CN111872647B

CN111872647B - 三通产品制备方法

Info

Publication number: CN111872647B
Application number: CN202010787070.1A
Authority: CN
Inventors: 白雷杰; 吴亚军; 赵志伟; 巩忠旺; 刘旭; 张海波; 白福良; 陈跃华; 黎郑坤
Original assignee: China National Petroleum Corp; CNPC Bohai Equipment Manufacturing Co Ltd; Julong Steel Pipe Co Ltd
Current assignee: China National Petroleum Corp; CNPC Bohai Equipment Manufacturing Co Ltd; Julong Steel Pipe Co Ltd
Priority date: 2020-08-07
Filing date: 2020-08-07
Publication date: 2022-02-25
Anticipated expiration: 2040-08-07
Also published as: CN111872647A

Abstract

本发明属于钢材焊接技术领域，具体涉及一种三通产品制备方法，旨在解决现有技术中三通产品生产制造难度大、现有工艺制作出的成品无法满足三通产品需求的问题。本发明提供了一种三通产品制备方法，包括以下步骤：将预设尺寸的钢板卷制成卷筒，对卷筒的拼接缝隙进行预焊接后进行成型处理，获取第一预制三通件；对第一预制三通件进行淬火、第一次回火热处理；将热处理后的第一预制三通件进行内焊接，再将预焊金属清除后进行外焊接，最后进行第二次回火热处理。本发明有效控制每层焊缝的熔深，使焊缝的强度、韧性、硬度等性能指标满足相关技术规范要求。降低了产品工艺控制的难度，提高产品质量和性能的稳定性和可靠性。

Description

三通产品制备方法

技术领域

本发明属于钢材焊接技术领域，具体涉及一种三通产品制备方法。

背景技术

随着中俄东线、西气东输等项目高寒地带油、气输送管道建设的需求，对输送管线和管线配件等产品的质量和性能要求也不断提高。管线钢级要求为X80，最大规格口径达到DN1400，服役环境温度最低为-45℃，相应的管线配件如三通产品，也必须具备相应的性能指标。三通产品是管线中应力最集中的部位，同等承压能力的三通产品，其壁厚要比管线壁厚大很多，因此，三通产品在生产制造过程中难度更大，尤其是产品的焊接，直接影响着产品的最终质量和性能，存在着非常大的技术瓶颈。

X80钢级、大口径、大壁厚低温三通产品，其自身具备规格口径大、强度高、低温韧性好等优良特性，能够有效满足高寒地带大输送管线的建设要求，有效降低管线建设成本，具有广阔市场应用前景。但是现有技术中常见的三通产品工艺流程需要先进行工件焊接，然后再对工件进行多次的热成型，热成型过程中需要进行反复加热导致产品母材和焊缝的组织发生复杂变化，而且产品母材和焊缝组织的变化规律各不相同，尤其是对于X80钢级、大口径、大壁厚低温三通产品，其母材和焊缝的性能要求非常苛刻，工艺范围非常小，实际生产制造过程中很难掌控。

发明内容

为了解决现有技术中的上述问题，即为了解决现有技术中三通产品生产制造难度大、现有工艺制作出的成品无法满足三通产品需求的问题。本发明提供一种三通产品制备方法，该焊接方法包括以下步骤：

步骤S100，将预设尺寸的钢板卷制成卷筒；

步骤S200，对所述卷筒的拼接缝隙进行第一次焊接，获取预制卷筒；

步骤S300，通过挤压拔制成型工艺对所述预制卷筒进行成型处理，获取第一预制三通件；

步骤S400，对所述第一预制三通件进行热处理，所述热处理包括淬火热处理、第一次回火热处理；

步骤S500，将热处理后的第一预制三通件进行内焊接，再将所述第一次焊接所产生的焊接金属清除后进行外焊接，获取第二预制三通件；

步骤S600，对所述第二预制三通件进行第二次回火热处理，获取第三预制三通件。

在一些优选技术方案中，该焊接方法在获取所述第三预制三通件后，还包括对所述第三预制三通件进行整形、平口处理。

在一些优选技术方案中，步骤S500中“将热处理后的第一预制三通件进行内焊接，再将所述第一次焊接所产生的焊接金属清除后进行外焊接”，所述内焊接与所述外焊接的焊接工艺相同，所述焊接工艺为：

对热处理后的第一预制三通件的管内接缝处，交替采用第一工艺参数、第二工艺参数进行多层焊接；

所述第一工艺参数中焊接电流、焊接速度均小于所述第二工艺参数中焊接电流、焊接速度。

在一些优选技术方案中，所述焊接工艺包括：控制第N层焊接层的工艺参数，其中，N为自然数；

当N为单数时，焊接层的工艺参数为第一工艺参数；当N为双数时，焊接层的工艺参数为第二工艺参数；

所述第一工艺参数包括控制焊接电流为A₁、焊接速度为V₁；所述第二工艺参数包括控制焊接电流为A₂、焊接速度为V₂；其中，A₁∈[480-50A，480+50A]、V₁∈[500-30mm/min，500+30mm/min]、A₂∈[580-50A，580+50A]、V₂∈[580-30mm/min，580+30mm/min]。

在一些优选技术方案中，在通过所述焊接工艺焊接前，控制焊前预热温度为W₁，W₁∈[80℃，120℃]；在所述焊接工艺焊接过程中，保证层间温度为W₂，W₂∈[80℃，250℃]。

在一些优选技术方案中，在所述焊接工艺焊接过程中，焊丝伸长量L，L≤80mm。

在一些优选技术方案中，在所述焊接工艺焊接过程中，控制焊剂烘干温度为W₃，W₃∈[340℃，360℃]，并保证烘干时间为t₁，t¹∈[30min，180min]。

在一些优选技术方案中，所述挤压拔制成型工艺包括对所述预制卷筒依次进行压扁、压制凸台、凸台开孔、支口拔制、管口切割。

在一些优选技术方案中，所述步骤S500中“将所述第一次焊接所产生的焊接金属清除”其方法为气刨清除，所述气刨清除深度为h，h∈[10mm，15mm]。

在一些优选技术方案中，所述第二次回火热处理的温度为W₄，W₄∈[550-10℃，550+10℃]，并控制400℃以上升温速度为V₃，V₃≤150℃/h，保温时间为t₂，t₂∈[60min，70min]；以及控制400℃以上冷却速度V₄，V₄≤250℃/h。

本发明的有益效果:

本发明通过对传统焊接工艺进行改进，提供了一种新焊接工艺流程，有效地避免了产品焊缝的反复受热，实现了三通母材和焊缝能够分开独立进行工艺研究，降低了产品研发难度。通过改变焊接工艺，可以有效控制每层焊缝的熔深，控制每层焊缝的组织按目标要求来变化，最终可以使焊缝的强度、韧性、硬度等性能指标满足相关技术规范要求。

本发明的焊接方法，对于各个阶段的温度进行严格的控制，保证了各个阶段的成型效果，本发明尤其适用于X80钢级、大口径、大壁厚低温三通产品，能够有效解决其在生产制造过程中所面临的技术瓶颈，确保产品的强度、韧性、硬度、金相组织等性能指标均能够满足相关技术规范的要求，提高了三通产品的质量。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明一种实施例的三通产品制备方法流程示意图。

具体实施方式

为使本发明的实施例、技术方案和优点更加明显，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非旨在限制本发明的保护范围。

本发明的一种三通产品制备方法，该焊接方法包括以下步骤：

步骤S100，将预设尺寸的钢板卷制成卷筒；

本发明的焊接方法适用于任何管件产品，尤其适用于X80钢级、大口径、大厚壁低温三通产品。

为了更清晰地对本发明三通产品制备方法进行说明，下面结合附图对本发明一种优选实施例进行展开详述。

作为本发明的一个优选实施例，本发明的三通产品制备方法如图1所示：

步骤S100，将预设尺寸的钢板卷制成卷筒；本发明中预设尺寸的钢板优选为X80钢级的钢板，即最小屈服值552Mpa材质的钢板；卷制成的卷筒公称内径为DN1500及以下、壁厚不大于70mm、最低服役温度不低于-45℃。具体地，本领域技术人员可以理解的是，预设的尺寸参数例如长、宽、厚度的数值需要依据待加工的三通产品的成品尺寸进行设置，不同尺寸规格的三通产品需要用不同尺寸的钢板，在此不再详细说明。

步骤S200，对上述卷制后的卷筒的拼接缝隙进行第一次焊接，获取预制卷筒。

第一次焊接为预焊，在本发明的一些优选实施例中，第一次卷筒预焊的厚度按照NB/T47014-2011承压设备焊接工艺评定要求进行严格控制，确保预焊厚度为12±2mm。这样一方面可以确保预制卷筒的正常热成型作业，另一方面可以降低预焊金属对产品焊缝最终性能的影响程度。

步骤S300，通过挤压拔制成型工艺对预制卷筒进行成型处理，获取第一预制三通件。

其中，挤压拔制成型工艺包括对预制卷筒依次进行压扁、压制凸台、凸台开孔、支口拔制、管口切割，以得到第一预制三通件。

步骤S400，对上述第一预制三通件进行热处理，具体地，热处理包括淬火热处理、第一次回火热处理。

步骤S500，将热处理后的第一预制三通件进行内焊接，再将所述第一次焊接所产生的焊接金属清除后进行外焊接，获取第二预制三通件。本领域技术人员也可先进行外焊接再进行内焊接，预焊接的影响区为2mm左右熔深，需将预焊金属气刨清除，先进行内焊接能够便于清洗。

需要说明的是，上述内焊接与外焊接的焊接工艺相同，具体地，上述内焊接与外焊接均采用的焊接工艺为：

对热处理后的第一预制三通件的管内接缝处，交替采用第一工艺参数、第二工艺参数进行多层焊接；第一工艺参数中焊接电流、焊接速度均小于第二工艺参数中焊接电流、焊接速度。具体地，控制第N层焊接层的工艺参数，其中，N为自然数；当N为单数时，焊接层的工艺参数为第一工艺参数；当N为双数时，焊接层的工艺参数为第二工艺参数；在一些优选实施例中，所述第一工艺参数包括控制焊接电流为A₁、焊接速度为V₁；所述第二工艺参数包括控制焊接电流为A₂、焊接速度为V₂；其中，

A₁∈[480-50A，480+50A]、V₁∈[500-30mm/min，500+30mm/min]、A₂∈[580-50A，580+50A]、V₂∈[580-30mm/min，580+30mm/min]。

具体地，在本发明的一些优选实施例中，第一工艺参数、第二工艺参数参阅表1

表1

本发明的焊接工艺采用埋弧自动焊(SAW)，在多层焊接过程中，通过控制单层焊接和双层焊接的工艺参数选择，可以有效地控制每层焊道之间的熔深，控制焊缝组织的变化。可以理解的是，在控制单层焊接、双层焊接工艺参数的同时控制焊丝焊剂的匹配、焊前预热、层间温度控制等措施，能够有效地提高产品焊缝的强度和韧性。

需要说明的是，在通过上述的焊接工艺焊接前，控制焊前预热温度为W₁，W₁∈[80℃，120℃]；在上述焊接工艺焊接过程中，保证层间温度为W₂，W₂∈[80℃，250℃]。

在一些优选技术方案中，在上述焊接工艺焊接过程中，焊丝伸长量L，L≤80mm。

在一些优选技术方案中，在上述焊接工艺焊接过程中，控制焊剂烘干温度为W₃，W₃∈[340℃，360℃]，并保证烘干时间为t₁，t₁∈[30min，180min]。

进一步地，步骤S500中“将第一次焊接所产生的焊接金属清除”即预焊产生的焊接金属，将其清除的方法优选为气刨清除，气刨清除深度为h，h∈[10mm，15mm]。本领域技术人员也可采用其他焊接金属清除方法。

本发明的三通产品最终焊接必须在热处理后进行，产品热处理后采用本发明上述专有的焊接工艺进行焊接，先进行内焊焊接，然后再将预焊金属气刨清除，最后再进行外焊接。这一制造工艺流程，有效避免了焊缝的反复高温加热，降低了产品焊缝性能的控制难度。从而便于产品母材和焊缝最终能够同时取得良好的理化性能，确保产品整体质量和性能的稳定性、可靠性。

最后，产品焊接完成后，为确保产品焊缝各项性能均能够满足技术规范要求，同时消除产品因焊接而产生的应力，还需要再次对第二预制三通件进行二次回火热处理，以获取第三预制三通件。

第二次回火热处理的温度为W₄，W₄∈[550-10℃，550+10℃]，并控制400℃以上升温速度为V₃，V₃≤150℃/h，保温时间为t₂，t₂∈[60min，70min]；以及控制400℃以上冷却速度V₄，V₄≤250℃/h。

具体地，二次回火热处理工艺参数参见表2

表2

二次回火可以有效改善焊缝的组织，提高焊缝的强度。但回火工艺参数必须严格控制，否则会造成产品低温韧性恶化。本发明采用二次回火热处理能够消除焊缝残余的应力，保证性能。

本发明适用于X80钢级的DN1500及以下规格口径、壁厚不大于70mm、最低服役温度不低于-45℃三通产品。依据本发明三通产品的焊接方法和焊接工艺制造的X80钢级、大口径、大壁厚低温三通产品，取得了良好的效果。具体参阅表3

表3

参阅表3可知，在通过本发明焊接方法焊接后的产品母材屈服强度达到570MPa-640MPa，抗拉强度达到650MPa-690MPa，屈强比在0.88-0.91；产品焊缝抗拉强度达到640MPa-680MPa；产品母材-45℃低温冲击韧性控制在80J-220J范围；产品焊缝、热影响区低温冲击韧性控制在70J-160J范围；产品各个部位的硬度、晶粒度及焊缝弯曲性能等指标均能够满足相关技术规范要求。

有效提高了产品理化性能的稳定性和可靠性。最终保证了产品母材屈服强度不小于555MPa、抗拉强度不小于625MPa，屈强比不大于0.93，母材-45℃低温冲击韧性不小于60J；焊缝抗拉强度不小于625MPa，焊缝和热影响区-45℃低温冲击韧性不小于50J，保证了产品其他性能指标均能够符合相关技术标准的规范要求。

可以理解的是，第一次焊接为预焊焊接，其作用是确保工件在压制成型过程中，工件对接焊缝不开裂，便于产品成型。预焊焊接部分的熔敷金属，最终会全部清除掉，对产品焊缝最终的性能不会有影响。因此，在本发明的另一些优选实施例中，第一次卷筒预焊既可以采用上述的NB/T47014-2011承压设备焊接工艺评定要求进行焊接，也可采用上述与本发明内焊接和外焊接相同的焊接工艺进行焊接，即第一次焊接也可交替采用第一工艺参数、第二工艺参数对需要焊接的缝隙进行多层焊接；其中，第一工艺参数中焊接电流、焊接速度均小于第二工艺参数中焊接电流、焊接速度。进一步地，预焊焊接工艺与上述实施例中的焊接工艺相同，在此不再详细说明。为确保产品性能的稳定性，本发明的优选实施例为采用上述本发明独有的焊接工艺进行第一次焊接。

可以理解的是，本发明的焊接方法在获取上述第三预制三通件后，还需要对第三预制三通件进行整形、平口处理；以及检测处理，检测处理包括无损检测、性能检测、尺寸检测、成品检测。对于第三预制三通件的后续处理可采用公知技术进行。

上述本申请实施例中的技术方案中，至少具有如下的技术效果及优点：

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，还需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

术语“包括”或者任何其它类似用语旨在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、物品或者设备/装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其它要素，或者还包括这些过程、物品或者设备/装置所固有的要素。

至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征做出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种三通产品制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤S100，将预设尺寸的钢板卷制成卷筒；

步骤S600，对所述第二预制三通件进行第二次回火热处理，获取第三预制三通件；

步骤S500中“将热处理后的第一预制三通件进行内焊接，再将所述第一次焊接所产生的焊接金属清除后进行外焊接”，所述内焊接与所述外焊接的焊接工艺相同，所述焊接工艺为：

所述第一工艺参数中焊接电流、焊接速度均小于所述第二工艺参数中焊接电流、焊接速度；

控制第N层焊接层的工艺参数，其中，N为自然数；

2.根据权利要求1所述的三通产品制备方法，其特征在于，该方法在获取所述第三预制三通件后，还包括对所述第三预制三通件进行整形、平口处理。

3.根据权利要求1所述的三通产品制备方法，其特征在于，在通过所述焊接工艺焊接前，控制焊前预热温度为W₁，W₁∈[80℃，120℃]；在所述焊接工艺焊接过程中，保证层间温度为W₂，W₂∈[80℃，250℃]。

4.根据权利要求1所述的三通产品制备方法，其特征在于，在所述焊接工艺焊接过程中，焊丝伸长量L，L≤80mm。

5.根据权利要求1所述的三通产品制备方法，其特征在于，在所述焊接工艺焊接过程中，控制焊剂烘干温度为W₃，W₃∈[340℃，360℃]，并保证烘干时间为t₁，t₁∈[30min，180min]。

6.根据权利要求1所述的三通产品制备方法，其特征在于，所述挤压拔制成型工艺包括对所述预制卷筒依次进行压扁、压制凸台、凸台开孔、支口拔制、管口切割。

7.根据权利要求1所述的三通产品制备方法，其特征在于，所述步骤S500中“将所述第一次焊接所产生的焊接金属清除”其方法为气刨清除，所述气刨清除深度为h，h∈[10mm，15mm]。

8.根据权利要求1所述的三通产品制备方法，其特征在于，所述第二次回火热处理的温度为W₄，W₄∈[550-10℃，550+10℃]，并控制400℃以上升温速度为V₃，V₃≤150℃/h，保温时间为t₂，t₂∈[60min，70min]；以及控制400℃以上冷却速度V₄，V₄≤250℃/h。