CN108568462A - 一种双金属冶金复合直缝管及其制造方法 - Google Patents

一种双金属冶金复合直缝管及其制造方法 Download PDF

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陈小川
王典灿
曹静
王志刚
陈国炳
候静
相政乐
陈培新
武占文
曾明勇
陆娟
夏万福
薛小军
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Cnooc Development Zhuhai Pipeline Engineering Co Ltd
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Cnooc Development Zhuhai Pipeline Engineering Co Ltd
JINGLEI SCIENCE AND TECHNOLOGY Co Ltd
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    • B21C37/00Manufacture of metal sheets, bars, wire, tubes or like semi-manufactured products, not otherwise provided for; Manufacture of tubes of special shape
    • B21C37/06Manufacture of metal sheets, bars, wire, tubes or like semi-manufactured products, not otherwise provided for; Manufacture of tubes of special shape of tubes or metal hoses; Combined procedures for making tubes, e.g. for making multi-wall tubes
    • B21C37/08Making tubes with welded or soldered seams
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B23K33/00Specially-profiled edge portions of workpieces for making soldering or welding connections; Filling the seams formed thereby
    • B23K33/004Filling of continuous seams
    • B23K33/006Filling of continuous seams for cylindrical workpieces

Abstract

本发明公开了提供一种双金属冶金复合直缝焊管及其制造方法,步骤一,将基层钢板与内覆层钢板通过爆炸焊接的方式制成冶金复合板;步骤二,对所述复合板进行JCO成型制成复合管;步骤三,对所述复合管进行纵向焊缝的双Y型复合坡口加工;步骤四,对所述复合管坡口采用GMAW方式进行基层对中预焊,焊接材料为CHW‑60C;步骤五,对所述复合管坡口内外侧基层采用SAW方式进行焊接,焊接材料为JW‑9/995N;步骤六,对所述复合管坡口过渡层焊接采用GTAW进行焊接,焊接材料为GMS‑309MoL;步骤七,对所述复合管坡口内覆层焊接采用GTAW进行焊接,焊接材料为GMS‑316L,以解决现有海底管道耐腐蚀性差的问题。

Description

一种双金属冶金复合直缝管及其制造方法
技术领域
本发明属于海底油气输送管道技术领域,具体涉及一种双金属冶金复合直缝管及其制造方法。
背景技术
在深海油气田开发中,水下生产系统无法对所产油气进行预先处理,含有CO2和/或H2S的高腐蚀性油气介质直接进入海底管道进行输送,而普通的碳钢管和低合金钢管无法满足耐蚀性要求,为实现海底油气输送管线的长期安全稳定运行,必须采用高性能管材。
双金属复合管由于兼具碳钢管的高强度与不锈钢管良好的耐蚀性能,目前已成为国内外普遍认可的高性能特种管材。按照界面结合方式,双金属复合管可分为机械复合式和冶金复合式两种,其中后者两种材料间因实现了冶金结合,结合强度远高于机械复合管。而由于我国深海油气田开发较晚,对海底管道用双金属复合管的研究与开发较少,目前仅有西安向阳、上海海隆和珠江钢管有限公司生产的双金属复合管(机械结合复合管)在海底管线上进行了工程应用,如崖城13-4项目、番禺35-1/2项目、平黄HY1-1/2项目,在使用过程中发现其存在以下问题:①管端必须进行封焊或堆焊处理,并对焊层进行加工,使用和维护成本极高;②海底管道外防腐施工过程中需对钢管进行预热,基、内覆层间隙中的水分和空气受热蒸发膨胀,容易导致管道失稳、分层和鼓包;③无法通过冷、热加工制造弯头等配件;④内覆层不能参与管道总强度评估,材料利用率低。
冶金复合管因其具有较高的界面结合强度和良好的冷、热加工性能,可在很大程度上解决上述问题。因此,综合考虑海底管道的服役环境、生产制造及整体施工情况,根据海上高腐蚀性油气输送介质对管道强度与耐蚀性的要求,开发适用于海底油气输送管道的双金属冶金复合管对海洋油气资源开发具有重要意义。
发明内容
本发明要解决的技术问题:针对深海高腐蚀性油气田开发对油气介质输送的要求,提供一种双金属冶金复合直缝焊管及其制造方法,以解决现有海底管道用双金属机械复合管所存在的不足。
本发明的目的是通过以下技术方案来解决的:
一种双金属冶金复合直缝焊管的制造方法,其特征在于,包括如下步骤:
步骤一,将基层钢板与内覆层钢板通过爆炸焊接的方式制成冶金复合板;
步骤二,对所述复合板进行JCO成型制成复合管;
步骤三,对所述复合管进行纵向焊缝的双Y型复合坡口加工;
步骤四,对所述复合管坡口采用GMAW方式进行基层对中预焊,焊接材料为 CHW-60C;
步骤五,对所述复合管坡口内外侧基层采用SAW方式进行焊接,焊接材料为 JW-9/995N;
步骤六,对所述复合管坡口过渡层焊接采用GTAW进行焊接,焊接材料为 GMS-309MoL;
步骤七,对所述复合管坡口内覆层焊接采用GTAW进行焊接,焊接材料为 GMS-316L。
所述步骤三中所述双Y型坡口的坡口角度为80~90°,钝边深为3~5mm,基层碳钢一侧的坡口深度为7~9mm,内覆层一侧留有4.5mm的凸台。
所述复合板以爆炸焊接的方式结合在一起,且内覆层与基层间为冶金结合,沿复合管轴向方向基、内覆层长度相等。
所述基层钢板为碳钢,可为X60、X65、X70、X80和X100管线钢,基层厚度为12~52mm。
所述内覆层为不锈钢或耐蚀合金,可为316L不锈钢、317L不锈钢、Inconel 625合金及Inconel 825合金等耐蚀合金材料,内覆层厚度为2~5mm。
所述复合管包括基层和内覆层,所述基层通过纵向焊缝与内覆层连接。
所述纵向焊缝为双Y型坡口。
本发明有益效果:
1.基、内覆层间采用爆炸焊工艺实现了冶金结合,结合强度较高,层间剪切强度可达300MPa以上。
2.复合管无需再进行管端堆焊与封焊处理,无需二次加工,使用与维护成本较低。
3.基、内覆层间无间隙,不会残留水分与空气,后续加工与铺设过程中可避免出现因水分与空气受热蒸发或膨胀而产生的分层与鼓包问题。
4.可采用热煨弯制工艺直接由直管加工弯头,降低制造成本。
5.内覆层能够参与管道总强度评估,材料利用率提高。
附图说明
图1为本发明的横截面示意图。
图2为本发明的纵切面示意图。
图3为本发明焊接成型时所采用的坡口形式及焊接顺序示意图。
附图标注说明:
1——基层钢板;2——内覆层钢板;3——纵向焊缝;4——对中预焊;5——内侧基层焊接;6——外侧基层焊接;7——过渡层焊接;8——内覆层焊接; 9——双Y型坡口。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。
本发明的一个实施例的横截面与纵切面如图1和图2所示。由图1可见,该双金属复合管主要结构包括基层钢板1、内覆层钢板2与纵向焊缝3。其中,本发明提供如下步骤进行双金属冶金复合管纵缝焊接:
一种双金属冶金复合直缝焊管的制造方法,其特征在于,包括如下步骤:
步骤一,将基层钢板1与内覆层钢板2通过爆炸焊接的方式制成冶金复合板;
步骤二,对所述复合板进行JCO成型制成复合管;
步骤三,对所述复合管进行纵向焊缝3的双Y型复合坡口9加工;
步骤四,对所述复合管坡口9采用GMAW方式进行基层对中预焊4,焊接材料为CHW-60C;
步骤五,对所述复合管坡口内外侧基层采用SAW方式进行焊接(5,6),焊接材料为JW-9/995N;
步骤六,对所述复合管坡口过渡层焊接7采用GTAW进行焊接,焊接材料为 GMS-309MoL;
步骤七,对所述复合管坡口内覆层8焊接采用GTAW进行焊接,焊接材料为 GMS-316L。
所述步骤三中所述双Y型坡口9的坡口角度为80~90°,钝边深为3~5mm,基层碳钢一侧的坡口深度为7~9mm,内覆层一侧留有4.5mm的凸台。
所述复合板以爆炸焊接的方式结合在一起,且内覆层与基层间为冶金结合,沿复合管轴向方向基、内覆层长度相等。
所述基层钢板1为碳钢,可为X60、X65、X70、X80和X100管线钢,基层钢板1厚度为12~52mm。
所述内覆层钢板为不锈钢或耐蚀合金,可为316L不锈钢、317L不锈钢、 Inconel625合金及Inconel 825合金等耐蚀合金材料,内覆层厚度为2~5mm。
所述复合管包括基层钢板1和内覆层钢板2,所述基层钢板1通过纵向焊缝 3与内覆层钢板2连接。
所述纵向焊缝3为双Y型坡口9。
本实施例中,所述基层钢板1材料为X65管线钢,基层钢板1厚度为18mm;所述内覆层钢板2材料为316L奥氏体不锈钢,内覆层2厚度为3mm。
本实施例中,所述复合钢板1由爆炸焊接复合工艺生产,基层钢板1与内覆层钢板2之间为冶金结合,由图2可见,沿复合管轴向方向基层钢板1 与内覆层钢板2长度相等。
本实施例中,所述复合管的纵焊缝坡口9为双Y形,坡口角度为80~90,钝边为4mm,基层碳钢一侧的坡口深度为8mm,内覆层一侧留有4.5mm的凸台。
图3所示为本实施例所采用的坡口形式及焊接顺序。上所述复合管的基层碳钢1采用埋弧焊进行焊接,过渡层7和内覆层钢板2采用GTAW进行焊接,焊接成型工艺为:基层对中预焊4→内侧基层焊接5→外侧基层焊接6 →过渡层焊接7→内覆层焊接8。
本实施例中,所述对中预焊4采用GMAW焊,焊接材料为CHW-60C,焊接工艺参数如下表所示:
基层碳钢对中预焊工艺参数
本实施例中,所述内侧基层焊接5和外侧基层焊接6采用SAW焊,焊接材料为JW-9/995N,焊接工艺参数如下表所示:
基层碳钢埋弧焊工艺参数
本实施例中,所述过渡层焊接7采用GTAW焊,焊接材料为GMS-309MoL;内覆层焊接8采用GTAW焊,焊接材料为GMS-316L,焊接工艺参数如下表所示:
本发明的双金属冶金复合直缝焊管,基、内覆层间实现了高强度的冶金结合,能够解决现有海底管道用复合管所存在的种种问题,不仅提升了管道整体质量水平,降低了使用与维护成本,而且能够提高材料利用率,简化双金属复合管制造工艺。本发明的双金属冶金复合直缝焊管,其性能指标符合 DNV-OS-F101与API SPEC 5LD标准规范,为我国进行深海高腐蚀性油气田开发提供了一种新型高性能管材。
以上所述仅为本发明的较佳实施例,并非用来对本发明作任何限制。即凡依本发明申请专利范围的内容所作的等效变化与修饰,均属于本发明的技术范畴。

Claims (7)

1.一种双金属冶金复合直缝焊管的制造方法,其特征在于,包括如下步骤:
步骤一,将基层钢板与内覆层钢板通过爆炸焊接的方式制成冶金复合板;
步骤二,对所述复合板进行JCO成型制成复合管;
步骤三,对所述复合管进行纵向焊缝的双Y型复合坡口加工;
步骤四,对所述复合管坡口采用GMAW方式进行基层对中预焊,焊接材料为CHW-60C;
步骤五,对所述复合管坡口内外侧基层采用SAW方式进行焊接,焊接材料为JW-9/995N;
步骤六,对所述复合管坡口过渡层焊接采用GTAW进行焊接,焊接材料为GMS-309MoL;
步骤七,对所述复合管坡口内覆层焊接采用GTAW进行焊接,焊接材料为GMS-316L。
2.根据权利要求1所述的一种双金属冶金复合直缝焊管的制造方法,其特征在于:所述步骤三中所述双Y型坡口的坡口角度为80~90°,钝边深为3~5mm,基层碳钢一侧的坡口深度为7~9mm,内覆层一侧留有4.5mm的凸台。
3.根据权利要求1所述的一种双金属冶金复合管纵缝焊接方法,其特征在于:所述复合板以爆炸焊接的方式结合在一起,且内覆层钢板与基层钢板间为冶金结合,沿复合管轴向方向基、内覆层长度相等。
4.根据权利要求1所述的一种双金属冶金复合直缝焊管的制造方法,其特征在于:所述基层钢板为碳钢,可为X60、X65、X70、X80和X100管线钢,基层钢板厚度为12~52mm。
5.根据权利要求1所述的一种双金属冶金复合直缝焊管的制造方法,其特征在于:所述内覆层钢板为不锈钢或耐蚀合金,可为316L不锈钢、317L不锈钢、Inconel 625合金及Inconel 825合金等耐蚀合金材料,内覆层钢板厚度为2~5mm。
6.一种采用如权利要求1制成的复合直缝焊管,其特征在于:所述复合管包括基层钢板和内覆层钢板,所述基层钢板通过纵向焊缝与内覆层钢板连接。
7.根据权利要求6所述的复合直缝焊管,其特征在于:所述纵向焊缝为双Y型坡口。
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