16-18%、Ni:0.5%-1%、C:0.2%-0.5%、余量为铁粉。
7.根据权利要求4所述的深海用埋弧焊直缝焊管扩径外扇形块的表面防护方法，其特征在于：步骤（3）中采用的等离子气体为Ar气，送粉气流量5 L/min-1至7L/min-1，电弧功率31.5 kw至35kw，喷涂距离80 mm至110mm。
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