CN108526662B - 一种大口径镍基复合管x坡口免背面充氩焊接方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种大口径镍基复合管X坡口免背面充氩焊接方法，所述镍基合金复合管的基层为Q245R、复层为Incoloy825，管径≥500mm。本发明的方法首先采用碳钢焊丝焊条焊接基层，然后再利用镍基合金的焊丝焊条焊接过渡层和复层。整个焊接过程没有使用氩气背面保护，节约了大量氩气，简化了焊接步骤；而且基层采用普通碳素钢焊接，焊材成本低、焊接层数少。本发明的方法既缩短了工期，又节能减排，实现了良好的经济效益和社会效益。

Description

一种大口径镍基复合管X坡口免背面充氩焊接方法

技术领域

本发明属于管道焊接技术领域，尤其是涉及一种大口径镍基复合管X坡口免背面充氩焊接方法。

背景技术

Incoloy 825是钛稳定化处理的全奥氏体镍铁铬合金，并添加了铜和钼，在氧化和还原环境下都具有抗酸和碱金属腐蚀性能，属于典型的耐热合金，可用于高温高压的介质。Q245R是一种刚度较大的碳素钢，可以提供较好的力学性能。Q245R与Incoloy825材质的复合管以Q245R为基层、Incoloy825为复层，其综合了两种材料的优良性能，因此在在石油化工行业的应用越来越广泛。

对于Q245R与Incoloy825的复合管焊接，传统的方法中，对接管道的环形焊缝为V型坡口，采用手工钨极氩弧焊首先焊接镍基合金复层，然后采用手工焊条电弧焊焊接过渡层和基层，且复层、过渡层、基层采用的焊材都是镍基合金焊丝焊条。由于镍基合金在焊接时非常容易氧化，复层第一层打底焊时背部容易被氧化产生缺陷，因此若采用传统的方法焊接镍基合金复合管，焊接前必须在复合管内部充氩气，进行氩气背面保护。氩气背面保护的操作步骤包括：先用纸胶带密封焊缝，然后向复合管内部充氩气，置换管内的氧气；气体置换完成后，检测氧含量；氧含量检测合格后、正式焊接前还需要进行试焊，通过观察试焊焊道色泽判断充氩置换和气体保护的质量，确认质量合格后方可进行正式焊接。

传统的焊接方法适用于焊接小管径的镍基合金复合管，而对于大管径的复合管管道如果采用此焊接方案，焊接成本及焊接时间将大大增加。因为传统的焊接方法采用的焊材全部都是镍基合金焊丝焊条，这是由于传统的单面焊，先焊接复层和过渡层，再焊接基层碳素钢部分，全部属于异种钢焊接，必须全部采用镍基合金焊材。否则先用镍基合金焊材再用碳钢焊材势必会造成铁镍基合金Incoloy825的层间温度大于100℃，将影响焊接接头的完好性和塑性。镍基合金焊材价格昂贵，大管径复合管焊接所需焊材量大；且对于大管径管道来说，氩气背面保护所需的氩气量也加大，进一步提高了成本。氩气背面保护需要多个步骤来检测质量，步骤繁琐，焊接工时长。此外，传统的焊接方法中，对于镍基合金复合管复层的厚度有一定要求，复层厚度一般要求大于3mm，以避免焊接时基层的碳元素过渡到复层，造成焊接缺陷。

发明内容

本发明的目的是提供一种操作简单、成本低、生产效率高的镍基合金复合管焊接方法，尤其适合大管径镍基合金复合管的焊接。

本发明的大口径镍基复合管X坡口免背面充氩焊接方法中，所述镍基合金复合管的基层为Q245R、复层为Incoloy825，管径≥500mm，焊接步骤为：在两根镍基合金复合管待焊接的端面加工坡口，然后将两端面对接形成环形焊缝，所述环形焊缝呈X型坡口；采用双面焊接，先使用碳钢焊丝焊条焊接基层，再用镍基合金焊丝焊条依次焊接过渡层和复层；整个焊接过程不使用氩气背面保护。

对于管径≥500mm的镍基合金复合管，焊接人员可以进入管道内进行作业，因此，本发明改变了焊接顺序，先使用碳钢焊丝焊条焊接基层，再用镍基合金焊丝焊条焊接过渡层和复层，整个焊接过程不需要氩气背面保护，基层的焊材用碳钢焊丝焊条代替了镍基合金焊丝焊条，极大地节约了氩气和镍基合金的焊条的用量，又节约了充气的时间，既节约了成本，又提高了功效。本发明基层采用碳素钢焊接工艺，焊接操作人员更容易掌握，降低了人力成本。而且普通碳素钢焊接时，焊接线能量较大，焊缝熔敷金属厚，焊接层数少，可进一步节约焊接时间。

进一步地，所述基层厚度为5mm～32mm，复层厚度为1.5mm～10mm。本发明的方法对于镍基合金复合管的复层厚度无特别要求，适用性广，复层厚度可低至1.5mm。

进一步地，所述X型坡口的坡口角度为60°～70°，根部间隙为1mm～3mm，钝边长度为1mm～3mm，基层坡口根部至基层与复层结合面的距离≤4mm。基层坡口根部至基层与复层结合面的距离≤4mm既能保证焊接能焊透，又能保证焊缝背面的成型。

进一步地，基层的焊层中，第一层采用手工钨极氩弧焊（GTAW），焊材为焊丝H08Mn2SiA，焊接速度为6cm/min；其他层采用手工电弧焊（SMAW），焊材为J427，焊接速度为6.7cm/min～6.9cm/min；过渡层采用手工电弧焊，焊材为焊条ENiCrMo-3，焊接速度为8.5cm/min；

复层的焊层中，第一层采用手工电弧焊，焊材为焊条ENiCrMo-3，焊接速度为8.4cm/min；其他层采用手工钨极氩弧焊，焊材为焊丝ERNiFeCr-1，焊接速度为5.7cm/min～5.9cm/min。

本发明通过合理选择填充金属、焊接工艺参数获得了良好的焊接接头。本发明的方法可适用于不同基层、复层厚度的复合管。焊接时，根据基层、复层的厚度，按照本发明的焊层焊道的工艺参数、顺序依次焊接，直至填满X坡口。基层、复层的厚度越小，所需的焊层焊道数越少，基层、复层的厚度越大，所需的焊层焊道数越多。

进一步地，基层第四层含有两个焊道，复层第二层、第三层各含有两个焊道。本发明的焊层、焊道的分布能够保证焊缝的力学性能、焊缝的金属组成、焊缝的焊接质量等。

进一步地，焊条焊接复层时，焊缝金属厚度不超过复层表面。焊缝金属不能超过或突出于复层表面，这主要是项目的工艺生产要求，复层是在管道内部，管道内走的一般都是高温粉尘介质，如果超过复层会影响介质的输送。

进一步地，所述手工钨极氩弧焊的钨极保护气体为99.99%的氩气，流量为12L/min；喷嘴直径10mm、伸出长度5mm； ENiCrMo-3焊条烘烤温度为350℃，烘烤时间1小时，保温150℃；J427焊条烘烤温度为350℃，烘烤时间1小时，保温150℃；采用横向摆动焊道，摆动幅度小于焊条直径的3倍。

进一步地，基层的层间温度≤250℃，过渡层和复层的层间温度≤100℃。

进一步地，采用对称位置同步焊接。焊接的时候采用了两人在对称位置同步焊接，防止焊接变形。

进一步地，采用砂轮机进行焊前清理、层间清理和背面清根处理。

本发明具有的优点和积极效果是：采用本发明的方法焊接大口径镍基合金复合管，不需要氩气背面保护，节约了大量氩气，简化了焊接步骤；本发明的焊接工艺参数适用于不同复层厚度的复合管，应用面广；而且基层采用普通碳素钢焊接，焊材成本低、焊接层数少。本发明的方法既缩短了工期，又节能减排，实现了良好的经济效益和社会效益。

附图说明

图1是坡口示意图。

图2是焊层焊道分布示意图。

图中：

1.基层第一焊道、2.基层第二焊道、3.基层第三焊道、4.基层第四焊道、5.基层第五焊道、6.过渡层焊道、7.复层第一焊道、8.复层第二焊道、9.复层第三焊道、10.复层第四焊道、11.复层第五焊道；

α.坡口角度、b.根部间隙、p.钝边长度、h.基层坡口根部至基层与复层结合面的距离。

具体实施方式

本发明的方法已成功应用在某60万吨甲醇项目气化装置合成气管道的施工中，施工现场按照试验室出具的合格的焊接工艺评定，进行严格的过程控制，焊接一次合格率达到97%，满足了设计要求。并且按期完工，成本节约20%，安全无任何事故。对类似钢材的焊接也提供了理论借鉴，具有很广阔的推广运用价值。

以下结合实施例对本发明进行详细说明。

实施例1

本实施例焊接的镍基合金复合管的管径Φ508mm，基层Q245R厚度为16mm，复层Incoloy825厚度为5mm。图1是环形焊缝X型坡口，坡口角度α为65°，根部间隙b为2mm，钝边长度p为2mm，基层坡口根部至基层与复层结合面的距离h为3mm。

焊接步骤为：在两根镍基合金复合管待焊接的端面加工坡口，然后将两端面对接形成环形焊缝，所述环形焊缝呈图1所示的X型坡口；采用双面焊接，先使用碳钢焊丝焊条焊接基层，再用镍基合金焊丝焊条依次焊接过渡层和复层；整个焊接过程不使用氩气背面保护。焊接的时候采用两名操作人员在对称位置同步焊接，防止焊接变形。

图2是本实施例的焊层焊道分布图。其中，1.基层第一焊道、2.基层第二焊道、3.基层第三焊道、4.基层第四焊道、5.基层第五焊道、6.过渡层焊道、7.复层第一焊道、8.复层第二焊道、9.复层第三焊道、10.复层第四焊道、11.复层第五焊道。

本实施例的焊接工艺参数如下：

焊接技术：

A、 钨极保护气体为99.99%的氩气，流量为12L/min，不需要背面保护气体。

B、喷嘴尺寸Ф10mm。

C、钨极尺寸Ф2.5mm，伸出长度5mm。

D、ENiCrMo-3焊条烘烤温度为350℃，烘烤时间1小时，保温150℃；J427焊条烘烤温度为350℃，烘烤时间1小时，保温150℃。

E、采用横向摆动焊道，摆动幅度不超过焊条直径的3倍。

F、采用砂轮机进行焊前清理、层间清理和背面清根处理。

G、采用单焊丝多道焊。

焊接注意事项：

A、必须严格按照焊接顺序施工，首先焊接基层碳素钢部分。如果先焊接过渡层和复层，再焊接基层碳素钢部分，就全部变成异种钢焊接，全部采用镍基合金焊材。这势必会造成铁镍基合金Incoloy825的层间温度大于100℃，将影响焊接接头的完好性和塑性。

B、过渡层、复层Incoloy825焊接时需注意焊前和层间清理，使用不锈钢砂轮片进行打磨。

C、当焊件温度低于-15℃时，应均匀加热至20℃～30℃。

D、控制层间温度，基层碳素钢≤250℃，过渡层和复层Incoloy825≤100℃。

E、ERNiFeCr-1焊丝焊接时，焊缝金属厚度不能超过复层。

F、法兰与管道进行焊接时，由于法兰的衬里采用塞焊形式，在打磨法兰的坡口面时要特别注意，不能过度打磨，否则容易出现分层现象。发现此现象时，必须及时补救，用镍基焊条对法兰坡口面进行补焊后，再与管道进行对接焊接。

本实施例的焊缝技术性能指标和技术参数如下：

序号	检验项目	检验标准	检验结果
				1	外观检验	GB50235-2010标准8.2.2款	合格
2	射线探伤	JB/T4730.2-2005标准6.3款	焊缝底片评定等级为II级，内在质量合格
				3	拉伸试验	NB/T47014-2011标准附录C中C.2.5款a）	焊缝的抗拉强度值为540和545MPa，大于母材强度的下限值，合格。
4	弯曲试验	NB/T47014-2011标准附录C中C.2.5款b）	试样经过4倍弯芯直径，弯曲角度达到180°，未见裂纹，合格
				5	晶间腐蚀	GB/T15260-94标准	五个周期平均腐蚀率为：80.80um/a，合格

以上为基层厚度为16mm、复层厚度为5mm的复合管的焊接参数。本发明的方法也可适用于不同基层、复层厚度的复合管。焊接时，根据基层、复层的厚度，按照实施例1的焊接工艺参数、顺序依次焊接，直至填满X坡口。基层、复层的厚度越小，所需的焊层焊道数越少，基层、复层的厚度越大，所需的焊层焊道数越多。

例如对于复层厚度为1.5mm的复合管， 复层只需一层焊道，按照实施例1工艺参数表的复层第一焊道7的参数执行。同时注意复层第一焊道7不超过复层表面。

虽然以上描述了本发明的优选实施方案，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方案做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种大口径镍基复合管X坡口免背面充氩焊接方法，其特征在于：所述镍基合金复合管的基层为Q245R、复层为Incoloy825，管径≥500mm，焊接步骤为：在两根镍基合金复合管待焊接的端面加工坡口，然后将两端面对接形成环形焊缝，所述环形焊缝呈X型坡口；采用双面焊接，先使用碳钢焊丝焊条焊接基层，再用镍基合金焊丝焊条依次焊接过渡层和复层；整个焊接过程不使用氩气背面保护；

所述基层厚度为5mm～32mm，复层厚度为1.5mm～10mm；

所述X型坡口的坡口角度为60°～70°，根部间隙为1mm～3mm，钝边长度为1mm～3mm，基层坡口根部至基层与复层结合面的距离≤4mm；

基层的焊层中，第一层采用手工钨极氩弧焊，焊材为焊丝H08Mn2SiA，焊接速度为6cm/min；其他层采用手工电弧焊，焊材为J427，焊接速度为6.7cm/min～6.9cm/min；过渡层采用手工电弧焊，焊材为焊条ENiCrMo-3，焊接速度为8.5cm/min；复层的焊层中，第一层采用手工电弧焊，焊材为焊条ENiCrMo-3，焊接速度为8.4cm/min；其他层采用手工钨极氩弧焊，焊材为焊丝ERNiFeCr-1，焊接速度为5.7cm/min～5.9cm/min；

焊接过程中，基层的层间温度≤250℃，过渡层和复层的层间温度≤100℃；

当焊件温度低于-15℃时，应均匀加热至20℃～30℃。

2.根据权利要求1所述的大口径镍基复合管X坡口免背面充氩焊接方法，其特征在于：基层第四层含有两个焊道，复层第二层、第三层各含有两个焊道。

3.根据权利要求1所述的大口径镍基复合管X坡口免背面充氩焊接方法，其特征在于：焊条焊接复层时，焊缝金属厚度不超过复层表面。

4.根据权利要求1所述的大口径镍基复合管X坡口免背面充氩焊接方法，其特征在于：所述手工钨极氩弧焊的钨极保护气体为99.99%的氩气，流量为12L/min；喷嘴直径10mm、伸出长度5mm； ENiCrMo-3焊条烘烤温度为350℃，烘烤时间1小时，保温150℃；J427焊条烘烤温度为350℃，烘烤时间1小时，保温150℃；采用横向摆动焊道，摆动幅度小于焊条直径的3倍。

5.根据权利要求1所述的大口径镍基复合管X坡口免背面充氩焊接方法，其特征在于：采用对称位置同步焊接。

6.根据权利要求1所述的大口径镍基复合管X坡口免背面充氩焊接方法，其特征在于：采用砂轮机进行焊前清理、层间清理和背面清根处理。

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