CN108705200A - 一种不锈钢内衬复合板的焊接方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种不锈钢内衬复合板的焊接方法，包括开双V型坡口；采用MAG焊对碳钢层一侧V型坡口底部施焊，形成预焊焊缝；采用等离子焊、激光焊或TIG对耐蚀合金层一侧V型坡口和碳钢层一侧V型坡口之间的坡口施焊，形成基层内焊缝；采用埋弧焊对碳钢层一侧预焊焊缝外部施焊，形成基层外焊缝；采用MAG或TIG对耐蚀合金层一侧V型坡口底部施焊，形成过渡层焊缝；采用MAG或TIG对过渡层焊缝外部施焊，形成复层焊缝。本发明通过合理的坡口设计和焊接工艺匹配，实现不锈钢内衬复合板优质高效焊接，性能优异，易实现自动化生产，具有广泛的市场前景。

Description

一种不锈钢内衬复合板的焊接方法
技术领域:
本发明涉及层状结构双金属焊接技术领域，特别涉及一种不锈钢内衬复合板的焊接方法。
背景技术：
随着能源需求日益增大，苛刻腐蚀环境石油天然气开采力度也逐渐加大，管道腐蚀问题变得尤为突出，传统单一的防腐技术如添加缓蚀剂、采用塑料内涂层及使用非金属管材等，在耐蚀可靠性、经济性指标上都已难以满足需要。为解决高含H2S/CO2的强腐蚀性油气田的开采及油气输送面临的腐蚀问题，不锈钢、钛合金等耐蚀合金管道因其具有优良的防腐性能和加工工艺性能的管材在石油、化工、海洋等腐蚀性环境中被大量应用。但采用纯不锈钢或钛合金管道成本较高，特别是作为结构部件使用时这个问题尤为突出。
不锈钢内侧复合管充分利用碳钢价格低廉、综合力学性能好以及不锈钢抗腐蚀性能优异的特点，既满足严苛腐蚀工况的服役环境，又节约了大量贵重金属，从而降低成本、节约材料，其在石油化工、烟气脱硫、化工、环保等工业领域中展现出广泛的应用前景。
复合管按照界面结合形式可分为冶金复合管和机械复合管，无论是机械复合管，还是冶金复合管，都有其自身的局限性和技术难题。机械复合是“管子套管子”，冶金复合是复合板成形焊接成复合管，冶金复合管相对于机械复合管具有良好的界面结合强度，能够在高温环境下使用，避免了机械复合管在使用过程中容易出现分层、塌陷等质量问题，属于复合管的高端产品，但在复合板研究和焊接技术方面存在技术攻关问题。冶金结合复合管的焊接研究刚刚起步，研究初期的主要焊接方法为TIG(MAG),坡口类型为V型，焊接次序为先焊复层，再焊基层，存在的问题为焊接道次多导致生产效率低下以及基层焊接热输入导致复层耐蚀性能差，复层合金元素扩散至基层导致基层底部易出现裂纹，且V型坡口堆焊难以实现自动化生产；目前复合管的主要焊接方法为SAW+TIG(MAG),坡口类型为X型复合坡口，焊接次序为先焊基层，后焊复层，这种焊接方法虽然解决了基层焊接效率、复层耐蚀性能及裂纹问题，但SAW焊缝宽度过大导致复层熔敷量增加，从而导致复层焊接道次和不锈钢焊丝使用量增加，焊缝整体焊接效率依然不高，生产成本也难以控制。
2017年5月10日公开的公布号为CN 106624403 A的中国发明专利，专利名称为一种双金属复合板焊接方法，该方法采用V型复合坡口，通过激光焊等窄间隙焊接方法对基层碳钢进行焊接，从而减小覆层融敷量，达到提高焊接效率的目的。这种焊接方法虽然解决了覆层焊缝融敷量大导致的生产效率低的问题，但激光焊等窄间隙焊接存在耐腐蚀性能差，低温冲击性能不稳定的问题，且该焊接方法采用单面焊双面成型，熔深有限，难以实现厚壁复合板焊接。
发明内容：
本发明的目的在于提供一种不锈钢内衬复合板的焊接方法，该焊接方法不仅可以减小复层熔敷量，提高焊接效率，而且焊缝性能优异，焊接成本低，易实现自动化生产。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种不锈钢内衬复合板的焊接方法，该焊接方法包括以下步骤：
(1)所述不锈钢内衬复合板包括基层和复层，基层为碳钢层，复层为耐蚀合金层，开双V型坡口，将复合板对接，所述碳钢层厚度为6-30mm，耐蚀合金层厚度为1-6mm，所述碳钢层一侧的V型坡口高度小于碳钢层厚度3-12mm，坡口角度为60-80°，所述耐蚀合金层一侧的V型坡口高度大于耐蚀合金层厚度0-5mm，底部宽度为0-10mm，坡口角度为40-80°；
(2)采用MAG焊对碳钢层一侧V型坡口底部施焊，形成预焊焊缝；
(3)采用等离子焊、激光焊或TIG对耐蚀合金层一侧V型坡口和碳钢层一侧V型坡口之间的坡口施焊，形成基层内焊缝；
(4)采用埋弧焊对碳钢层一侧预焊焊缝外部施焊，形成基层外焊缝；
(5)采用MAG或TIG对耐蚀合金层一侧V型坡口底部施焊，形成过渡层焊缝；
(6)采用MAG或TIG对过渡层焊缝外部施焊，形成复层焊缝。
本发明的有益效果：
(1)本发明采用双V型坡口，坡口形式简单，易于加工。基层碳钢层采用埋弧焊+激光焊(等离子焊或TIG)，最大焊接厚度达30mm；埋弧焊在油气输送等重要管线钢焊接领域应用成熟，具有工艺性能稳定，综合力学性能优良及抗腐蚀性能好等特征；激光焊(等离子焊或TIG)为窄间隙焊接，在保证基层焊透的同时减小基层内焊缝宽度，从而减小复层底部宽度，达到减小复层熔敷量，提高焊接效率，节省焊丝的目的；复层焊缝采用TIG(MIG)，具有焊缝性能优良且焊接质量稳定的特点。
(2)本发明通过合理的坡口设计和焊接工艺匹配，实现不锈钢内衬复合板优质高效焊接，性能优异，焊缝在-30℃下的冲击功大于160J，焊接成本低，易实现自动化生产，具有广泛的市场前景。
附图说明：
图1为本发明的不锈钢内衬复合板破口焊接示意图。
附图标记说明：1-碳钢层、2-耐蚀合金层、3-预焊焊缝、4-基层内焊缝、5-基层外焊缝、6-过渡层焊缝、7-复层焊缝。
具体实施方式:
下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明。
本实施例中，以(16+2)mm的304/X65热轧双金属复合板材为例进行焊接，焊接试板尺寸180×500mm。
(1)对焊接试板开双V型坡口，具体尺寸如图1所示：所述碳钢层1厚度为16mm，耐蚀合金层2厚度为2mm，所述碳钢层1一侧的V型坡口高度小于碳钢层1厚度8mm，坡口角度为75°，所述耐蚀合金层2一侧的V型坡口高度大于耐蚀合金层厚度1mm，底部宽度为3mm，坡口角度为60°
(2)将焊接试板对接，采用MAG从碳钢层1一侧对V型坡口施焊，形成预焊焊缝3，焊丝牌号为H08C，规格为Φ4.0mm，焊接参数如表1所示。
表1预焊焊接参数
离焦量(mm) 功率(kw) 焊接速度(m/min) 光斑直径(mm)
-2 3.5 5 0.2
(3)采用激光焊从耐蚀合金层一侧对耐蚀合金层一侧V型坡口和碳钢层一侧V型坡口之间的坡口施焊，形成基层内焊缝4，不需填丝。具体焊接参数如表2所示。
表2基层内焊焊接参数
(4)采用埋弧焊从碳钢层一侧对V型坡口施焊，形成基层外焊缝5，焊丝牌号为H08E,规格为Φ4.0mm，焊接参数如表3所示。
表3基层外焊焊接参数
(5)采用TIG从耐蚀合金层一侧对V型坡口底部施焊，形成过渡层焊缝6。焊接过渡层焊缝4的目的是隔离基层与复层，阻止基层Fe原子直接向复层焊缝扩散，进而达到保证复层合金元素含量及焊缝耐蚀性能的目的，故进行单层单道焊接即可。为了给过渡层焊接创造良好的施焊条件，焊前应对基层内焊缝2表面进行修磨及清理。
(6)采用TIG在过渡层焊缝4上进行施焊，形成复层焊缝7。复层焊缝7采用多层焊接，直至复合坡口填满，应保证复层焊缝高度不低于复层。复层焊缝及过渡层焊缝焊接选用的焊材均为ER 309(Ф1.2mm)焊丝。为保证焊接质量，TIG焊接过程需采用高纯Ar做为保护气体，每次焊接前需采用钢丝刷清理上一层焊缝。过渡层与复层焊接工艺参数如表4所示。
(7)对焊缝进行常规力学性能与抗腐蚀性能检测，结果如表5所示。
表4过渡层与复层焊接参数
表5焊缝性能检测结果

Claims (3)

1.一种不锈钢内衬复合板的焊接方法，其特征在于：所述焊接方法包括以下步骤：
(1)所述不锈钢内衬复合板包括基层和复层，基层为碳钢层，复层为耐蚀合金层，开双V型坡口，将复合板对接，所述碳钢层厚度为6-30mm，耐蚀合金层厚度为1-6mm，所述碳钢层一侧的V型坡口高度小于碳钢层厚度3-12mm，坡口角度为60-80°，所述耐蚀合金层一侧的V型坡口高度大于耐蚀合金层厚度0-5mm，底部宽度为0-10mm，坡口角度为40-80°；
(2)采用MAG焊对碳钢层一侧V型坡口底部施焊，形成预焊焊缝；
(3)采用等离子焊、激光焊或TIG对耐蚀合金层一侧V型坡口和碳钢层一侧V型坡口之间的坡口施焊，形成基层内焊缝；
(4)采用埋弧焊对碳钢层一侧预焊焊缝外部施焊，形成基层外焊缝；
(5)采用MAG或TIG对耐蚀合金层一侧V型坡口底部施焊，形成过渡层焊缝；
(6)采用MAG或TIG对过渡层焊缝外部施焊，形成复层焊缝。
2.根据权利要求1所述的一种不锈钢内衬复合板的焊接方法，其特征在于：所述过渡层焊缝采用单层单道焊接，隔离基层与复层，阻止基层Fe原子直接向复层焊缝扩散，保证复层合金元素含量及焊缝耐蚀性能。
3.根据权利要求1所述的一种不锈钢内衬复合板的焊接方法，其特征在于：所述复层焊缝采用多层焊接，直至复层坡口填满，使复层焊缝高度不低于复层。
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