CN105855669A - 一种双表面包覆Incoloy 825层状复合板材的对焊连接方法 - Google Patents

一种双表面包覆Incoloy 825层状复合板材的对焊连接方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种双表面包覆Incoloy 825层状复合板材的对焊连接方法，首先通过热轧工艺将Incoloy 825合金板材和碳钢板材连接在一起，再经过控扎控冷技术制成双表面包覆Incoloy 825层状复合板材；在“V+I+V”特型坡口精细设计和加工的基础上，采用碳钢层、过渡层、Incoloy 825合金材料层的顺序进行焊接，并使用ERNiCrMo‑3的专用焊丝，通过对过渡层厚度控制，使过渡层材料起到了对耐蚀金属Cr、Ni、Mo等的过渡补偿作用，保证了上、下双面Incoloy 825耐腐蚀合金材料层的优良抗腐蚀性能，也保证了焊缝区良好的焊接质量和综合力学性能。

Description

一种双表面包覆Incoloy 825层状复合板材的对焊连接方法
技术领域：
本发明属于焊接技术领域，具体涉及一种双表面包覆Incoloy 825层状复合板材的对焊连接方法。
背景技术：
因为腐蚀而造成的损失日趋严重，尤其在一些强腐蚀性油气田的开发中，更显严重，由于腐蚀问题给国家和社会造成的直接经济损失经估算，约为5000亿元每年，占到国民生产总值的5％，其中因管道腐蚀造成的事故和损失还在逐年增加。层状复合材料可以使强度、熔点、热膨胀系数差异极为悬殊的不同金属实现完美的冶金结合，集不同材料的优点于一身，充分发挥不同材料特性，极大地节约稀贵金属材料，降低设备的制造成本，使稀贵金属在许多领域的应用成为可能。层状复合管市场需求较大，仅我国石油、石化行业就是一个巨大市场，我国油气管道建设中，一部分钢管即用来输运强腐蚀性介质，又在酸性土壤环境中使用，这对于内、外层均具有抗腐蚀性能的层状复合焊管，前景无限好。
管道或设备服役的环境，复杂到难以想象，例如：管道既要输运强腐蚀性介质，又要穿越大地域范围的酸性土壤环境。这对于一般的管道材料来说，根本无法使用，必须得有针对性的或建设性的提出一种内外兼有抗腐蚀功能的管道。而该种管道的焊接，将是管线建设的重头戏，难度可想而知。既要保证内、外层材料优良的抗腐蚀性能，又要确保中间基层材料的高强、高韧性特点。焊接方法、工艺、包括坡口设计和加工都将是大大有别于其他管道焊接的。需要考虑焊接过程的诸多方面，且要协调处理可能出现的各种问题。包括，焊接参数匹配，焊材匹配，焊丝、焊剂匹配，坡口设计和焊接方法及工艺匹配 等等。因此，本发明的价值就在于此。能很好解决上述焊接过程可能出现的各种问题，且能保证钢管内、外层材料的优良抗腐蚀性，又能使中间基层材料充分发挥其高强、高韧性特点。
由于抗腐蚀层和基层碳钢，在焊接中，界面处由于浓度梯度、温度梯度等因素会发生互溶且抗腐蚀元素Cr、Ni、Mo等会向碳钢侧发生扩散迁移，即受到碳钢的稀释作用，容易使焊缝抗腐蚀性能减弱，影响到管道的服役寿命。加上三层材料的物理、化学特性差异显著，故而对焊接过程各层熔覆量控制和焊接参数匹配及焊接方法和工艺设置提出了挑战。
发明内容：
为了克服上述缺点，本发明的目的是提供一种双表面包覆Incoloy 825层状复合板材的对焊连接方法，本发明的对焊连接方法避免了耐蚀金属元素Cr、Ni、Mo由于高温冶金作用出现稀释的问题，不仅确保了层状复合板材上、下双表面Incoloy 825耐腐蚀合金材料层的优良耐腐蚀特性，而且确保了中间碳钢层的高强、高韧性特性，使焊缝具有可靠的焊接质量和优良的综合力学性能。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种双表面包覆Incoloy 825层状复合板材的对焊连接方法，包含下述步骤：
步骤1：将两层Incoloy 825合金材料和一层碳钢通过热轧工艺连接在一起，再经过控扎、控冷技术轧制成层状复合板材，层状复合板材的上、下两层为Incoloy 825合金材料层，中间层为碳钢层；上、下两层Incoloy 825合金材料层厚度为1～10mm，碳钢层的厚度为8～50mm；相邻两层之间为冶金结合；
步骤2：层状复合板材采用“V+I+V”特型复合坡口设计，上层Incoloy 825合金材料层和下层Incoloy 825合金材料层的同侧均为 “V”型坡口，坡口深度为1～13mm，且深度大于所在Incoloy 825合金材料层厚度，坡口夹角为80～100°，坡口外沿宽度为10～25mm；中间碳钢层为“I”型坡口，坡口深度为中间碳钢层全壁厚度；Incoloy 825合金材料层的“V”型坡口与中间碳钢层的“I”型坡口交汇于中间碳钢侧；
步骤3：完成坡口加工后，组对的层状复合板从一侧每隔500mm长进行定位点焊，点焊后组对的层状复合板材坡口间有0.5～1.0mm宽的间隙；
步骤4：完成定位点焊后，对中间碳钢层进行焊接，形成碳钢层熔敷金属区，焊接过程中上、下两层Incoloy 825合金材料层的坡口内及附近区域10～20mm宽范围进行惰性气体保护；
步骤5：中间碳钢层完成焊接后空冷至室温，对上、下两层Incoloy 825合金材料层的“V”型坡口进行清渣处理，清渣后打磨、抛光，使“V”型坡口最低点处于中间碳钢层的厚度尺寸范围内，最后用丙酮和乙醇进行清洗且迅速吹干；
步骤6：“V”型坡口吹干后，采用TIG焊分别对上、下两层Incoloy 825合金材料层进行过渡层焊接，过渡层厚度与层状复合板材热轧接合面平齐或超出0～1.0mm，且完全覆盖碳钢；过渡层焊接后，采用TIG焊方法分别对上、下两层Incoloy 825合金材料层进行填充、盖面焊接，形成LC2205不锈钢层熔敷金属区，焊接过程整个焊缝区及附近区域均采用惰性气体保护。
上述上层Incoloy 825合金材料层和下层Incoloy 825合金材料层的厚度相同或不同。
上述中间碳钢层为Q235、Q345、X52、X60、X65、X70、X80、X90或X100碳素结构钢、压力容器钢和管线钢。
上述步骤4中对中间碳钢层进行焊接的方法为：当中间碳钢层厚度<15mm时，采用PAW方法进行焊接；当中间碳钢层厚度≥15mm而≤50mm时，采用SAW方法进行焊接；焊接所用的焊丝为 焊剂为SJ101G。
上述步骤6中过渡层焊接所用焊丝为的ERNiCrMo-3。
上述步骤6中上、下两层Incoloy 825合金材料层进行填充、盖面焊接所用的焊丝为的ERNiCrMo-3。
本发明的有益效果：
本发明采用了高Cr、Ni、Mo含量的专用焊丝作为过渡层焊材，同时在坡口型式、坡口深度、坡口宽度、坡口角度、各层焊接材料、过渡层熔敷质量控制、过渡层熔敷厚度等方面做了精细设计和研究布置，使过渡层材料真正起到了对耐蚀金属Cr、Ni、Mo的过渡补偿作用，使焊缝中上、下两界面处的耐蚀金属元素保持在正常水平，保证了上、下双面Incoloy 825耐腐蚀合金材料层的优良抗腐蚀性能，也保证了焊缝区良好的焊接质量和综合力学性能。
附图说明：
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
图1为本发明层状复合板材对焊焊缝的过渡熔焊结构示意图。
附图标记说明：1为上层Incoloy 825合金材料层；2为中间碳钢层；3为下层Incoloy 825合金材料层；4为Incoloy 825合金材料层熔敷金属区；5过渡层；6为中间碳钢层熔敷金属区。
具体实施方式：
参见图1，以控扎控冷技术制备的Incoloy 825/X80/Incoloy 825双表面包覆Incoloy 825层状复合板材为实验用试板，本例中Incoloy 825/X80/Incoloy 825层状复合板材总厚度为(2.5+13+2.5)mm＝18mm， 双表面包覆Incoloy 825耐腐蚀合金材料层厚度均为2.5mm，中间X80钢厚度为13mm，
采用“V+I+V”即型特型复合坡口设计，双表面包覆Incoloy 825合金材料层坡口角度为60～80°，深度为2.5～4mm，宽度为10～14mm；中间X80管线钢层“I”型坡口深度为10～13mm。待完成坡口加工后，对组对好的一副Incoloy 825/X80/Incoloy 825双表面包覆Incoloy 825层状复合板试板从上部坡口一侧每隔500mm长为一个定位点进行定位点焊，保证点焊后的试板在坡口中间有0.5mm宽间隙。然后，中间层X80钢采用PAW焊；在完成中间X80管线钢的焊接后，对上、下表面Incoloy 825耐腐蚀合金材料层坡口内进行清理，然后进行上、下表面Incoloy 825耐腐蚀合金材料过渡层的TIG焊，焊丝为的ERNiCrMo-3，最后进行上、下表面Incoloy 825耐腐蚀合金材料层的TIG填充、盖面焊，焊材使用的ERNiCrMo-3焊丝。主要焊接工艺参数如表1和表2所示，本实验Incoloy 825/X80/Incoloy 825双表面包覆Incoloy 825层状复合板材对焊焊缝性能检测结果如表3所示。
表1中间X80管线钢层PAW焊接试验参数
表2过渡层和Incoloy 825耐腐蚀合金材料层焊接试验参数
表3双表面包覆Incoloy 825层状复合板材对焊焊缝性能检测结果
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，做出的若干简单推演、替换或变换等都应当视为属于本发明所提交的权利要求书确定专利保护范围。

Claims (6)

1.一种双表面包覆Incoloy 825层状复合板材的对焊连接方法，其特征在于：所述对焊连接方法的具体步骤为：
步骤1：将两层Incoloy 825合金材料和一层碳钢通过热轧工艺连接在一起，再经过控扎、控冷技术轧制成层状复合板材，层状复合板材的上、下两层为Incoloy 825合金材料层(1、3)，中间层为碳钢层(2)；上、下两层Incoloy 825合金材料层(1、3)的厚度均为1～10mm，碳钢层(2)的厚度为8～50mm；相邻两层之间为冶金结合；
步骤2：层状复合板材采用“V+I+V”特型复合坡口设计，上层Incoloy 825合金材料层(1)和下层Incoloy 825合金材料层(3)的同侧均为“V”型坡口，坡口深度为1～13mm，且深度大于所在Incoloy825合金材料层(1、3)厚度，坡口夹角为80～100°，坡口外沿宽度为10～25mm；中间碳钢层(2)为“I”型坡口，坡口深度为中间碳钢层(2)全壁厚度；Incoloy 825合金材料层(1、3)的“V”型坡口与中间碳钢层(2)的“I”型坡口交汇于中间碳钢侧；
步骤3：完成坡口加工后，组对的层状复合板从一侧每隔500mm长进行定位点焊，点焊后组对的层状复合板材坡口间有0.5～1.0mm宽的间隙；
步骤4：完成定位点焊后，对中间碳钢层(2)进行焊接，形成碳钢层熔敷金属区(6)，焊接过程中上、下两层Incoloy 825合金材料层(1、3)的坡口内及附近区域10～20mm宽范围进行惰性气体保护；
步骤5：中间碳钢层(2)完成焊接后空冷至室温，对上、下两层Incoloy 825合金材料层(1、3)的“V”型坡口进行清渣处理，清渣后打磨、抛光，使“V”型坡口最低点处于中间碳钢层(2)的厚度尺寸范围内，最后用丙酮和乙醇进行清洗且迅速吹干；
步骤6：“V”型坡口吹干后，采用TIG焊分别对上、下两层Incoloy825合金材料层(1、3)进行过渡层焊接，过渡层(5)的厚度与层状复合板材热轧接合面平齐或超出0～1.0mm，且完全覆盖碳钢；过渡层(5)焊接后，采用TIG焊方法分别对上、下两层Incoloy 825合金材料层(1、3)进行填充、盖面焊接，形成Incoloy 825合金材料层熔敷金属区(4)，焊接过程整个焊缝区及附近区域均采用惰性气体保护。
2.如权利要求1所述的双表面包覆Incoloy 825层状复合板材的对焊连接方法，其特征在于：所述上层Incoloy 825合金材料层(1)和下层Incoloy 825合金材料层(3)的厚度相同或不同。
3.如权利要求1所述的双表面包覆Incoloy 825层状复合板材的对焊连接方法，其特征在于：所述中间碳钢层(2)为Q235、Q345、X52、X60、X65、X70、X80、X90或X100碳素结构钢、压力容器钢和管线钢。
4.如权利要求1所述的双表面包覆Incoloy 825层状复合板材的对焊连接方法，其特征在于：所述步骤4中对中间碳钢层(2)进行焊接的方法为：当中间碳钢层(2)的厚度<15mm时，采用PAW方法进行焊接；当中间碳钢层(2)的厚度≥15mm而≤50mm时，采用SAW方法进行焊接；焊接所用的焊丝为焊剂为SJ101G。
5.如权利要求1所述的双表面包覆Incoloy 825层状复合板材的对焊连接方法，其特征在于：所述步骤6中过渡层(5)焊接所用焊丝为的ERNiCrMo-3。
6.如权利要求1所述的双表面包覆Incoloy 825层状复合板材的对焊连接方法，其特征在于：所述步骤6中上、下两层Incoloy 825合金材料层(1、3)进行填充、盖面焊接所用的焊丝为的ERNiCrMo-3。
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