CN105252116A - 一种双金属冶金复合管焊接方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种双金属冶金复合管焊接方法，包括：1)将SS2205-X65双金属复合板采用对接方式，开去X型坡口；2)采用MAG从外侧在X型坡口的中心进行施焊，形成第一外侧基层焊缝；3)采用MAG从外侧在第一外侧基层焊缝上进行施焊，形成第二外侧基层焊缝；4)采用MAG从内侧在X型坡口的中心进行施焊，形成内侧基层焊缝；5)采用MAG从内侧在内侧基层焊缝上进行施焊，形成过渡层焊缝；6)采用MAG从内侧在过渡层焊缝上施焊，形成复层焊缝。本发明通过焊接方法、焊接材料、焊接工艺的合理选择，控制焊缝的化学成分和组织，分别进行复层，过渡层和基层的焊接，实现了DSS2205-X65双金属复合管高效的自动化生产。

Description

一种双金属冶金复合管焊接方法
【技术领域】
本发明涉及焊接技术领域，特别涉及一种双金属冶金复合管焊接方法。
【背景技术】
国内关于复合管的研究，主要集中在小口径复合管方面，并且以通过扩径、爆炸复合等为主要手段。通过扩径、爆炸复合等手段的复合管在管道性能和寿命方面存在一定的缺陷。采用冶金结合的层状复合板为原料，通过冷成型后焊接的工艺制造层状双金属复合管，是一种灵活、高效、低成本的方法。它先将两种不同材质的板坯用超大功率热轧机进行热复合，然后用UO或JCO工艺卷成管坯，再进行纵缝焊接。相对于扩径复合管和爆炸复合管，采用焊接工艺制备的层状双金属复合管，在二次成型加工、焊接及管体性能方面具有其它工艺制造的复合管难以达到的优越性。尽管采用大功率热轧机复合板UO或JCO工艺卷成管坯纵缝焊接方式制造复合管的方案有其优越性，但复合管复层和基层的不同材料属性也给焊接成型方法带来了新的问题。例如，在焊接过程中，接头凝固过渡层的形成易导致焊缝金属中生成脆性相而使接头的塑韧性下降；接头界面合金元素碳的迁移使接头的力学性能和耐腐蚀性能下降等都是阻碍双金属复合管的焊接成型问题。
【发明内容】
本发明的目的在于提供一种双金属冶金复合管焊接方法，以解决上述技术问题。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种双金属冶金复合管焊接方法，包括以下步骤：
1)将DSS2205-X65双金属复合板采用对接方式，开去X型坡口；
2)采用MAG从外侧在X型坡口的中心进行施焊，形成第一外侧基层焊缝；
3)采用MAG从外侧在第一外侧基层焊缝上进行施焊，形成第二外侧基层焊缝；
4)采用MAG从内侧在X型坡口的中心进行施焊，形成内侧基层焊缝；
5)采用MAG从内侧在内侧基层焊缝上进行施焊，形成过渡层焊缝；
6)采用MAG从内侧在过渡层焊缝上施焊，填满复层坡口，形成复层焊缝。
进一步的，DSS2205-X65双金属复合板为双相不锈钢2205为复层、管线钢X65为基层通过爆炸焊获得。
进一步的，DSS2205的厚度为2mm，X65的厚度为16mm。
进一步的，DSS2205-X65双金属复合板的长宽尺寸为500mm×200mm。
进一步的，步骤2)至步骤6)中各焊缝具体的焊接工艺参数为：
进一步的，步骤6)中具体采用MAG从内侧在过渡层焊缝上施焊，形成复层焊缝；完成整个复合管的焊接。
进一步的，步骤1)中X型坡口上部和下部坡口深度均为9mm，开口角度均为50度。
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
本发明研究出一种针对以双相不锈钢2205为复层、管线钢X65为基层的双金属复合板通过JCOE法成型后的自动化纵缝焊接方法，实现了大口径SS2205-X65双金属复合管的大规模工业化生产。本发明为了保证复合管不因焊接过程而失去复层原有的耐蚀性，采用在复层和基层焊缝间添加过渡层的方法进行焊接，使整个接头焊缝具有良好的组织与性能，从而保证了接头能同时满足强度及耐蚀性的要求，经过试验验证，接头强度达到了670MPa，超过了母材复合板的613MPa。
本发明通过焊接方法及焊接材料的合理选择，同时辅之以合理的焊接工艺，控制焊缝的化学成分和组织。分别进行复层，过渡层和基层的焊接，重点解决了高效工业自动化焊接复合管纵缝的问题，实现了SS2205-X65双金属复合管高效的自动化生产。
【附图说明】
图1为复合板对接坡口设计及其具体尺寸示意图；
图2为复合管焊接工序示意图；
图3为试板坡口及焊缝布局示意图；
图4(a)为第一外侧基层焊缝正面视图；图4(b)为第一外侧基层焊缝背面视图；
图5(a)为第二外侧基层焊缝正面视图；图5(b)为第二外侧基层焊缝背面视图；
图6(a)为复合管内侧焊缝成型情况视图；图6(b)为图6(a)的局部放大视图。
【具体实施方式】
本发明一种双金属冶金复合管焊接方法，包括以下步骤：
1)将DSS2205-X65双金属复合板采用对接方式，开去X型坡口；
2)采用MAG从外侧在X型坡口的中心进行施焊，形成第一外侧基层焊缝1；
3)采用MAG从外侧在第一外侧基层焊缝1上进行施焊，形成第二外侧基层焊缝2；
4)采用MAG从内侧在X型坡口的中心进行施焊，形成内侧基层焊缝3；
5)采用MAG从内侧在内侧基层焊缝3上进行施焊，形成过渡层焊缝4；
6)采用MAG从内侧在过渡层焊缝4上施焊，形成复层焊缝5；完成整个复合管的焊接。
请参阅图1所示，本实施例中以双相不锈钢2205为复层(以下简称DSS2205)、管线钢X65(以下简称X65)为基层的双金属复合板通过JCOE法成型后的自动化纵缝焊接方法，实现了大口径DSS2205-X65双金属复合管的大规模工业化生产的目的为例。
请参阅图1所述，DSS2205的厚度为2mm，X65的厚度为16mm；SS2205与X65间的坡口设计为X型坡口，焊接时分别从管壁的内外两侧实现复合管的纵缝焊接成型。依据所具备的设备条件，可调整图1中d和e的大小，对基层两侧通过SAW或者MIG实现连接，再以MAG焊接方式焊接过渡层和复层。
本实施例中采用的复合板尺寸为500mm×200mm，采用对接方式，开去X型坡口，坡口上部和下部破口深度均为9mm，开口角度为50度，焊缝布局如图3所示，基层焊缝包括从外侧施焊的第一外侧基层焊缝1、第二外侧基层焊缝2以及从内测施焊的内侧基层焊缝3，复层一侧焊缝包括过渡层焊缝4和两道复层焊缝5。具体的焊接工艺参数如表1所示。
表1复合板X型坡口焊接工艺参数表
接头成型情况：图4至6分别是本发明试板中焊缝的成型情况照片，图4为从复合板外侧实施焊接的第一道焊缝成型后的正面和背面形貌特征，从图中可以看到从复合板外侧施焊的第一道焊缝正面成型良好，焊缝光滑，没有出现飞溅、咬边等缺陷，焊缝厚度约为外侧坡口深度的一半，从背面来看，焊缝金属略微向下突出预留的2mm对接间隙范围，但整条焊缝背面成型均匀光滑，从背部施焊时可以不必清根。图5(a)为复合板外侧实施焊接的第二道焊缝成型后的正面和背面形貌特征，从图中可以看出在采用160A的大电流条件下，第二道焊缝已经完全将剩余坡口填满，焊缝成型良好，无飞溅和咬边等缺陷。图5(b)为从复合板内侧依次焊接完成内侧基层1、过渡层和复层之后的焊缝形貌。图6(b)为从复合板内侧部分内侧基层1、过渡层和复层焊缝的宏观形貌图，从图中可以看出无论是内侧基层1、过渡层还是复层焊缝的成型都较好，焊缝平整光滑，无明显缺陷。
本发明中，过渡层和复层焊接采用MAG；采用ER2209焊丝可以实现过渡层的良好焊接成型；以Ar+3％N2(N2占保护气体总体积的3％)作为保护，ER2209作为填充材料来焊接复层，从组织和力学性能上分析表明，得到的复层焊缝具有可靠的性能特征。
本发明中，焊接时接头复层和过渡层所采用的填充材料是双向不锈钢焊丝，对于双相不锈钢而言在焊接过程中如果冷却速度太大就会形成脆性相而使接头的塑韧性下降(例如采用激光等高能束焊接方法)，在本发明的中所采用的焊接方法是MAG焊，它的热输入比较大，焊缝冷却速度较慢，一般不会出现脆性相。
现有技术中，合金元素的迁移是指在焊接复层焊缝如果所采用的焊接电流太大会导致复合管基层金属或者基层焊缝熔化，使其基层金属对复层金属造成稀释或者破坏，从而影响复合管复层金属的耐腐蚀性能，本发明中提到的过渡层焊缝的作用就在于此，把基层焊缝和复层焊缝隔开，同时在焊接复层焊缝是也要保证采用较小的焊接工艺参数，焊接电流和电压不易过大，使复层焊缝刚好能够填满复层坡口即可。

Claims (7)

1.一种双金属冶金复合管焊接方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将DSS2205-X65双金属复合板采用对接方式，开去X型坡口；
2)采用MAG从外侧在X型坡口的中心进行施焊，形成第一外侧基层焊缝(1)；
3)采用MAG从外侧在第一外侧基层焊缝上进行施焊，形成第二外侧基层焊缝(2)；
4)采用MAG从内侧在X型坡口的中心进行施焊，形成内侧基层焊缝(3)；
5)采用MAG从内侧在内侧基层焊缝上进行施焊，形成过渡层焊缝(4)；
6)采用MAG从内侧在过渡层焊缝上施焊，填满复层坡口，形成复层焊缝(5)。
2.根据权利要求1所述的一种双金属冶金复合管焊接方法，其特征在于，DSS2205-X65双金属复合板为双相不锈钢2205为复层、管线钢X65为基层通过爆炸焊的方法获得。
3.根据权利要求2所述的一种双金属冶金复合管焊接方法，其特征在于，DSS2205的厚度为2mm，X65的厚度为16mm。
4.根据权利要求2所述的一种双金属冶金复合管焊接方法，其特征在于，DSS2205-X65双金属复合板的长宽尺寸为500mm×200mm。
5.根据权利要求1所述的一种双金属冶金复合管焊接方法，其特征在于，步骤2)至步骤6)中各焊缝具体的焊接工艺参数为：
6.根据权利要求1所述的一种双金属冶金复合管焊接方法，其特征在于，步骤6)中具体采用MAG从内侧在过渡层焊缝上施焊，形成复层焊缝；完成整个复合管的焊接。
7.根据权利要求1所述的一种双金属冶金复合管焊接方法，其特征在于，步骤1)中X型坡口上部和下部坡口深度均为9mm，开口角度均为50度。
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