CN110587069A - 一种双金属冶金复合管环向焊缝的焊接方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种双金属冶金复合管环向焊缝的焊接方法，包括以下步骤：1)在冶金复合钢管管端装夹夹持装置，然后向夹持装置内通入冷却水；2)在冶金复合钢管管端的内壁上堆焊镍基合金材料层；3)对镍基合金材料层进行加工，使得镍基合金材料层的厚度大于等于2.0mm；4)在冶金复合钢管管端加工焊接坡口；5)对冶金复合钢管管端内壁的镍基合金材料层及其热影响区进行酸洗钝化处理，完成对双金属冶金复合管环向焊缝的焊接，该方法能够有效地提高冶金复合钢管现场环焊缝的耐蚀能力，降低管道堆焊引起的变形，防止焊缝热影响区出现腐蚀导致的管道失效发生，提高冶金复合管道现场焊接的质量，保证油气田生产的安全进行。

Description

一种双金属冶金复合管环向焊缝的焊接方法
技术领域
本发明属于金属材料焊接技术领域，涉及一种双金属冶金复合管环向焊缝的焊接方法。
背景技术
双金属复合管有两种形式：冶金结合和机械结合。近年来，由于双金属机械复合管优异的耐腐蚀性能与性价比，在油气管道中大量应用，但也存在比较突出的问题，困扰着油田现场安全生产。双金属机械复合管在运行过程中由于界面结合力不足以及现场焊接热影响容易出现内衬塌陷、内壁腐蚀问题，导致油田管道的多次失效，而且由于内壁塌陷严重，给管道的清管、内检测以及完整性管理带来困难。因此，工程技术人员提出采用双金属冶金复合管代替双金属机械复合管。
冶金复合管与机械复合管相比，由于内壁耐蚀层材料与外壁承压碳钢基层材料是冶金结合，结合力强，因而不会导致塌陷的产生。但冶金复合管也有缺点，主要就是冶金复合过程中(如热轧复合或爆炸复合)破坏了耐蚀层材料的热处理状态。奥氏体不锈钢最佳耐蚀状态为固溶处理态，爆炸复合或热轧复合过程会破坏材料的固溶状态，可能析出晶间化合物，导致晶间贫铬，从而使不锈钢的耐蚀性能变差。另外，冶金复合过程后，不锈钢耐蚀层2和碳钢基层还会产生残余应力，使材料的抗应力腐蚀性能下降。
焊接结构中，一般而言性能最差的为焊缝热影响区，双金属复合管也不例外，目前出现腐蚀泄漏基本上是在焊接热影响区部位，这是由于焊接过程的过热、氧化及残余应力等多因素共同作用的结果。因此，必须重视双金属冶金复合管的焊接。目前的技术人员普遍认为，冶金复合管质量好，可以直接焊接，不会导致腐蚀及塌陷的产生。本发明研究认为，冶金复合管可以防止内衬层塌陷的产生，但冶金复合过程和环焊缝的焊接过程会导致耐蚀层材料的性能的下降，加上管道现场焊接后内部表面无法进行酸洗钝化处理，焊接热影响区的耐蚀性难以保证，因此，有必有采用本发明的技术，在焊接前对管端进行堆焊处理，以提高现场环焊接头的耐蚀性。
目前的背景技术为机械复合管管端堆焊技术，尚没有冶金复合的管端堆焊技术，研究者和工程技术人员也认为冶金复合管管端不需要进行堆焊。与背景技术相比，发明的管端处理技术从结构、防止变形的工装、尺寸等方面有很大不同。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种双金属冶金复合管环向焊缝的焊接方法，该方法能够有效地提高冶金复合钢管现场环焊缝的耐蚀能力，降低管道堆焊引起的变形，防止焊缝热影响区出现腐蚀导致的管道失效发生，提高冶金复合管道现场焊接的质量，保证油气田生产的安全进行。
为达到上述目的，本发明所述的双金属冶金复合管环向焊缝的焊接方法包括以下步骤：
1)在冶金复合钢管管端装夹夹持装置，然后向夹持装置内通入冷却水；
2)在冶金复合钢管管端的内壁上堆焊镍基合金材料层；
3)对镍基合金材料层进行加工，使得镍基合金材料层的厚度大于等于2.0mm；
4)在冶金复合钢管管端加工焊接坡口；
5)对冶金复合钢管管端内壁的镍基合金材料层及其热影响区进行酸洗钝化处理，完成对双金属冶金复合管环向焊缝的焊接。
步骤2)中，镍基合金材料层的厚度大于等于3.0mm。
步骤2)中镍基合金材料层的长度为30-50mm。
所述夹持装置包括上夹头及下夹头，冶金复合钢管管端装夹夹持装置后，上夹头与下夹头扣合于冶金复合钢管的管端，且上夹头的端部与下夹头的端部相连接，其中，上夹头及下夹头内均设置冷却水流道以及与所述冷却水流道相连接的进水口及出水口。
上夹头的端部与下夹头的端部通过螺栓及螺母相连接。
镍基合金材料层堆焊于冶金复合钢管管端内壁的不锈钢耐蚀层上。
本发明具有以下有益效果：
本发明所述的双金属冶金复合管环向焊缝的焊接方法在具体操作时，通过在冶金复合钢管管端的内壁上堆焊厚度大于2.0mm的镍基合金材料层，以提高管道现场环焊缝热影响区的耐蚀能力，防止冶金复合管直接环焊热影响区耐蚀性差导致的腐蚀，另外，在焊接过程中，夹持装置装夹于冶金复合钢管管端上，夹持装置内通入冷却水，以实现复合钢管管端的散热及刚性固定，有效的减少内壁堆焊过程大量热输入导致的碳钢基层材料性能下降及变形，改善堆焊层的晶粒尺寸，提高其耐蚀性，另外，通过对冶金复合钢管管端内壁的镍基合金材料层及其热影响区进行酸洗钝化处理，以提高现场环焊缝及热影响区耐蚀性。
附图说明
图1为镍基合金材料层3的堆焊位置图；
图2为夹持装置4的夹持位置图；
图3为夹持装置4的结构示意图；
图4为镍基合金材料层3加工后的示意图；
图5为坡口加工后的示意图。
其中，1为冶金复合钢管管端、2为不锈钢耐蚀层、3为镍基合金材料层、4为夹持装置、41为下夹头、42为上夹头、43为进水口、44为出水口、45为螺栓。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
本发明所述的双金属冶金复合管环向焊缝的焊接方法包括以下步骤：
1)在冶金复合钢管管端1上装夹夹持装置4，然后向夹持装置4内通入冷却水；
参考图2及图3，其中，所述夹持装置4包括上夹头42及下夹头41，冶金复合钢管管端1装夹夹持装置4后，上夹头42与下夹头41扣合于冶金复合钢管的管端，且上夹头42的端部与下夹头41的端部相连接，其中，上夹头42及下夹头41内均设置冷却水流道以及与所述冷却水流道相连接的进水口43及出水口44；上夹头42的端部与下夹头41的端部通过螺栓45及螺母相连接。
2)在冶金复合钢管管端1的内壁上堆焊镍基合金材料层3，其中，镍基合金材料层3堆焊于冶金复合钢管管端1内壁的不锈钢耐蚀层2上，镍基合金材料层3的厚度大于等于3.0mm；镍基合金材料层3的长度为30-50mm，参考图1。
3)对镍基合金材料层3进行加工，使得镍基合金材料层3的厚度大于等于2.0mm，参考图4,；
4)冶金复合钢管管端1加工焊接坡口，参考图5；
5)对冶金复合钢管管端1内壁的镍基合金材料层3及其热影响区进行酸洗钝化处理，现场施工时完成对双金属冶金复合管环向焊缝的焊接。

Claims (6)

1.一种双金属冶金复合管环向焊缝的焊接方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)在冶金复合钢管管端(1)装夹夹持装置(4)，然后向夹持装置(4)内通入冷却水；
2)在冶金复合钢管管端(1)的内壁上堆焊镍基合金材料层(3)；
3)对镍基合金材料层(3)进行加工，使得镍基合金材料层(3)的厚度大于等于2.0mm；
4)在冶金复合钢管管端(1)加工焊接坡口；
5)对冶金复合钢管管端(1)内壁的镍基合金材料层(3)及其热影响区进行酸洗钝化处理，完成对双金属冶金复合管环向焊缝的焊接。
2.根据权利要求1所述的双金属冶金复合管环向焊缝的焊接方法，其特征在于，步骤2)中，镍基合金材料层(3)的厚度大于等于3.0mm。
3.根据权利要求1所述的双金属冶金复合管环向焊缝的焊接方法，其特征在于，步骤2)中镍基合金材料层(3)的长度为30-50mm。
4.根据权利要求1所述的双金属冶金复合管环向焊缝的焊接方法，其特征在于，所述夹持装置4包括上夹头(42)及下夹头(41)，冶金复合钢管管端(1)装夹夹持装置(4)后，上夹头(42)与下夹头(41)扣合于冶金复合钢管的管端，且上夹头(42)的端部与下夹头(41)的端部相连接，其中，上夹头(42)及下夹头(41)内均设置冷却水流道以及与所述冷却水流道相连接的进水口(43)及出水口(44)。
5.根据权利要求4所述的双金属冶金复合管环向焊缝的焊接方法，其特征在于，上夹头(42)的端部与下夹头(41)的端部通过螺栓(45)及螺母相连接。
6.根据权利要求1所述的双金属冶金复合管环向焊缝的焊接方法，其特征在于，镍基合金材料层(3)堆焊于冶金复合钢管管端(1)内壁的不锈钢耐蚀层(2)上。
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