CN107030359B

CN107030359B - 双金属机械复合管焊接工艺

Info

Publication number: CN107030359B
Application number: CN201710402587.2A
Authority: CN
Inventors: 韩彬; 韩浩; 李立英; 王勇; 韩国良
Original assignee: China University of Petroleum East China
Current assignee: China University of Petroleum East China
Priority date: 2017-06-01
Filing date: 2017-06-01
Publication date: 2020-01-14
Anticipated expiration: 2037-06-01
Also published as: CN107030359A

Abstract

本发明公开了一种双金属机械复合管焊接工艺，包括以下步骤：一、焊接坡口处理，其处理过程如下：调节机械复合管至合适位置，使之适合电阻点焊机焊接，并开始点焊；每点焊完一点后，调节工装设备使得机械复合管自转10°～30°，然后再次点焊，直至机械复合管旋转360°；将点焊完后的机械复合管加工成V型带钝边坡口；二、打底焊，打底焊之前，采用对口器对机械复合管进行组对；三、过渡焊；四、填充盖面焊。本发明所述的一种双金属机械复合管端部电阻点焊工艺，既能避免焊接过程中机械复合管基层与内衬层的相对滑动，又能降低焊接接头的应力集中，减小焊接裂纹的产生，同时可以在保证焊接质量的同时，大大节省焊接时间，降低焊接成本。

Description

双金属机械复合管焊接工艺

技术领域

本发明属于管道压力容器金属焊接领域，具体地，涉及一种双金属机械复合管焊接工艺。

背景技术

随着经济发展对能源需求的日益增长，油气田开发及油气储运对于防腐技术和管道材质提出了更高的要求。单一成分的管材难以兼顾耐蚀、强度及经济性等方面，从而导致双金属复合管应运而生。双金属复合管按结合方式的不同，分为冶金复合管和机械复合管，其中机械复合管因制作简单、价格低廉和综合性能好，在当今社会被广泛运用。但目前国内油气田应用双金属机械复合管依旧处于起步阶段，使用范围有限，焊接技术仍不成熟。

双金属机械复合管焊接最严重的问题是裂纹，而焊接接头裂纹的产生往往与复合管基层与内衬层相交的焊趾处的应力大小有着重要关系。传统的管端封焊工艺由于采用封焊技术，使得复合管基层与内衬层相交的焊趾处的应力集中增大，且易产生脆硬组织，常会在封焊处产生裂纹，不能很好的解决机械复合管的焊接问题。新兴的管端堆焊技术利用冶金原理，将机械复合管端部由机械结合转变为冶金结合，使得复层与内衬层相交的焊趾处不会发生应力集中，但该技术焊接成本过高，不能得到广泛应用。因此，寻求一种既经济又可靠的焊接工艺，仍是机械复合管焊接急于解决的一大难题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种双金属机械复合管焊接的工艺方法，用以解决现有焊接工艺存在的焊趾处应力集中大、易产生脆硬组织和焊接成本高等缺点，提高焊接效率，保证焊接质量。

为实现上述目的，本发明采用下述方案：

双金属机械复合管焊接工艺，包括以下步骤：

步骤一、使用电阻点焊对管端内衬层与基层进行点焊处理，再进行加工坡口：

101、调节机械复合管和点焊机电极的配合位置，使得机械复合管轴心与点焊机的电极处于同一面上，且点焊机两电极分别处于管内和管外，电极轴心距管端距离为10～30mm；

102、采用大电流对机械复合管进行点焊，每点焊完一点后，使得机械复合管旋转10°～30°，再进行下一次点焊，直至机械复合管旋转到360°；

103、将点焊完后机械复合管加工成V型带钝边坡口，加工时保留完整点焊熔点，所述V型坡口的单边坡口角度β为30°±5°，钝边厚度与内衬层厚度相同；

步骤二、采用钨极氩弧焊对双金属机械复合管进行打底层焊接：惰性气体保护下，采用钨极氩弧焊对机械复合管的内衬层进行打底焊，所用焊丝为与耐蚀内衬管同材质或高一等级的不锈钢或镍基焊丝，焊接电流为70～110A；打底焊前一般采用对口器进行组对，组对间隙为2～5mm；打底焊层为多层时，施焊过程中将焊层的层间温度控制在50～80℃，且保证不将碳钢制基管的外部熔化；

步骤三、采用钨极氩弧焊对双金属机械复合管进行过渡层焊接：惰性气体保护下，采用钨极氩弧焊对基层与内衬层界面处进行过渡焊，所用焊丝为比耐蚀内衬层材质高一等级的不锈钢或镍基焊丝，焊接电流为90～130A；

步骤四、对复合管基管进行填充盖面焊：采用焊条电弧焊、钨极氩弧焊或药芯焊丝电弧焊对碳钢制基管进行焊接，所用焊材为与碳钢制基管同材质的焊条或焊丝，焊接电流为100～150A，焊接过程中保证层间温度低于150℃。

与现有技术相比，本发明所述的一种双金属机械复合管焊接工艺具有以下优点：

1、本发明采用了大电流电阻点焊机，可以快速实现机械复合管圆周电阻点焊，相比于传统的封焊工艺和堆焊工艺，可以大大降低焊接成本和焊接时间；

2、由于管端附近圆周焊点的存在，既避免了后续机械复合管焊接过程中基层与内衬层发生滑动，也可分散焊接过程中产生的接头应力，将一部分应力转移至焊点，降低焊趾处的应力集中，减小焊接接头裂纹的产生；

3、电阻点焊对机械复合管基层和内衬层材料的性能影响较小，点焊过程中不会产生较多的脆硬组织，且内衬层金属的耐蚀性能不会有太大变化。

附图说明

图1为机械复合管电阻点焊的安装示意图；

图2为点焊完后机械复合管的坡口示意图；

图3为机械复合管的焊接工艺示意图

图中：1、机械复合管，2、点焊机电极，3、焊点，4、钝边，5、内衬层，6、基层，7、焊道一(打底层)，8、焊道二(过渡层)，9、焊道三(填充层)，10、焊道四(盖面层)。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细说明：

实施案例1

本实施例中，所焊接的机械复合管1为由316不锈钢制成的不锈钢内衬管5和L415碳钢制成的碳钢制基管6组成，且其规格为Φ355×(11+2)mm。

步骤一、使用电阻点焊对管端内衬层与基层进行点焊处理，再进行加工坡口，其处理过程如下：

101、调节机械复合管和点焊机电极的配合位置，使得机械复合管1的轴心与点焊机的电极2处于同一面上，且点焊机两电极分别处于管内和管外，电极轴心距管端距离为15mm，详见图1；

102、采用点焊机对机械复合管进行点焊，点焊电极直径为5mm，电极压力为10kN，点焊电流为32kA，导通时间为100ms，每点焊完一点后，机械复合管旋转10°，再进行下一次点焊，直至机械复合管旋转到360°，形成圆周焊点3；

103、将点焊完后机械复合管1加工成V型带钝边坡口，所述V 型坡口的单边坡口角度β为30°，钝边厚度为2mm，详见图2；

步骤二、采用钨极氩弧焊对双金属机械复合管进行打底层焊接：氩气保护下，采用手工钨极氩弧焊对机械复合管的内衬层进行打底焊，形成打底层7，组对间隙为2mm，所用焊丝为比不锈钢内衬层5 高一等级的镍基焊丝，且焊接电流为85A，氩气流量8L/min；打底层施焊过程中注意控制热输入量，不得将碳钢制基管的外部熔化。

本实施例中，所用的焊丝为镍基焊丝inconel625；所述镍基焊丝 inconel625含有以下化学成分：以重量百分比计的0.05％C，21.5％Cr， 0.3％Mn，8.6％Mo，1.5％Fe，0.2％Si，0.003％S，0.01％P，0.03％Cu， 0.3％Al，0.06％Ti，3.68％Ta，余量Ni。

打底焊之前，采用对口器对管道进行组对，并对待焊接头正面和背面进行清理，避免焊接过程中出现错边和夹渣；焊接过程中，焊枪的对中性要好，否则极易引起反面成形不良；采用摆动焊接方法，增加焊缝宽度，以保证足够的熔合量，防止后续过渡区焊接出现熔合不良。

步骤三、采用钨极氩弧焊对双金属机械复合管进行过渡层焊接：氩气保护下，采用手工钨极氩弧焊对基层6与内衬层5界面处进行过渡焊，形成过渡层8，所用焊丝与打底层焊丝相同，均为比不锈钢内衬层5高一等级的inconel625焊丝，且焊接电流为120A，氩气流量为8L/min。

步骤四、对复合管基管进行填充盖面焊：采用焊条电弧焊对基层 6进行焊接，形成填充层9和盖面层10，所用焊材为碳钢焊条 CHE507SH，焊接电流为105A，焊接过程中保证层间温度低于150℃。所述碳钢焊条CHE507SH含有以下化学成分：以重量百分比计的 0.082％C，1.05％Mn，0.54％Si，0.010％S，0.020％P，0.05％Cr，0.02％Ni， 0.032％Mo，0.01％V。

对碳钢制基管6进行填充盖面焊接时，为避免形成咬边缺陷，焊接过程中需要采用摆动焊接，将焊枪的摆动极限位置设置在距焊道两侧1.5mm的位置，且焊枪在极限位置的停留时间为0.5～2s。

综上，对机械复合管进行焊接时，需要严格控制焊接热输入量和层间温度，防止出现焊缝晶粒组织过大、元素烧损和元素扩散严重等不利现象，降低焊缝的焊接质量，焊接过程详见图3。

实施案例2

本实施例中，所焊接的机械复合管2为由316不锈钢制成的不锈钢内衬管6和20G碳钢制成的碳钢制基管5组成，且其规格为Φ76x (7+2)mm。与实施案例1不同的是：

步骤101中点焊机点焊时，电极轴心距离管端距离为10mm；步骤102中采用点焊机对机械复合管进行点焊，电极压力为8kN，点焊电流为25kA，机械复合管旋转角度为30°。

步骤二中打底焊时所采用的焊丝为ER316L，焊接电流为70A，氩气流量9L/min，所述焊丝ER316L含有以下化学成分：以重量百分比计的0.02％C，1.85％Mn，0.34％Si，0.001％S，0.015％P，18.73％Cr， 12.50％Ni和2.36％Mo。

步骤三中过渡焊所采用的焊丝为ER309L，焊接电流为103A，氩气流量为9L/min，所述焊丝ER309L含有以下化学成分：以重量百分比计的0.03％C，2.07％Mn，0.36％Si，0.001％S，0.015％P，24.0％Cr， 13.25％Ni和0.75％Mo。

步骤四中填充盖面焊采用手工钨极氩弧焊进行焊接，所采用的焊丝为ER55-G，焊接电流为140A，氩气流量为12L/min，所述焊丝 ER55-G含有以下化学成分：以重量百分比计的0.084％C，1.31％Mn， 0.81％Si，0.006％S，0.009％P，1.24％Cr和0.63％Mo。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims

1.双金属机械复合管焊接工艺，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、使用电阻点焊对管端内衬层与基层进行点焊处理，再进行加工坡口；

步骤二、采用钨极氩弧焊对双金属机械复合管进行打底层焊接；

步骤三、采用钨极氩弧焊对双金属机械复合管进行过渡层焊接；

步骤四、对复合管基管进行填充盖面焊；

其中，步骤一处理过程如下：

103、将点焊完后的机械复合管加工成V型带钝边坡口，加工时保留完整点焊熔点，所述V型坡口的单边坡口角度β为30°±5°，钝边厚度与内衬层厚度相同。

2.根据权利要求1所述的双金属机械复合管焊接工艺，其特征在于，步骤二过程为：惰性气体保护下，采用钨极氩弧焊对机械复合管的内衬层进行打底焊，所用焊丝为与耐蚀内衬管同材质或高一等级的不锈钢或镍基焊丝，焊接电流为70～110A；打底焊前采用对口器进行组对，组对间隙为2～5mm；打底焊层为多层时，施焊过程中将焊层的层间温度控制在50～80℃且保证不将碳钢制基管的外部熔化。

3.根据权利要求1所述的双金属机械复合管焊接工艺，其特征在于，步骤三过程为：惰性气体保护下，采用钨极氩弧焊对基层与内衬层界面处进行过渡焊，所用焊丝为比耐蚀内衬层材质高一等级的不锈钢或镍基焊丝，焊接电流为90～130A。

4.根据权利要求1所述的双金属机械复合管焊接工艺，其特征在于，步骤四过程为：采用焊条电弧焊、钨极氩弧焊或药芯焊丝电弧焊对碳钢制基管进行焊接，所用焊材为与碳钢制基管同材质的焊条或焊丝，焊接电流为100～150A，焊接过程中保证层间温度低于150℃。

5.根据权利要求1所述的双金属机械复合管焊接工艺，其特征在于：102中机械复合管的旋转角度是根据管径而决定的，管径越大，旋转角度越小，焊点越多，从而确保焊接过程中基层与内衬层不发生相对滑动。