CN112439980A - 一种耐蚀合金复合管组对焊接工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种耐蚀合金复合管组对焊接工艺，耐蚀合金复合管具有耐蚀合金层和基材层，所述焊接工艺包括步骤：坡口加工：在耐蚀合金复合管上加工半坡口；管口组对：将耐蚀合金复合管组对形成坡口，坡口结构形成在组对后的耐蚀合金复合管的整个圆周方向，坡口从内到外依次包括坡口钝边，过渡段和倾斜段，坡口钝边形成在耐蚀合金层中，过渡段形成在部分耐蚀合金层和部分基材层中，所述倾斜段形成在基材层中；进行焊接：焊接前先通预定时间保护气，在管外采用与耐蚀合金层材质相同焊条进行根焊、过渡焊和填充焊；其中，根焊形成在坡口钝边内，过渡焊形成在过渡段内，填充焊形成在倾斜段内。本发明具有有利于耐蚀合金复合管内焊接工艺的实施，节约填充材料用量等优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种耐蚀合金复合管组对焊接工艺，主要用在油气田内衬或内覆耐蚀合金(以下简称CRA)双金属复合管的焊接及无损检测技术领域。
背景技术
目前油气田开发项目中由于输送的石油、天然气内含较多腐蚀性介质，普通碳钢管无法满足防腐蚀性能要求，普通碳钢+缓蚀剂只是减缓了管道腐蚀的速率，纯不锈钢管因为造价过高无法大规模的推广。不锈钢内侧复合管充分利用碳钢在这一背景下，内衬或内覆耐蚀合金的双金属复合管凭借其价格低廉、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。
但由于双金属复合管特殊的构造，耐腐蚀陈层和基层的不同材料属性也给焊接成型方法带来了新的问题。例如，在焊接过程中，接头凝固过渡层的形成易导致焊缝金属中生成脆性相而使接头的塑韧性下降；接头界面合金元素碳的迁移使接头的力学性能和耐腐蚀性能下降等都是阻碍双金属复合管的焊接成型问题，导致焊接合格率低，返修率高。此外，坡口的结构、焊接前的预热、焊接过程中焊接速度、停保护气的时机、以及管口组对、保护气的成分等因素都会对焊缝质量造成影响。目前，在耐蚀合金复合管焊接中，主要采用“V”型坡口或者“U”型坡口。但是上述两种坡口形式在焊接过程中不利于耐蚀合金复合管内焊的焊接工艺的实施。而且，焊接时填充材料用量大，也不利于耐蚀合金复合管内焊的焊接工艺的实施。
综上，针对双金属复合管的焊接，需要提供一种能够提高焊接成功率，降低返修率，提高焊接作业效率的焊接方法。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术存在的上述不足中的至少一项。
例如，本发明的目的在于提供一种能够提高双金属复合管组对焊接成功率，降低返修率，提高焊接作业效率的焊接工艺。
为了实现上述目的，本发明提供了一种耐蚀合金复合管组对焊接工艺，所述耐蚀合金复合管具有耐蚀合金层和套装包覆在所述耐蚀合金层外的基材层，所述焊接工艺包括步骤：坡口加工：分别在两根待焊接的耐蚀合金复合管的连接端加工形成半坡口；管口组对：将两根耐蚀合金复合管组对，使两个半坡口构成完整的坡口，所述坡口结构形成在组对后的耐蚀合金复合管的整个圆周方向，所述坡口从内到外依次包括坡口钝边，过渡段和倾斜段，所述坡口钝边形成在耐蚀合金层中，所述过渡段形成在部分耐蚀合金层和部分基材层中，所述倾斜段形成在基材层中并贯穿基材层上部；其中，所述组对采用内对口器组对或外对口器配合间隙桥块辅助组对；进行焊接：焊接前先通预定时间保护气，在管外采用与耐蚀合金层材质相同焊条进行根焊、过渡焊和填充焊；其中，所述根焊形成在坡口钝边内，所述过渡焊形成在所述过渡段内，所述填充焊形成在所述倾斜段内。
在本发明的一个示例性实施例中，所述焊接工艺还可包括利用类焊接热输入对所述焊接进行目视测量控制焊接速度的步骤：获得焊条电弧焊的类焊接热输入H，确定对应于类焊接热输入的波动比例⊿H；以所述类焊接热输入作为焊接速度进行焊条电弧焊，并目视测量以控制焊接速度在H±⊿H的范围内，其中，所述获得焊条电弧焊的类焊接热输入的步骤通过以下子步骤来实现：根据焊条型号确定焊条的标准长度S，统计多次该型号单焊条合格电弧焊焊接操作中的残余焊条长度Ri、单焊条熔覆焊缝长度Li，其中，i为不小于2且不大于n的自然数，i和n分别表示所述多次单焊条合格电弧焊焊接操作中的第几次操作以及总次数；利用式1计算得出焊条电弧焊的类焊接热输入H，所述式1为：
在本发明的一个示例性实施例中，所述n可大于或等于3，所述波动比例⊿H可为基准类焊接热输入H′的10％。
在本发明的一个示例性实施例中，在进行壁厚小于6mm的耐蚀合金管焊接时不应进行预热，且应使用不含氯离子的无害溶剂对坡口及管口内外表面宽度不小于50mm的范围进行清洗。
在本发明的一个示例性实施例中，所述焊接工艺还可包括对焊缝缺陷的返修的步骤：对待返修的各个段焊缝所出现的缺陷类型进行区分，第一缺陷类型为弧坑裂纹缺陷，第二缺陷类型为根焊区或过渡层存在缺陷；第三缺陷类型为除第一、第二缺陷类型外的其它裂纹类缺陷；第四缺陷类型为除第二缺陷类型外的非裂纹类缺陷；通过修磨去除第一缺陷类型；通过形成第一坡口并对所述第一坡口进行第一焊接形成第一返修焊缝，以修复第二缺陷类型；通过形成第二坡口并对所述第二坡口进行第二焊接形成第二返修焊缝，以修复第三缺陷类型；通过形成第三坡口并对所述第三坡口进行第三焊接形成第三返修焊缝，以修复第四缺陷类型，对应于同一全焊缝的第一、第二和第三返修焊缝的单焊缝长度都不大于该全焊缝的长度的30％，且对应于同一全焊缝的第一、第二和第三返修焊缝的长度之和不大于该全焊缝的长度的40％，所述全焊缝由位于一处焊接位置的多个段焊缝构成，其中，所述第一坡口和第二坡口均通过切除对应的段焊缝及其热影响区而形成；所述第三坡口的中心线从待返修的段焊缝的熔合线开始，且第三坡口靠近耐蚀合金复合管中心线的底部与耐蚀合金复合管内表面之间的厚度大于根焊区与过渡层厚度之和。
在本发明的一个示例性实施例中，所述对应于同一全焊缝的第一、第二和第三返修焊缝的单焊缝长度都不大于该全焊缝的长度的25％，且对应于同一全焊缝的第一、第二和第三返修焊缝的长度之和不大于全焊缝的长度的35％，所述全焊缝由3个或4个段焊缝构成。
在本发明的一个示例性实施例中，所述形成第一返修焊缝的步骤可通过人工内部焊接或全自动内焊机焊接的方式进行，并且包括在第一焊接完成对过渡层的焊接后，增加一层耐蚀合金焊接层。
在本发明的一个示例性实施例中，所述保护气可为含氢混合保护气体，所述含氢混合保护气体用于焊接耐蚀合金复合管中的耐蚀合金层，所述耐蚀合金层中Ni含量为9％～65％，Cr含量为18％～22％且C含量＜0.1％，所述含氢混合保护气体由按体积比计1.0～4.0％的H2和余量的Ar混合而成。
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与现有技术相比，本发明的有益效果包括：利于耐蚀合金复合管内组对焊接，焊接时节约填充材料的用量，提高焊接成功率，降低返修率；能够对双金属复合管进行返修焊，且能评定对双金属复合管返修焊的工艺；能够保证对双金属复合管返修焊后的质量；使用含氢混合保护气可提高焊接电弧电压、电弧热功率，增加焊接熔化金属的熔透性，防止咬边和抑制二氧化碳气孔，相比单独采用氩气焊接速度可提高35～65％。
附图说明
图1示出了本发明中的利用类焊接热输入对焊接进行目视测量控制焊接速度的方法的流程示意图；
图2示出了本发明中的利用类焊接热输入对焊接进行目视测量的检测方法流程示意图；
图3示出了实施例2的具体实验数据图；
图4a示出了本发明中的一个示例性实施例中不同的焊缝缺陷类型；
图4b示出了本发明中的一个示例性实施例中对第四缺陷类修复后的情况；
图5示出了本发明中的一个示例性实施例中返修焊缝的硬度检验位置。
图中标记说明如下：
A-段焊缝，B-段焊缝的热影响区，C-第三返修焊缝，D-第三返修焊缝的热影响区，E-第三坡口，F-第三坡口的底部与复合管内表面之间的厚度，G-根焊区和过渡层，H-第一焊缝缺陷，I-第二焊缝缺陷，J-第三焊缝缺陷，K-第四焊缝缺陷，L-段焊缝的熔合线，M-第三坡口的中心线，1-第一取样区的一个取样点，2-第二取样区的四个取样点，3-第三取样区的两个取样点，4-第四取样区的四个取样点，5-第五取样区的两个取样点，6-原始焊缝的热影响区，7-原始焊缝，8-返修焊缝在母材和原始焊缝金属上的热影响区，9-返修焊缝的坡口底部切面，10-返修焊缝，11-返修焊缝与返修热影响区交界且同时与空气接触的两点的连线。
具体实施方式
在下文中，将结合示例性实施例来详细说明本发明的耐蚀合金复合管组对焊接工艺，本文中，“第一”、“第二”、“第三”、“第四”“第五”等仅仅是为了方便描述和便于区分，而不能理解为指示或暗示相对重要性或具有严格的顺序性。“上”、“下”、“内”、“外”仅仅为了便于描述和构成相对的方位或位置关系，而并非指示或暗示所指的部件必须具有该特定方位或位置。
在本发明的第一示例性实施例中，耐蚀合金复合管具有耐蚀合金层和套装包覆在所述耐蚀合金层外的基材层。耐蚀合金复合管组对焊接工艺可包括步骤：
坡口加工：分别在两根待焊接的耐蚀合金复合管的连接端加工形成半坡口。具体来讲，对待焊接的耐蚀合金复合管进行切割和坡口加工。管材的切割宜采用机械冷加工方式，若采用热加工，应采用等离子切割方法，且产生的熔渣不得溅落在CRA表面。切割后的管材应进行标识移植。坡口加工时坡口机应配备内表面跟踪导向轮与弹性刀架，加工完成的坡口CRA层钝边厚度偏差不应超过±0.05mm。坡口加工完成后，CRA层表面的切屑应清理干净，坡口面应光滑，不应有烧伤、毛刺、划痕、压痕等缺陷。坡口及管内外壁两侧各50mm内应进行目视检测、超声分层检测、渗透检测并合格，现场坡口加工后的检测应由担任生产焊接检测的机构执行。采用超声检测的环焊缝，内衬里复合管应对管端内表面不少于50mm进行堆焊加工，并在堆焊完成后对管端内表面50mm范围进行镗孔加工。管端内表面应进行不少于6点的均布测厚，测厚结果应符合CRA层厚度的最低要求。
管口组对：将两根耐蚀合金复合管组对，使两个半坡口构成完整的坡口，所述坡口结构形成在组对后的耐蚀合金复合管的整个圆周方向，所述坡口从内到外依次包括坡口钝边，过渡段和倾斜段，所述坡口钝边形成在耐蚀合金层中，所述过渡段形成在部分耐蚀合金层和部分基材层中，所述倾斜段形成在基材层中并贯穿基材层上部。这里，坡口可为U型坡口、V型坡口和双V型坡口。
所述组对采用内对口器组对或外对口器配合间隙桥块辅助组对。具体来讲，复合管的焊接不应使用点焊方式进行管口组对，宜采用内对口器或外对口器配合间隙桥块辅助进行组对。其中，
采用内对口器组对应满足条件：
1.内对口器应具备背衬气(即保护气)内保护装置，宜具备氧含量自动检测仪、数码相机和激光扫描根焊内表面检测系统。2.内对口器支撑靴的结构应保证焊缝充分的冷却能力。采用外对口器组对应满足条件：
1.外对口器应配合间隙塞尺、间隙桥块、背衬气保护装置、手动氧含量检测仪或及外密封自粘铝箔使用。2.管口有错边时，应先使用外对口器完成对错边的校正，再用间隙桥块焊接固定完成矫正的管口。3.工程现场不便使用防风措施时，应使用带防侧风气坝的外对口器。4.间隙桥块应与基层材料材质相同。5.间隙桥块应焊接在基层坡口面内，且不应接触和污染CRA层。
使用间隙桥块辅助管口组对应满足：
1.焊口应至少有一端固定，且不应受已有管道限制。2.间隙桥块应焊接在坡口面内作为临时过渡桥块，并应在完成无障碍部分的根焊后去除间隙桥块。3.去除间隙桥块后应对坡口进行修磨去除间隙桥块焊缝金属，再完成其余焊缝。间隙桥块应沿管道圆周均匀分布。4.当管径大于DN100时，间隙桥块不应少于4块，且间隙桥块长度不应少于25mm。5.定位间隙桥块焊接不应接触坡口外侧边沿和CRA层，且不应造成CRA层颜色的变化。6.间隙桥块修磨完成后应使用不含氯离子的清洗剂进行清洗，并应采用PT检测合格。7.间隙桥块清除后，坡口几何尺寸和根部间隙应符合焊接工艺规程的规定。
进行焊接：焊接前先通预定时间保护气，在管外采用与耐蚀合金层材质相同焊条进行根焊将坡口的坡口钝边连接。随后，进行过渡焊，将靠近坡口钝边的部分耐蚀合金层和与耐蚀合金层靠近的部分基材层连接。随后，进行填充焊，将基材层中剩下的部分坡口连接(即倾斜段)。其中，进行根焊时，根焊焊道最短长度不应少于50mm。起弧和收弧位置应错开且不应小于20mm，且起弧和收弧位置应修磨去除弧坑裂纹，具备弧坑自动填充功能的自动焊接系统除外。起弧与收弧位置应与制管焊缝错开不少于30mm。根焊通常采用内自动焊机进行，应满足：
1.内自动焊机应配合内自动修磨机进行焊接。2.CRA层内焊应在外部焊道全部完成后进行。在开始内焊之前，应清除焊缝表面未熔合等缺陷，内层焊道不应少于3层。3.过渡层焊接完成后应增加1层CRA焊接，焊接完成后应进行VT和PT检测。4.最后一层焊道焊接完成后应进行VT和PT检测并合格。5.内焊采用多道焊时，焊道间最小搭接宽度不应小于50％，CRA堆焊层厚度应大于母材CRA层厚度。
焊接方法应为焊条电弧焊(SMAW)、钨极氩弧焊(GTAW)、熔化极气体保护焊(GMAW)、埋弧焊(SAW)或其组合，并应满足：
1.根焊和过渡层焊接不应使用焊条电弧焊SMAW。2.不少于6mm厚的包括根焊、过渡层在内的复合管的环焊缝或角焊缝的焊接，应使用GTAW、P-GMAW或其组合进行低热输入焊接。对于高镍合金，宜使用P-GTAW、P-GMAW或其组合进行焊接。3.所有接头形式的焊接不应使用单层焊，根焊不应熔入基层材料，且根焊应是纯CRA与CRA间的焊接。
使用内对口器进行管口组对时，在过渡层100％完成且焊缝金属厚度不小于6mm时方可拆卸和移动对内口器及停止背衬气保护；使用外对口器进行管口组对时，配合间隙桥块辅助进行管口组对，完成组对的管口方可进行根焊，且应在焊缝厚度不小于6mm后再停止背衬气保护。在本实施例中，在使用外对口器配合间隙桥块辅助组对时，应先进行根焊且在焊缝厚度不小于6mm后方可停止背衬气保护，并逐个去掉间隙块。
在本实施例中，所述焊接工艺还包括焊前预热和道间温度控制步骤：在基材层材料为L485及以上钢级，施工环境温度低于5℃，应进行预热和道间温度控制。预热和道间温度控制应使用中频或远红外辐射电阻加热的设备进行，不应采用火焰加热。在进行壁厚小于6mm的耐蚀合金管焊接时不应进行预热，且应使用不含氯离子的无害溶剂对坡口及管口内外表面宽度不小于50mm的范围进行清洗。所述焊接工艺还可包焊后热处理步骤：所述热处理的最高温度应比耐蚀合金层或根焊耐蚀合金焊缝金属的最低敏化温度低50℃以上。这里，根据工艺需要可进行焊后热处理以消除应力，所述热处理的最高温度应比内衬里、内覆层或根焊CRA焊缝金属的最低敏化温度低50℃以上。
在本实施例中，所述焊接工艺还包括在放置超过一定时间段的坡口形成铝基免清理保护剂的步骤。具体来讲，现场和工厂预制坡口的复合管件，如放置时间超过3h，应在管件坡口及坡口内外两侧各50mm范围内刷涂铝基免清理焊接保护剂。
在本发明的第二示例性实施例中，所述焊接工艺还可在上述第一示例性实施例的基础上进一步包括利用类焊接热输入对焊条电弧焊进行目视测量检测的步骤：
实施例1
图1示出了本发明中的利用类焊接热输入对焊接进行目视测量控制焊接速度的方法的流程示意图。
如图1所示，利用类焊接热输入对焊接进行目视测量控制焊接速度可包括以下步骤：
获得焊条电弧焊的类焊接热输入H，确定对应于类焊接热输入的波动比例⊿H。这里，类焊接热输入区别于常规的焊接热输入，该类焊接热输入能够作为一种全新的定义来衡量焊接热输入。这里，焊接的方式可以为根焊、堆焊、填充焊或盖面焊。
以类焊接热输入作为焊接速度进行焊条电弧焊，并目视测量以控制焊接速度在H±⊿H的范围内。也就是说，以类焊接热输入作为焊接速度的标准来进行作业，但只需保证焊接速度在H±⊿H范围内就可进行正常焊接作业。例如，这里的⊿H可为10％。
获得焊条电弧焊的类焊接热输入的步骤通过以下子步骤来实现：
根据焊条型号确定焊条的标准长度S，统计多次该型号单焊条合格电弧焊焊接操作中的残余焊条长度Ri、单焊条熔覆焊缝长度Li，其中，i为不小于2且不大于n的自然数，i和n分别表示多次单焊条合格电弧焊焊接操作中的第几次操作以及总次数。这里，对于确定的焊条型号，焊接时应当具有固定不变的标准长度S。例如，该合格电弧焊焊接操作指的是，在焊条电弧焊焊接领域里，相关专业的技术人员普遍认为其属于合格的焊接结果。例如，残余焊条长度可以是单根焊条基本完全消耗后所残余的长度，也可以是焊条部分消耗所残留的长度。例如，单焊条熔覆焊缝长度指的是，所消耗焊条的长度为(S-Ri)时，所能够熔覆的焊缝长度为Li。这里，焊缝可以为直线，也可以为圆周线。例如，n的取值一般可在3以上，以使得到的数据更加准确和稳定。
利用式
计算得出焊条电弧焊的类焊接热输入H。这里，类焊接热输入H指的是消耗单位长度焊条所能熔覆的焊缝长度，是n次正常合格焊接作业取平均值的结果。例如，该式为基础的求和取平均值，H的取值小于1。
图2示出了本发明中的利用类焊接热输入对焊接进行目视测量的检测方法流程示意图。
如图2所示，利用类焊接热输入对焊接进行目视测量的检测方法，该方法包括以下步骤：
获得焊条电弧焊的基准类焊接热输入H′，确定对应于基准类焊接热输入的波动比例⊿H。这里，基准类焊接热输入区别于常规的焊接热输入，该基准类焊接热输入能够作为一种全新的定义来衡量焊接热输入。这里，焊接的方式可以为根焊、堆焊、填充焊或盖面焊。这里，⊿H可以为10％。
根据目视测量得到的待测焊条电弧焊过程中的实测类焊接热输入是否控制在H′±⊿H的范围来检测待测焊条电弧焊过程是否合格，该实测类焊接热输入为消耗焊条所能熔覆的长度与消耗焊条的长度的比值。这里，实测类焊接热输入指的是，单次焊接时，消耗单位长度的焊条所能熔覆的焊缝长度值。也就是说，只要该实测类焊接热输入在基准类焊接热输入H′的±⊿H范围内，那么该焊条电弧焊过程就应当是被检测为合格的。
获得焊条电弧焊的基准类焊接热输入的步骤通过以下子步骤来实现：
根据焊条型号确定焊条的标准长度S，统计多次该型号单焊条合格电弧焊焊接操作中的残余焊条长度Ri、单焊条熔覆焊缝长度Li，其中，i为不小于2且不大于n的自然数，i和n分别表示多次单焊条合格电弧焊焊接操作中的第几次操作以及总次数。这里，对于确定的焊条型号，焊接时应当具有固定不变的标准长度S。例如，该合格电弧焊焊接操作指的是，在焊条电弧焊焊接领域里，相关专业的技术人员普遍认为其属于合格的焊接结果。例如，残余焊条长度可以是单根焊条基本完全消耗后所残余的长度，也可以是焊条部分消耗所残留的长度。例如，单焊条熔覆焊缝长度指的是，所消耗焊条的长度为(S-Ri)时，所能够熔覆的焊缝长度为Li。例如，n的取值一般可在3以上，以使得到的数据更加准确和稳定。
利用式
计算得出焊条电弧焊的基准类焊接热输入H′。这里，基准类焊接热输入H′指的是消耗单位长度焊条所能熔覆的焊缝长度，是n次正常合格焊接作业取平均值的结果。这里，该式为基础的求和取平均值，H′的取值小于1。
实施例2
图3示出本具体实施例的实验数据图。
如图3所示，利用类焊接热输入实现目视测量控制的焊条电弧焊方法来简单且直观地控制焊接作业过程。
确定采用根焊、堆焊、填充焊或盖面焊。使用前，所用型号焊条的标准长度S＝450mm，经过3组试验，正常作业焊接完成后，焊条的残留长度分别为R1＝45mm、R2＝50mm、R3＝55mm，该焊条的熔覆焊缝长度为L1＝L2＝L3＝200mm。根据式
得到类焊接热输入H＝0.5。
取波动比例为10％，以类焊接热输入作为焊接速度，其正常速度区间为0.45～0.55。通过本实验数据绘制成图3，那么，在类焊接热输入线上下两条线之间的取值都应当是正常焊接作业的范围。因此，工人在进行焊接作业时，只需保证其焊接速度在该区间，就能够进行正常的焊接作业，由此可明显提高焊接的质量。
同样如图3所示，另一方面，利用类焊接热输入对焊条电弧焊进行目视测量的检测方法来检测工人作业是否合格。确定采用根焊、堆焊、填充焊或盖面焊。使用前，所用型号焊条的标准长度S＝450mm，经过3组试验，正常作业焊接完成后，焊条的残留长度分别为R1＝45mm、R2＝50mm、R3＝55mm，该焊条的熔覆焊缝长度为L1＝L2＝L3＝200mm。根据式
得到类焊接热输入H′＝0.5。
取波动比例为10％，其作业被检测为合格的取值区间为0.45～0.55。在某次作业中，一个工人所消耗焊条的长度为300mm，该长度所熔覆的焊缝长度为120mm，则实测类焊接热输入＝120/300＝0.4，显然不在合格的取值区间0.45～0.55之间，因此其焊接作业不合格。
在本发明的第三示例性实施例中，所述焊接工艺还可在上述第一或第二示例性实施例的基础上进一步包括对焊缝缺陷进行返修的步骤：
本实施例中，所述耐蚀合金复合管(以下简称复合管)包括标准油气田内衬双金属复合管和内覆耐腐蚀合金双金属复合管等。例如，在碳钢管的内壁覆盖耐腐蚀合金层的复合管或不锈钢耐蚀合金复合管。
所述耐蚀合金复合管焊缝可以是复合管与复合管的焊缝、复合管与纯材管的焊缝、复合管与管件(纯材管件或复合管件)的焊缝、复合管主管与纯材管支管(管径、壁厚不限)的焊缝或者复合管支管(骑坐式或承插式)角的焊缝等，所述复合管的壁厚可以为6～70mm，外径可大于DN50。
所述耐蚀合金复合管焊缝缺陷的返修需要能够目视且人工可达，或者需要返修系统带有视频辅助、修磨、表面渗透检测与自动P-GTAW功能并可对根焊表面缺陷进行返修。
所述内返修为从管道内部对耐蚀合金焊缝进行的返修。
所述过渡层为位于耐蚀合金与另一金属界面(如碳钢界面)处的焊道。
所述根焊区为焊缝内表面往上4.5mm以内的焊缝。
实施例3
本示例性实施例所述的耐蚀合金复合管焊缝缺陷的返修工艺需要具有返修资格的焊工按返修焊接工艺规程进行。
本发明所述工艺首先需对待返修的各个段焊缝所出现的缺陷进行区分，第一缺陷类型为弧坑裂纹缺陷，第二缺陷类型为根焊区或过渡层存在缺陷；第三缺陷类型为除第一、第二缺陷类型外的其它裂纹类缺陷；第四缺陷类型为除第二缺陷类型外的非裂纹类缺陷。
接下来针对第一、第二、第三或第四缺陷类型分别采取不完全相同的返修工艺。
对于所述第一缺陷类型(即，弧坑裂纹缺陷)，由于弧坑裂纹属于热裂纹，在焊接过程中可立即发现，且该类裂纹修磨后不会对焊接接头安全性造成系统性危害，所以通过修磨去除。
对于所述第二缺陷类型，因为根焊区与过渡层存在缺陷，会影响复合管的耐腐蚀能力。所以通过形成第一坡口并对所述第一坡口进行第一焊接形成第一返修焊缝来修复第二缺陷类型。
对于所述第三缺陷类型，虽然根焊区与过渡层不存在缺陷，但除弧坑裂纹以外的裂纹类缺陷是焊缝中危害性最大的一种缺陷，其尖锐的尖端易形成应力集中，进而造成裂纹扩展引起脆性破坏。所以需通过形成第二坡口并对所述第二坡口进行第二焊接形成第二返修焊缝来修复第三缺陷类型。
所述第一坡口和第二坡口均是采用机械冷切割的方法割除包括热影响区在内的整个存在第二缺陷类型和第三缺陷类型的段焊缝后打磨形成的，且打磨成型的所述第一、第二以及第三坡口的表面应该平滑过渡，且进行目视检测和渗透检测合格后才能进行第一、第二以及第三焊接。。
对于所述第四缺陷类型，因为其既在根焊区与过渡层不存在缺陷，也不属于裂纹类缺陷，所以仅需形成第三坡口并对所述第三坡口进行第三焊接形成第三返修焊缝来修复第四缺陷类型。所述第三坡口通过采用机械冷切割的方法割除第四缺陷类型所在的焊料区后打磨形成。并且，为了避免热影响区和焊缝金属因为重复受热导致的失强，所述第三坡口的中心线从待返修的存在第三缺陷类型的段焊缝的熔合线处开始且垂直于复合管的中心线；为了保证第三焊接不影响复合管的耐腐蚀性，打磨形成的第三坡口的底部(即第三坡口靠近复合管的一面)与复合管内表面之间的厚度需要大于根焊区与过渡层之和。例如，所述根焊区与过渡层的厚度之和为6mm，则所述第三坡口的底部与复合管内表面之间的厚度需要大于6mm。
进一步地，对应于同一全焊缝的第一、第二和第三返修焊缝的单焊缝长度都不大于该全焊缝的长度的30％，且对应于同一全焊缝的第一、第二和第三返修焊缝的长度之和不大于该全焊缝的长度的40％，所述全焊缝由位于一处焊接位置的多个段焊缝构成，例如3段、4段、6段、8段等。
例如，如图4a所示的V形全焊缝(即原始焊缝)的一个段焊缝A的剖面图。所述第一焊缝缺陷H出现在段焊缝A上，且为弧坑裂纹曲线，则属于第一缺陷类型，可以则仅通过机械修磨去除该第一焊缝缺陷H。
所述第二焊缝缺陷I出现在段焊缝A上，且为根焊区和过渡层G的缺陷，则属于第二缺陷类型，需要通过切除第二焊缝缺陷I所在的段焊缝A以及段焊缝A的热影响区B形成第一坡口并对所述第一坡口进行第一焊接形成第一返修焊缝来修复。
所述第三焊缝缺陷J出现在段焊缝A上，为不属于第一缺陷类型和第二缺陷类型的裂纹类缺陷，则第三焊缝缺陷J属于第三缺陷类型，需要通过切除第三焊缝缺陷J所在的段焊缝A以及段焊缝A的热影响区B形成第二坡口并对所述第二坡口进行第二焊接形成第二返修焊缝来修复。
所述第四焊缝缺陷K出现在段焊缝A除根焊区和过渡层G外的地方，且为非裂纹类缺陷，则第四焊缝缺陷K属于第四缺陷类型。
第四缺陷类型修复后复合管的剖面图如图4b所示。通过形成第三坡口E并对所述第三坡口E进行第三焊接形成第三返修焊缝C来修复。所述第三坡口E的中心线M从段焊缝A的熔合线L(也就是原始焊缝的熔合线)处开始并与复合管的中心线垂直。进一步地，为保证在焊接第三返修焊缝C的时候，第三返修焊缝的热影响区D不会对耐蚀合金层耐腐蚀性下降和/或氧化，需保证第三坡口E的底部与复合管内表面之间的厚度F大于根焊区和过渡层G的厚度之和，例如，大于或等于6mm。
进一步地，为保证返修质量，对于属于同一全焊缝的第一、第二和第三返修焊缝(即存在焊缝缺陷的段焊缝)的长度之和需小于或等于全焊缝长度的预定比例，例如40％、35％、30％等。同时，同一全焊缝的第一、第二和第三返修焊缝的单焊缝长度都不大于该全焊缝的长度预定比例，例如30％、25％、20％等。
进一步地，形成第一返修焊缝的步骤可以通过人工内部焊接或全自动内焊机焊接的方式进行。所述人工内部焊接需要在目视可及且能够人工修磨和焊接操作的条件下进行。所述全自动内焊机焊接需要使用带视频辅助功能的全自动内焊机。
使用人工内部焊接进行返修的步骤包括：
使用含氯离子的无害溶剂清除坡口PT检测残留物，再进行返修焊；
在过渡层焊接完成后，应增加一层耐蚀合金层焊接；
在返修焊完成后，需对盖面耐蚀合金焊缝进行PT检测并合格。
使用全自动内焊机进行内部返修的步骤包括：
使用具备视频辅助系统的管内自动修磨机对焊缝缺陷进行修磨清除；
使用具备不少于1200万像素彩色自动照相功能的PT检测系统对清除缺陷后的坡口进行检测并合格；
使用具备视频辅助系统的P-GTAW自动焊机进行第一层耐蚀合金的焊接；
过渡层焊接完成后，增加1层耐蚀合金焊接；
采用带数码相机照相辅助功能的PT检测系统检测焊缝并合格。
实施例4
耐蚀合金复合管焊缝缺陷的两周期返修工艺，包括第一周期返修工艺和第二周期返修工艺。所述第一周期返修工艺为对待返修的各个段焊缝所出现的缺陷类型进行区分后采用不同的方法进行修复。第一缺陷类型为弧坑裂纹缺陷，第二缺陷类型为根焊区或过渡层存在缺陷；第三缺陷类型为除第一、第二缺陷类型外的其它裂纹类缺陷；第四缺陷类型为除第二缺陷类型外的非裂纹类缺陷。通过修磨去除第一缺陷类型。通过形成第一坡口并对所述第一坡口进行第一焊接形成第一返修焊缝，以修复第二缺陷类型。通过形成第二坡口并对所述第二坡口进行第二焊接形成第二返修焊缝，以修复第三缺陷类型。通过形成第三坡口并对所述第三坡口进行第三焊接形成第三返修焊缝，以修复第四缺陷类型。其中，所述第一坡口和第二坡口均通过切除对应的段焊缝及其热影响区而形成。所述第三坡口的中心线从待返修的段焊缝的熔合线开始，且第三坡口靠近耐蚀合金复合管中心线的底部与耐蚀合金复合管内表面之间的厚度大于根焊区与过渡层厚度之和。对应于同一全焊缝的第一、第二和第三返修焊缝的单焊缝长度都不大于该全焊缝的长度的30％，且对应于同一全焊缝的第一、第二和第三返修焊缝的长度之和不大于该全焊缝的长度的40％，所述全焊缝由位于一处焊接位置的多个段焊缝构成。所述第二周期返修工艺为将第一周期返修工艺中通过修磨去除第一类缺陷后的第一周期返修段焊缝、第一返修焊缝、第二返修焊缝、或第三返修焊缝和第一周期返修段焊缝作为新待返修段焊缝。当新待返修段焊缝出现长度小于或等于50mm的非裂纹类缺陷且能够形成第四坡口时，通过形成第四坡口并对所述第四坡口进行第四焊接形成第四返修焊缝来修复。所述第四坡口的底部与耐蚀合金复合管内表面之间的距离大于或等于根焊区与过渡层厚度之和的1.25倍，且第四坡口底部的中心线从新待返修段焊缝与母材的熔合线开始。如不能够在新待返修段焊缝上形成所述第四坡口，则不对新待返修段焊缝进行第二周期返修工艺。
例如，新待返修段焊缝的出现长度为70mm的非裂纹类缺陷，则不对新待返修段焊缝进行第二周期返修工艺。
再如，新待返修段焊缝的出现长度为40mm的非裂纹类缺陷，但是最终打磨形成的第四坡口底部与耐蚀合金复合管内表面之间为7mm，根焊区与过渡层厚度之和为6mm，因为7mm小于6mm的1.25倍，所以不对新待返修段焊缝进行第二周期返修工艺。
实施例5
本示例性实施例所述的耐蚀合金复合管焊缝缺陷的返修工艺评定方法既针对单次返修工艺也针对两周期返修工艺，通过对返修焊缝(例如，实施例1中所述第一返修焊缝、第二返修焊缝或第三返修焊缝)进行检测来评定返修工艺。
如图5所示，原始焊缝7因存在第四缺陷类型的缺陷进行返修。因对第四缺陷类型的缺陷返修不需要切除整个原始焊缝的热影响区6，但返修坡口的中心线需要从原始焊缝的熔合线处开始，所以原始焊缝的热影响区6的一部分被切除。原始焊缝的缺陷返修后形成返修焊缝10以及返修焊缝在母材和原始焊缝金属上的热影响区8。下文中，返修焊缝10在母材和原始焊缝金属上的热影响区8简称为返修热影响区8。
其中，对返修完段焊缝取样进行硬度检验的取样位置包括第一取样区、第二取样区、第三取样区、第四取样区以及第五取样区。
例如图5所示，所述第一取样区为返修焊缝10的坡口底部切面9下方的部分返修热影响区8。所述下方为靠近复合管内壁的方向。
所述第二取样区为返修焊缝的坡口底部切面9上方(1.5～3)±0.5mm处的部分返修热影响区8。所述上方为远离复合管内壁的方向。
所述第三取样区为返修焊缝的坡口底部切面9上方(1.5～3)±0.5mm处的部分返修焊缝10。
所述第四取样区为修焊缝10与返修热影响区8交界且同时与空气接触的两点的连线11下方(1.5～3)±0.5mm的部分返修热影响区8。
所述第五取样区为返修焊缝10与返修热影响区8交界且同时与空气接触的两点的连线下方(1.5～3)±0.5mm的部分返修焊缝10。
在第一取样区取至少一个取样点(例如图5中第一取样区的一个取样点1)、第二取样区取至少一左一右两个取样点(例如图5中第二取样区的四个取样点2)、第三取样区取至少一个取样点(例如图5中第三取样区的两个取样点3)、第四取样区取至少一左一右两个取样点(例如图5中第四取样区的四个取样点4)以及第五取样区取至少一个取样点(例如图5中第五取样区的两个取样点5)。
可以采用在每个取样区仅取最少数的取样点(最少共仅7个点)进行硬度检验，只要每个取样点的硬度均在母材硬度的95～100％之间，则所述返修焊缝的返修工艺的硬度检验合格。
所述硬度检验方法应符合现行国家标准《焊接接头硬度试验方法》GB/T2654的有关规定，采用49.03N载荷维氏硬度检测法进行检测。
在本发明的第四示例性实施例中，所述焊接工艺可在上述第一、第二或第三示例性实施例的基础上进一步包括使用含氢混合气体作为焊接保护气
实施例6
在本实施例中，含氢混合保护气体可用于焊接耐蚀合金复合管中的耐蚀合金层，所述耐蚀合金层中Ni含量为9％～65％，Cr含量为18％～22％且C含量＜0.1％。所述含氢混合保护气体可由按体积比计1.0～4.0％的H2和余量的Ar混合而成。例如，含氢混合保护气体由按体积比计1.5％的H2和98.5％Ar混合而成。又如，含氢混合保护气体由按体积比计3.5％的H2和96.5％Ar混合而成。进一步地，所述含氢混合保护气体可由2.0～3.0％的H2和余量的Ar混合而成。
在本实施例中，混合前所述H2、N2和Ar的纯度均可为99.99％以上。例如，混合前Ar、H2或N2的纯度为99.995％。含氢混合保护气体的露点可≥-50℃。
在本实施例中，加入1.0～4.0％的H2能够提高焊接电弧电压、电弧热功率、增加焊接熔化金属的熔透性，防止咬边和二氧化碳气孔缺陷。这里，随着含氢混合保护气体中H2含量的提升，焊接电弧电压、电弧热功率、增加焊接熔化金属的熔透性也相应升高，但H2的含量最高不能超过5％，否则容易产生氢气气孔缺陷。所述使用含氢混合保护气体焊接可比单独采用氩气焊接速度提高35～65％。
在本实施例中，所述焊接可包括根焊、过渡焊、堆焊、填充焊和盖面焊中至少一种。本发明的含氢混合保护气体适用于各种焊接层的焊接。
实施例7
在本实施例中，含氢混合保护气体，所述含氢混合保护气体可用于焊接耐蚀合金复合管中的耐蚀合金层，所述耐蚀合金层中Ni含量为9％～65％，Cr含量为18％～22％且C含量＜0.1％。所述含氢混合保护气体可由按体积比计1.0～4.0％的H2、2％～5％N2和余量的Ar混合而成。例如，含氢混合保护气体由按体积比计1.5％的H2、2.5％的N2和98.5％Ar混合而成。又如，含氢混合保护气体由按体积比计3.5％的H2、4.5％的N2和96.5％Ar混合而成。进一步地，所述含氢混合保护气体可由2.0～3.0％的H2、2％～5％N2和余量的Ar混合而成。
在本实施例中，混合前所述H2、N2和Ar的纯度均可为99.99％以上。例如，混合前Ar、H2或N2的纯度为99.995％。含氢混合保护气体的露点可≥-50℃。
在本实施例中，加入1.0～4.0％的H2能够提高焊接电弧电压、电弧热功率、增加焊接熔化金属的熔透性，防止咬边和二氧化碳气孔缺陷。这里，随着含氢混合保护气体中H2含量的提升，焊接电弧电压、电弧热功率、增加焊接熔化金属的熔透性也相应升高，但H2的含量最高不能超过5％，否则容易产生氢气气孔缺陷。所述2～5％的N2能够提高焊缝的耐腐蚀性能。所述使用含氢混合保护气体焊接可比单独采用氩气焊接速度提高35～65％。
在本实施例中，所述焊接可包括根焊、过渡焊、堆焊、填充焊和盖面焊中至少一种。本发明的含氢混合保护气体适用于各种焊接层的焊接。
综上所述，采用本发明方法的有益效果包括：
(1)提供了一种耐蚀合金复合管X型坡口焊接结构，有利于耐蚀合金复合管内焊的焊接工艺的实施，焊接时节约填充材料的用量；
(2)利用类焊接热输入对所述焊接进行目视测量控制焊接速度，该方法简单且直观，可以在正常作业期间实时评定，有效减少焊接失误，提升焊接质量；
(3)能够对双金属复合管进行返修焊，且能评定对双金属复合管返修焊的工艺，能够保证对双金属复合管返修焊后的质量；
(4)提供了一种焊接用含氢保护气体，可提高焊接电弧电压，从而提高电弧热功率，增加焊接熔化金属的熔透性，并有防止咬边缺陷、抑制二氧化碳气孔的作用；
(5)采用该含氢保护气体进行焊接不锈钢及耐蚀合金焊接材料，比单独采用氩气焊接速度可提高约35～60％。
尽管上面已经结合示例性实施例及附图描述了本发明，但是本领域普通技术人员应该清楚，在不脱离权利要求的精神和范围的情况下，可以对上述示例性实施例进行各种修改。
Claims (9)
1.一种耐蚀合金复合管组对焊接工艺，所述耐蚀合金复合管具有耐蚀合金层和套装包覆在所述耐蚀合金层外的基材层，其特征在于，所述焊接工艺包括步骤：
坡口加工：分别在两根待焊接的耐蚀合金复合管的连接端加工形成半坡口；
管口组对：将两根耐蚀合金复合管组对，使两个半坡口构成完整的坡口，所述坡口结构形成在组对后的耐蚀合金复合管的整个圆周方向，所述坡口从内到外依次包括坡口钝边，过渡段和倾斜段，所述坡口钝边形成在耐蚀合金层中，所述过渡段形成在部分耐蚀合金层和部分基材层中，所述倾斜段形成在基材层中并贯穿基材层上部；其中，所述组对采用内对口器组对或外对口器配合间隙桥块辅助组对；
进行焊接：焊接前先通预定时间保护气，在管外采用与耐蚀合金层材质相同焊条进行根焊、过渡焊和填充焊；其中，所述根焊形成在坡口钝边内，所述过渡焊形成在所述过渡段内，所述填充焊形成在所述倾斜段内。
2.根据权利要求1所述的耐蚀合金复合管组对焊接工艺，其特征在于，所述焊接工艺还包括利用类焊接热输入对所述焊接进行目视测量控制焊接速度的步骤：
获得焊条电弧焊的类焊接热输入H，确定对应于类焊接热输入的波动比例⊿H；
以所述类焊接热输入作为焊接速度进行焊条电弧焊，并目视测量以控制焊接速度在H±⊿H的范围内，其中，
所述获得焊条电弧焊的类焊接热输入的步骤通过以下子步骤来实现：
根据焊条型号确定焊条的标准长度S，统计多次该型号单焊条合格电弧焊焊接操作中的残余焊条长度Ri、单焊条熔覆焊缝长度Li，其中，i为不小于2且不大于n的自然数，i和n分别表示所述多次单焊条合格电弧焊焊接操作中的第几次操作以及总次数；
利用式1计算得出焊条电弧焊的类焊接热输入H，
所述式1为：
3.根据权利要求2所述的耐蚀合金复合管组对焊接工艺，其特征在于，所述n大于或等于3，所述波动比例⊿H为基准类焊接热输入H的10％。
4.根据权利要求1所述的耐蚀合金复合管组对焊接工艺，其特征在于，在进行壁厚小于6mm的耐蚀合金管焊接时不应进行预热，且应使用不含氯离子的无害溶剂对坡口及管口内外表面宽度不小于50mm的范围进行清洗。
5.根据权利要求1所述的耐蚀合金复合管组对焊接工艺，其特征在于，所述焊接工艺还包括对焊缝缺陷的返修的步骤：
对待返修的各个段焊缝所出现的缺陷类型进行区分，第一缺陷类型为弧坑裂纹缺陷，第二缺陷类型为根焊区或过渡层存在缺陷；第三缺陷类型为除第一、第二缺陷类型外的其它裂纹类缺陷；第四缺陷类型为除第二缺陷类型外的非裂纹类缺陷；
通过修磨去除第一缺陷类型；通过形成第一坡口并对所述第一坡口进行第一焊接形成第一返修焊缝，以修复第二缺陷类型；通过形成第二坡口并对所述第二坡口进行第二焊接形成第二返修焊缝，以修复第三缺陷类型；通过形成第三坡口并对所述第三坡口进行第三焊接形成第三返修焊缝，以修复第四缺陷类型，对应于同一全焊缝的第一、第二和第三返修焊缝的单焊缝长度都不大于该全焊缝的长度的30％，且对应于同一全焊缝的第一、第二和第三返修焊缝的长度之和不大于该全焊缝的长度的40％，所述全焊缝由位于一处焊接位置的多个段焊缝构成，其中，
所述第一坡口和第二坡口均通过切除对应的段焊缝及其热影响区而形成；
所述第三坡口的中心线从待返修的段焊缝的熔合线开始，且第三坡口靠近耐蚀合金复合管中心线的底部与耐蚀合金复合管内表面之间的厚度大于根焊区与过渡层厚度之和。
6.根据权利要求5所述的耐蚀合金复合管组对焊接工艺，其特征在于，所述对应于同一全焊缝的第一、第二和第三返修焊缝的单焊缝长度都不大于该全焊缝的长度的25％，且对应于同一全焊缝的第一、第二和第三返修焊缝的长度之和不大于全焊缝的长度的35％，所述全焊缝由3个或4个段焊缝构成。
7.根据权利要求5所述的耐蚀合金复合管组对焊接工艺，其特征在于，所述形成第一返修焊缝的步骤通过人工内部焊接或全自动内焊机焊接的方式进行，并且包括在第一焊接完成对过渡层的焊接后，增加一层耐蚀合金焊接层。
8.根据权利要求1所述的耐蚀合金复合管组对焊接工艺，其特征在于，所述保护气为含氢混合保护气体，所述含氢混合保护气体用于焊接耐蚀合金复合管中的耐蚀合金层，所述耐蚀合金层中Ni含量为9％～65％，Cr含量为18％～22％且C含量＜0.1％，所述含氢混合保护气体由按体积比计1.0～4.0％的H2和余量的Ar混合而成。
9.根据权利要求1所述的耐蚀合金复合管组对焊接工艺，其特征在于，所述保护气为含氢混合保护气体，所述含氢混合保护气体用于焊接耐蚀合金复合管中的耐蚀合金层，所述耐蚀合金层中Ni含量为9％～65％，Cr含量为18％～22％且C含量＜0.1％，所述含氢混合保护气体由按体积比计1.0～4.0％的H2、2％～5％N2和余量的Ar混合而成。
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