CN107052519A - 一种钢质管道焊口预补口固溶过渡近电位不锈钢堆焊方法 - Google Patents

一种钢质管道焊口预补口固溶过渡近电位不锈钢堆焊方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种钢质管道焊口预补口固溶过渡近电位不锈钢堆焊方法，是一种在低碳钢管管端内壁堆焊不锈钢的方法，特别是一种钢质管道焊口预补口固溶过渡近电位不锈钢堆焊方法，该方法区别于其它钢质管道预补口不锈钢堆焊方法，是一种以保证钢质管道焊口良好焊接性能和内防腐性能、防止钢质管道焊口内壁堆焊双金属电池腐蚀为前提的固溶过渡近电位不锈钢堆焊方法，该方法是保证钢质管道内壁防腐层连续的关键技术，属于钢质管道DGR一体化防腐技术的主要内容之一。

Description

一种钢质管道焊口预补口固溶过渡近电位不锈钢堆焊方法
技术领域
本发明涉及钢质管道焊口内壁防腐补口技术领域，是一种钢质管道焊口预补口固溶过渡近电位不锈钢堆焊方法，是一种在低碳钢管端内壁堆焊不锈钢的方法，特别是一种钢质管道焊口预补口固溶过渡近电位不锈钢堆焊方法，该方法区别于其它钢质管道预补口不锈钢堆焊方法，是一种以保证钢质管道焊口良好焊接性能和内防腐性能、防止钢质管道焊口内壁堆焊双金属电池腐蚀为前提的固溶过渡近电位不锈钢堆焊方法，该方法是保证钢质管道内壁防腐层连续的技术，属于钢质管道DGR(堆焊固溶汉语拼音组合)一体化防腐技术的主要内容之一。
背景技术
在内防腐管道施工中，焊接热输入会使管道焊口区域的内防腐涂层受到烧蚀破坏，且引起焊口熔合区微观组织的改变，造成管道焊口耐腐蚀性能降低、管口内壁区域先于管道锈蚀而引起输送介质泄漏，增加了安全环保风险，降低了管道使用寿命，这是管道业一直努力解决的问题。
通过在钢管管端内壁预先堆焊一定宽度的不锈钢层，然后对钢管进行内防腐处理，在管道焊接后，涂覆在不锈钢层上面的防腐涂层虽然受到烧蚀破坏，但裸露出的不锈钢层可继续起到防腐蚀作用，这种方法叫做钢质管道管口堆焊预补口。
发明专利申请号201510515750.7公开了一种用于管道焊口内补口的钢制管道焊口内壁防腐堆焊方法，该方法通过电弧预热、覆层堆焊和空烧固溶工艺在一定程度上控制了管端缩径，空烧固溶使堆焊层与低碳钢母材界面平滑搭接，实现了钢制管道焊口耐蚀合金堆焊预补口目的，但该方法的堆焊部位与未堆焊的低碳钢界面存在较大的电位差，一旦钢管内防腐涂层脱落，双金属界面接触导电介质时，因不锈钢相对低碳钢电位更正会得到电子成为阴极，低碳钢相对不锈钢电位更负会失去电子成为阳极，表现为双金属界面电偶腐蚀；该方法通过覆层堆焊虽然控制了碳化铬针孔的总量，但由于TIG堆焊的熔深较深，在实际操作中仍然无法避免碳的大量迁移并与不锈钢中的铬亲和形成碳化铬夹杂在堆焊层中，这种碳化铬针孔是不锈钢堆焊层表面点状腐蚀坑的主要成因。
上述堆焊方法未涉及不锈钢填充短管和对不锈钢填充短管的固溶，未涉及针对双金属界面电位差引起的电偶腐蚀的控制措施。
发明内容
本发明通过在钢质管道管端内壁预先填充不锈钢短管，从填充短管的内端面开始、在钢管旋转的同时采用TIG数控堆焊机由外向内轴向摆动移距移位送丝堆焊，当堆焊到一定宽度时停止送丝；TIG焊枪由内向外轴向摆动移距移位，通过氩气电弧对堆焊层进行再次熔化和对不锈钢填充短管加热熔化，再次熔化的过程叫固溶处理，一直移动至不锈钢填充短管的最外端，然后采用MIG方法再次摆动移距送丝堆焊至钢管管端；固溶堆焊完成后机械加工坡口和管端内壁，完成钢质管道预补口渐进过渡近电位固溶堆焊过程。
其具体发明内容如下：
固溶堆焊预补口方法由渐进过渡TIG堆焊、氩气电弧填料固溶堆焊和MIG外堆焊组合构成如(图1)所示；
渐进过渡堆焊是在不锈钢填充短管远离管端与低碳钢母材之间的堆焊，在具体操作中，在钢管旋转的同时，钨极在填充短管与母材的界面起弧，焊枪轴向摆动并送入不锈钢焊丝的同时，由外向内移位移距，此时焊丝熔化实现由外向内的堆焊过程，当堆焊到一定宽度时，停止送丝，焊枪由内向外摆动移距移位，利用氩气电弧对堆焊层进行第二次熔化(固溶)，到达不锈钢填充短管位置时，改为螺旋移距，对不锈钢填充短管进行固溶处理，使高于堆焊层的短节部分熔化，熔融的不锈钢填充覆盖部分堆焊层。
该方法作用在于：a、堆焊层与低碳钢母材充分稀释，使双金属界面形成含铬、镍、铁的低碳合金，同时使杂质完全析出；b、由于熔融的短节填充覆盖了部分堆焊层，堆焊层呈斜坡状，此时靠近低碳钢母材的堆焊层电位因镍、铬含量较低而接近低碳钢，靠近不锈钢填充短管的堆焊层电位因镍、铬含量较高而接近不锈钢，各位置的点电位依次由低向高渐进过渡；c、渐进过渡堆焊层呈斜坡状，有利于钢管内防腐涂层与双金属界面的结合。
可选的，填料固溶是通过氩气电弧对不锈钢填充短管加热融化形成的堆焊层，当钨极电弧移动至固溶过渡堆焊层与不锈钢填充短管位置时，改为螺旋移距，依次熔化不锈钢填充短管形成固溶堆焊层，该方法的作用在于：a、热量通过熔融的不锈钢填充料传导到低碳钢母材，控制了低碳钢母材的熔深并间接控制了母材碳迁移的总量，使堆焊层表面碳化铬针孔的机会减少；b、由于不锈钢的热膨胀系数高于低碳钢，在固溶过程中未熔化的不锈钢短管受热膨胀对低碳钢外管起到扩径作用，控制了冷却后钢管管端的缩径；c、由于管端内堆焊层增加了钢管管端的壁厚，相应提高了钢管管端相对钢管管壁的抗拉能力。
可选的，外堆焊是不锈钢填充短管与钢管端面之间的堆焊层，该部位采用MIG方法堆焊，其堆焊层较厚，有利于管道的组对焊接。
可选的，可采用不同的不锈钢材料以适应不同的防腐要求。
本发明的作用在于：
固溶堆焊预补口完成后，在工厂对钢管内外壁涂覆防腐涂层；当管道在现场组对焊接时，接近焊口区域的内表面防腐涂层被烧蚀破坏，露出部分不锈钢固溶堆焊层，此时不锈钢焊口、不锈钢固溶堆焊层和钢管内涂层形成了连续防腐层，实现管道内防腐层的连续；当管道运行一段时间后，一旦堆焊双金属界面处的内防腐涂层出现破坏，由于堆焊双金属界面电位差较小，因此不会发生严重的缝隙腐蚀，从而可以延长管道在线服役周期。
本发明的意义在于：
解决了钢质管道特别是小口径钢质管道焊口内防腐补口技术难题；提高了钢质管道寿命从而降低了管道腐蚀泄漏的安全环保风险，减少了资源浪费；实现了钢质管道焊口内防腐补口作业的工厂化、标准化。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例的工艺示意图一；
图2为本申请实施例的工艺示意图二；
图3为本申请实施例的工艺示意图三；
图4为本申请实施例的工艺示意图四；
图5为本申请实施例的工艺示意图五；
图6为本申请实施例的工艺示意图六；
图7为本申请实施例的工艺示意图七；
图8为本申请实施例的工艺示意图八。
其中，附图上标记分别为：不锈钢填充短管1；TIG内堆焊起点和移动方向2；固溶堆焊移动方向和终点3；MIG外堆焊起点、方向和终点4；过渡固溶堆焊层与母材界面5；过渡固溶堆焊层与不锈钢固溶层界面6；进行加工后的不锈钢固溶堆焊预补口层7；钢管母材8；坡口9；渐进过渡固溶堆焊10；固溶堆焊预补口层11；外堆焊区域12；堆焊预处理机械加工面13；过渡堆焊层14；堆焊方向15；固溶堆焊层16；固溶起点、方向和终点17；外堆焊层18；外堆焊起点、方向和终点19。
具体实施方式
本发明通过在钢质管道管端内壁预先填充不锈钢短管，从填充短管的内端面开始、在钢管旋转的同时采用TIG数控堆焊机由外向内轴向摆动移距移位送丝堆焊，当堆焊到一定宽度时停止送丝(图4)；TIG焊枪由内向外轴向摆动移距移位，通过氩气电弧对堆焊层进行再次熔化和对不锈钢填充短管加热熔化，再次熔化的过程叫固溶处理，一直移动至不锈钢填充短管的最外端(图5)，然后采用MIG方法再次摆动移距送丝堆焊至钢管管端(图6)；固溶堆焊完成后机械加工坡口和管端内壁，完成钢质管道预补口渐进过渡近电位固溶堆焊过程，最终产品如(图2和3)所示。
本发明的作用在于：
固溶堆焊预补口完成后，在工厂对钢管内外壁涂覆防腐涂层；当管道在现场组对焊接时，接近焊口区域的内表面防腐涂层被烧蚀破坏，露出部分不锈钢固溶堆焊层，此时不锈钢焊口、不锈钢固溶堆焊层和钢管内涂层形成了连续防腐层，实现管道内防腐层的连续；当管道运行一段时间后，一旦堆焊双金属界面处的内防腐涂层出现破坏，由于堆焊双金属界面电位差较小，因此不会发生严重的缝隙腐蚀，从而可以延长管道在线服役周期。
本发明的原理在于：
1、因为不锈钢的热膨胀系数大于低碳钢，在对堆焊前过盈装配的不锈钢填充短管进行加热固溶过程中，短管未熔化的部分受热膨胀，对钢管管端起到扩孔作用，可以控制钢管管端的堆焊应力缩径；
2、对过渡堆焊层的固溶可以使靠近母材位置的堆焊层形成相对较低镍、铬含量的铁合金，拥有接近低碳钢电位的特征，一旦管道内防腐涂层出现破坏，可有效降低微电池缝隙腐蚀风险；对填充短管的固溶可以使靠近填充短管位置的堆焊层形成高镍、铬的合金，拥有接近不锈钢电位的特征，可以有效地保证固溶层的耐腐蚀性能，且斜坡状的过渡堆焊层有利于与防腐涂层的结合；
3、以往钢管管端内壁堆焊后，堆焊层不平整，堆焊层与钢管管端平面圆弧过渡，在管道组对焊接后容易造成内焊道凹陷，影响对X射线影像的判断；DGR固溶堆焊后对钢管内堆焊层进行机械加工，使内堆焊层与钢管端面直角过渡，可以保证焊口内焊道成型质量。
本发明的意义在于：
解决了钢质管道特别是小口径钢质管道焊口内防腐补口技术难题；提高了钢质管道寿命，从而降低了管道腐蚀泄漏的安全环保风险，减少了资源浪费；实现了钢质管道焊口内防腐补口作业的工厂化、标准化。
用于钢质管道预补口渐进过渡近电位(DGR)固溶堆焊顺序如(图1)所示，DGR预补口结构如(图2和3)所示。
本发明所述的一种钢质管道焊口预补口DGR堆焊方法的具体实施步骤如下：
该固溶堆焊工艺由钢管管端机械预处理、不锈钢填充短管过盈装配、短管内TIG正向内堆焊、内堆焊层及不锈钢填充短管固溶、MIG外堆焊、堆焊层及坡口机械加工等具体步骤组成，分述如下：
(一)钢管管端机械预处理：机械加工钢管管端内壁，保证管道内壁在一定的深度尺寸和公差范围之内，保证机械加工面清洁露出金属本色如(图4)所示；
(二)不锈钢填充短管过盈装配：打磨钢管内壁一定深度的未加工部位，使其露出金属白亮色如(图4)所示；感应加热钢管管端，使其膨胀；将预制的、外径大于钢管管端内径约0.05mm～0.08mm的不锈钢填充短管装入钢管管端加工好的内孔中，冷却后不锈钢填充短管与低碳钢钢管紧密结合如(图5)所示；
(三)短管内侧TIG堆焊：焊枪深入钢管内不锈钢短管与钢管内壁的界面，钢管数控旋转，钨针起弧送丝并轴向摆动由外向内堆焊，移距移位，焊道搭接率3mm，直至堆焊到设计宽度如(图6)所示；
(四)内堆焊层及不锈钢填充短管固溶：由外向内堆焊至一定宽度后停止送入焊丝，焊枪开始由内向外移距移位，氩气电弧再次轴向摆动熔化堆焊层(固溶)，至不锈钢填充短管位置时焊枪停止轴向摆动改为螺旋移位并加大电流，依次熔化不锈钢填充短管形成不锈钢固溶堆焊层如(图7)所示；
(五)MIG外堆焊：换用熔化极焊枪从不锈钢填充短管位置开始由内向外堆焊，直至钢管管端如(图8)所示；
(六)机械加工堆焊的管端内孔和坡口如(图3)所示；
至此，钢质管道DGR预补口过程完成。
本发明还具有如下特征：
1、所述步骤(二)中的不锈钢填充短管与低碳钢管内孔过盈装配；
2、所述步骤(四)中的对内堆焊层与不锈钢填充短管固溶；
3、所述步骤(六)中的机械加工堆焊的内孔。
本发明的原理在于：
1、因为不锈钢的热膨胀系数大于低碳钢，在对堆焊前过盈装配的不锈钢填充短管进行加热固溶过程中，短管未熔化的部分受热膨胀，对钢管管端起到扩孔作用，可以控制钢管管端的堆焊应力缩径；
2、对过渡堆焊层的固溶可以使靠近母材位置的堆焊层形成相对较低镍、铬含量的铁合金，拥有接近低碳钢电位的特征，一旦管道内防腐涂层出现破坏，可有效降低微电池缝隙腐蚀风险；对填充短管的固溶可以使靠近填充短管位置的堆焊层形成高镍、铬的合金，拥有接近不锈钢电位的特征，可以有效地保证固溶层的耐腐蚀性能，且斜坡状的过渡堆焊层有利于与防腐涂层的结合；
3、以往钢管管端内壁堆焊后，堆焊层不平整，堆焊层与钢管管端平面圆弧过渡，在管道组对焊接后容易造成内焊道凹陷，影响对X射线影像的判断；固溶堆焊后对钢管内堆焊层进行机械加工，使内堆焊层与钢管端面直角过渡，可以保证焊口内焊道成型质量。
下面描述一具体实施方式
(一)按步骤一将预进行预补口固溶堆焊的钢管装卡在数控机床上，按设计要求加工内孔，保证预堆焊面洁净；
(二)按步骤二用砂布轮打磨设计规定的部位，装配不锈钢填充短管；
(三)按步骤三进行过渡层堆焊；
(四)按步骤四对过渡堆焊层和不锈钢填充短管进行固溶；
(五)按步骤五进行外堆焊；
(六)按步骤六进行钢管内孔堆焊部位和坡口的机械加工。
本发明的效果在于：
1、采用不锈钢填充短管代替部分减少焊丝，可降低堆焊成本，提高堆焊效率；
2、利用不锈钢的热膨胀系数大于低碳钢的特点，可以有效控制钢管管端的堆焊应力缩径；
3、通过对过渡堆焊层和不锈钢填充短管的固溶，可以使由低碳钢母材至双金属界面、填料固溶堆焊面的点电位依次降低，有效控制双金属界面因电位差引起的电偶腐蚀，保证裸露的不锈钢预补口层的防腐性能；
4、通过对内堆焊层的机械加工，可以保证管道焊口内焊道的成型质量。
以上所述，仅为本发明的具体实施方法，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公开的技术范围内，均可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内，因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种钢质管道焊口预补口固溶过渡近电位不锈钢堆焊方法，其特征在于，所述方法是一种在低碳钢管端内壁堆焊不锈钢的方法，是一种以保证钢质管道焊口良好焊接性能和内防腐性能、防止钢质管道焊口内壁堆焊双金属电池腐蚀为前提的固溶过渡近电位不锈钢堆焊方法，该方法是保证钢质管道内壁防腐层连续的技术，属于钢质管道DGR(堆焊固溶汉语拼音组合)一体化防腐技术；
其具体实施步骤如下：
步骤(一)钢管管端机械预处理：机械加工钢管管端内壁，以使管道内壁在一定的深度尺寸和公差范围之内，以使机械加工面清洁露出金属本色；
步骤(二)不锈钢填料短管过盈装配：打磨钢管内壁一定深度的未加工部位，使其露出金属本色；感应加热钢管管端，使其膨胀；将预制的、外径大于钢管管端内径约0.05～0.08mm的不锈钢填充短管装入钢管管端加工好的内孔中，冷却后不锈钢填充短管与低碳钢钢管紧密结合；
步骤(三)填充短管内侧TIG堆焊：焊枪深入钢管内不锈钢填充短管与钢管内壁的界面，钢管数控旋转，钨针起弧送丝并轴向摆动由外向内堆焊，移距移位，焊道搭接率3mm，直至堆焊到设计宽度；
步骤(四)内堆焊层及不锈钢填充短管固溶：由外向内堆焊至一定宽度后停止送入焊丝，焊枪开始由内向外移距移位，氩气电弧轴向摆动再次熔化堆焊层(固溶)，至不锈钢填充短管位置时焊枪停止轴向摆动改为螺旋移位并加大电流，依次熔化不锈钢填充短管形成不锈钢固溶堆焊层；
步骤(五)MIG外堆焊：换用熔化极焊枪从不锈钢填充短管位置开始由内向外堆焊，直至钢管管端；
步骤(六)机械加工堆焊的管端内孔和坡口。
2.根据权利要求1所述的一种钢质管道焊口预补口固溶过渡近电位不锈钢堆焊方法，其特征在于，所述步骤(二)中的不锈钢填充短管与低碳钢管内孔的过盈装配。
3.根据权利要求1所述的一种钢质管道焊口预补口固溶过渡近电位不锈钢堆焊方法，其特征在于，所述步骤(四)中的对内堆焊层与不锈钢填充短管固溶。
4.根据权利要求1所述的一种钢质管道焊口预补口固溶过渡近电位不锈钢堆焊方法，其特征在于，所述步骤(六)中的机械加工堆焊的管端内孔。
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