CN112439981B - 一种耐蚀合金预制内补口钢管的对接方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种耐蚀合金预制内补口钢管的对接方法，包括以下步骤：耐蚀合金的U型坡口加工的步骤；管口无间隙组对和焊缝背部焊剂保护的步骤；无焊丝熔焊定位焊道的焊接的步骤；无焊丝熔焊打底层焊接的步骤；钨极氩弧双金属过渡层焊接的步骤；手工焊条电弧焊填充焊层的步骤；手工焊条电弧焊盖面层的步骤。本发明防止了因电化学反应引起的焊缝腐蚀穿孔，可以提高管道寿命，降低施工、维护成本和环境风险。该焊接方法同样适用于不锈钢内衬复合钢管的焊接。
Description
技术领域
本发明涉及管道焊接技术领域，具体地说是一种耐蚀合金预制内补口钢管的对接方法。
背景技术
油田单井管道的内腐蚀情况比较严重，通常需要对钢管内壁进行防腐涂覆，但管道焊接会造成内防腐涂层的破坏，所以，管道现场焊接施工后，需要对焊口内壁进行内防腐补口作业，来弥补焊接对焊缝区内防腐层性的破坏。
由于没有合适的设备能够进入内径小于DN200的管道内部进行焊口内防腐补口作业，为防止管道焊接时对焊缝及附加区域内防腐涂层的破坏，国内外发明了很多采用耐蚀合金工厂预制的内补口方法，包括管端耐蚀合金内堆焊和管端内衬不锈钢短管等等，但管道组对焊接时难免会将坡口面的低碳钢成分熔入焊缝金属中，造成焊缝金属耐蚀合金成分的稀释，降低了焊缝的耐腐蚀性能；还由于焊接是一种局部金属熔铸过程，焊缝熔池冷却速度较快，熔入的低碳钢成分不会均匀分布在焊缝金属中形成新的合金，会在耐蚀合金内焊缝中夹杂低碳钢分子团，当管道输送导电介质时，会因双金属电位差的存在而引起剧烈的电化学反应，造成焊缝区迅速腐蚀穿孔，这是耐蚀合金预制内补口以及不锈钢内衬复合管组对焊接后最容易发生的现象，造成管道维护频率和成本的增加，以及环境污染的结果。
中国专利公开号CN1110385A提供了一种在钢管两端内壁爆炸焊接一段不锈钢内衬管，通过双金属分层焊接来起到免内防腐“补口”作用的技术；中国专利公开号CN202419038U提供了一种管道内衬耐蚀合金内防腐补口技术，类似技术一般都采用V型坡口和通过双金属分层焊接实施管道对接焊接；由于低碳钢焊材无法焊接不锈钢材料，双金属分层焊缝在进行射线检测时通常体现为“未熔透”的缺陷如(图1)所示，焊接工艺评定侧弯试验通常不合格；这种情况虽然不影响管道的使用，但也无法判定低碳钢是否熔入焊缝内表面，因而也无法确定在输送导电介质时是否会引起电化学腐蚀。
中国专利公开号CN103008988A提供了一种在管端内壁加工凹槽并在槽内预先堆焊一层不锈钢层，在管道焊接中采用不锈钢或镍基焊丝氩弧焊打底、不锈钢或镍基合金焊条填充、盖面工艺，实现管道焊接免内“补口”作业，保证管道内壁防腐连续性的技术；该技术的焊缝由耐蚀合金组成，可以解决因双金属焊层之间无法熔透的问题，也可以通过焊接工艺评定侧弯试验，但焊接施工时仍然无法保证没有熔入坡口面的低碳钢成分，依然存在在输送导电介质时引起电化学腐蚀的风险。
由于上述技术都采用V型坡口型式，有间隙组对，焊接时难免在焊缝中熔入坡口面的低碳钢成分，增加了双金属电化学腐蚀风险。
还由于上述技术普遍采用钢管内部充氩来保护耐蚀合金熔池，以防止耐蚀合金内焊缝的熔池氧化，增加了焊接施工的成本和复杂性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种耐蚀合金预制内补口钢管的对接方法，在保证焊缝质量的同时，保证了耐蚀合金内焊缝的合金成分不被稀释，且不会在焊缝内表面夹杂低碳钢成分，杜绝了双金属电化学腐蚀风险，防止了因电化学反应引起的焊缝腐蚀穿孔，可以提高管道寿命，降低施工、维护成本和环境风险。该焊接方法同样适用于不锈钢内衬复合钢管的焊接。
为了达成上述目的，本发明采用了如下技术方案，一种耐蚀合金预制内补口钢管的对接方法，包括以下步骤：
第一步骤：加工低碳钢坡口面、加工耐蚀合金钝边、加工圆弧过渡处的步骤；
第二步骤：管口无间隙组对和焊缝背部焊剂保护的步骤；
第三步骤：无焊丝熔焊定位焊道的焊接的步骤；
第四步骤：无焊丝熔焊打底层焊接的步骤；采用氩气电弧沿圆周方向将对接定位的耐蚀合金坡口钝边熔透形成打底焊层，焊接过程中无需填充焊材，熔焊形成的耐蚀合金打底焊层；
第五步骤：钨极氩弧双金属过渡层焊接的步骤；在耐蚀合金打底焊层之上采用GTAW焊接方法填充焊材完成过渡焊层，填充的焊材金属与预制内补口堆焊焊材相同，焊接过程中将打底焊层和接近打底焊层的低碳钢坡口面表面熔化形成凹型过渡焊层；
第六步骤：手工焊条电弧焊填充焊层的步骤；
第七步骤：手工焊条电弧焊盖面层的步骤。
所述加工低碳钢坡口面、加工耐蚀合金钝边、加工圆弧过渡处的步骤：采用数控车床加工管端的低碳钢坡口面、耐蚀合金钝边、低碳钢层与耐蚀合金层结合处的圆弧过渡，两个加工完的钢管组对后相互之间构成空隙形成U型坡口，即将原来的V型坡口的底部加工成底面且具有两个圆弧过渡。
所述管口无间隙组对和焊缝背部焊剂保护：将坡口处和距离管口端面至少10mm范围内的杂物和铁锈、油污清理干净,将管端内壁至少20mm范围内的预制防腐涂层清理干净，清理打磨时采用砂布轮以防止坡口形状受损；在管口内壁距离管口端面约10mm范围内均匀涂抹保护焊剂，涂抹后将钝边端面及坡口面上焊剂擦拭干净；将两根预制内补口防腐钢管的管端坡口的耐蚀合金钝边无间隙对接组对，对口错边量不大于0.1mm。
所述无焊丝熔焊定位焊道的焊接：待焊剂风干后，采用GTAW焊接方法沿圆周分段将对接的钢管坡口耐蚀合金钝边熔透使对接钢管定位，熔焊过程中无需填充焊材，每段长度不小于30mm，且不少于3段并沿圆周均匀分布。
所述手工焊条电弧焊填充焊层：采用SMAW焊接方法在低碳钢坡口面焊接填充焊层，采用的焊材与过渡焊层相同。
所述手工焊条电弧焊盖面焊层：在填充焊层或过渡焊层之上，采用SMAW焊接方法在低碳钢坡口面焊接填充焊材完成盖面焊步骤，焊接材料与过渡焊层或填充焊层相同，完成对接工作。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
1、通过由堆焊耐蚀合金构成的U型坡口钝边及与圆弧过渡处，以及通过无间隙对接组对和采用钨极氩弧(GTAW)将钝边熔化形成的耐蚀合金打底焊层，保证了耐蚀合金焊缝不会熔入低碳钢成分，杜绝了内焊缝双金属电化学腐蚀风险；实现了管道内防腐层的连续有效。
2、通过采用与堆焊层相同的焊材以及GTAW焊接方法在耐蚀合金打底焊层与低碳钢坡口面之间的过渡焊接，使耐蚀合金打底焊层不被稀释且焊层之间可靠熔合，保证了打底焊层的耐腐蚀性能；
3、通过全部采用与预制内补口堆焊层相同的焊材进行过渡、填充和盖面的焊接，杜绝了双金属焊层之间未熔透现象的发生；
4、通过采用保护焊剂替代钢管内壁充氩，简化了焊接施工工艺，降低了焊接施工成本。
附图说明
图1为现有技术中的耐蚀合金预制内补口钢管的对接示意图；
图2为本发明的一种耐蚀合金预制内补口钢管的对接方法的加工内孔堆焊面和坡口及钝边时的结构示意图；
图3为本发明的一种耐蚀合金预制内补口钢管的对接方法的管口无间隙组对时的结构示意图；
图4为本发明的一种耐蚀合金预制内补口钢管的对接方法的钝边熔化形成的耐蚀合金打底焊层时的结构示意图；
图5为本发明的一种耐蚀合金预制内补口钢管的对接方法的焊接成过渡焊层时的结构示意图；
图6为本发明的一种耐蚀合金预制内补口钢管的对接方法的焊接成耐蚀合金填充焊层及耐蚀合金盖面焊层时的结构示意图。
图中：1、耐蚀合金层；2、低碳钢层；3、外低碳钢焊缝；4、内耐蚀合金焊层；5、未熔透双金属焊层界面；
23、低碳钢坡口面；24、耐蚀合金钝边；25、圆弧过渡处；
33、管口无间隙组对；
43、钝边熔化形成的耐蚀合金打底焊层；
53、过渡焊层；
63、耐蚀合金填充焊层；64、耐蚀合金盖面焊层。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图2至图6，本发明提供一种技术方案：
一种耐蚀合金预制内补口钢管的对接方法，由耐蚀合金的U型坡口加工、管口无间隙组对和焊缝背部焊剂保护、无焊丝熔焊定位焊道的焊接、无焊丝熔焊打底层焊接、钨极氩弧双金属过渡层焊接、手工焊条电弧焊填充盖面层焊接的过程构成；
1、加工低碳钢坡口面、加工耐蚀合金钝边、加工圆弧过渡处：采用数控车床加工管端内堆焊层和U型坡口，坡口的钝边以及与圆弧过渡处为耐蚀合金堆焊层，其具体尺寸和形状如(图2)所示，以上各种加工的本身过程通过现有技术即可完成；
2、管口无间隙组对和焊缝背部焊剂保护：(1)将坡口处和距离管口端面至少10mm范围内的杂物和铁锈、油污以及管端内壁至少20mm范围内的预制防腐涂层清理干净，清理打磨时采用砂布轮以防止坡口形状受损，(2)在管口内壁距离管口端面约10mm范围内均匀涂抹保护焊剂，焊剂的稠度按说明书的要求，涂抹后将钝边端面及坡口面上焊剂擦拭干净，(3)将两根预制内补口防腐钢管的管端坡口无间隙对接组对如(图3)所示，对口错边量不大于0.1mm；清理工序本身是焊接技术领域内的常规技术，本发明只是利用了这种工序；
3、无焊丝熔焊定位焊道的焊接：待焊剂风干后，采用GTAW焊接方法沿圆周分段将对接的钢管坡口耐蚀合金钝边熔透使对接钢管定位，熔焊过程中无需填充焊材，每段长度不小于30mm，且不少于3段并沿圆周均匀分布；本焊接工序也属于焊接领域内的常规工序，本发明只是利用了这种工序；
3、无焊丝熔焊打底层焊接：采用氩气电弧沿圆周方向将对接定位的耐蚀合金坡口钝边熔透形成打底焊层，焊接过程中无需填充焊材，熔焊形成的耐蚀合金打底焊层如(图4)所示；本焊接工序为本发明的新创造核心；
4、双金属过渡焊层焊接：在根焊焊层之上采用GTAW焊接方法填充焊材完成过渡焊层，填充的焊材金属与预制内补口堆焊焊材相同，焊接过程中将打底焊层和接近堆焊层的低碳钢坡口面表面熔化形成凹型过渡焊层如(图5)所示，焊接参数按评定合格的工艺设置；本焊接工序为本发明的新创造核心；
5、填充焊层焊接：采用SMAW焊接方法焊接填充焊层，采用的焊材与过渡焊层相同，焊接参数按评定合格的工艺设置；当钢管壁厚较薄时，免除填充焊步骤；本焊接工序也属于焊接领域内的常规工序，本发明只是利用了这种工序；
6、盖面焊层焊接：在填充焊层或过渡焊层之上，采用SMAW焊接方法填充焊材完成盖面焊步骤，焊接材料与填充焊层相同，焊接参数按评定合格的工艺设置；完成的焊缝如(图6)所示。本焊接工序也属于焊接领域内的常规工序，本发明只是利用了这种工序；
本发明的创新点在于：
采用无间隙组对和无填丝钨极氩弧熔化焊方法，将钝边熔化形成耐蚀合金打底焊层；
在打底焊层与碳钢坡口面之间，通过钨极氩弧填丝焊形成过渡焊层。
总之，以上无填丝钨极氩弧熔化焊、钨极氩弧填丝焊都属于堆焊，所以耐蚀合金钝边、圆弧过渡处全部通过堆焊的方法加工成耐蚀合金堆焊层，如图所示，钝边熔化形成的耐蚀合金打底焊层43，过渡焊层53。
本发明的原理在于：
1、管口无间隙组对为耐蚀合金钝边熔化焊焊接提供了条件；
2、耐蚀合金钝边的熔化打底焊接，防止了低碳钢成分熔入焊缝，避免了在输送导电介质时引起双金属电化学反应造成的焊缝腐蚀穿孔；
3、耐蚀合金焊材在低碳钢坡口面与打底焊层之间的过渡焊接，避免了打底焊层耐蚀合金成分的稀释，保证了与介质接触的焊缝内表面的耐腐蚀性能，从而与钢管内防腐涂层有效连接，保证了管道内防腐层的连续有效。
本发明的作用在于：
1、通过采用保护焊剂进行熔池背部保护，简化了焊接工序，降低了管道焊接施工成本的复杂性；
2、通过全部由耐蚀合金材料构成的U型坡口钝边的无间隙组对和无焊丝熔焊打底层的焊接，保证了打底焊层中不会熔入低碳钢成分且成型良好，降低了在输送导电液体介质时发生双金属电化学反应的风险。
3、通过填充与预制内补口层相同的焊材和GTAW焊接方法在耐蚀合金打底焊层与低碳钢坡口面之间的过渡焊接，使焊层与坡口面良好熔合且不会将坡口面的低碳钢成分熔入打底焊层令打底焊层稀释，还有利于填充、盖面焊层的焊接。
本发明的优势在于：
1、通过由堆焊耐蚀合金构成的U型坡口钝边及与圆弧过渡处，以及通过无间隙对接组对和采用钨极氩弧(GTAW)将钝边熔化形成的耐蚀合金打底焊层，保证了耐蚀合金焊缝不会熔入低碳钢成分，杜绝了内焊缝双金属电化学腐蚀风险；实现了管道内防腐层的连续有效。
2、通过采用与堆焊层相同的焊材以及GTAW焊接方法在耐蚀合金打底焊层与低碳钢坡口面之间的圆弧过渡处过渡焊接，使耐蚀合金打底焊层不被稀释且焊层之间可靠熔合，保证了打底焊层的耐腐蚀性能；
3、通过全部采用与预制内补口堆焊层相同的焊材进行过渡、填充和盖面的焊接，杜绝了双金属焊层之间未熔透现象的发生；
4、通过采用保护焊剂替代钢管内壁充氩，简化了焊接施工工艺，降低了焊接施工成本。
该方法利用U型坡口和耐蚀合金焊材加背部焊剂保护，不但为耐蚀合金焊缝的熔池背部保护提供了方便；也解决了不锈钢复合管双金属焊层射线影像难以判断的问题，还能够确保耐蚀合金焊缝中不熔入坡口面低碳钢成分，防止焊缝内表面电化学腐蚀风险，保证管道内防腐层的连续有效；这是一种耐蚀合金预制内补口钢管的坡口组对和焊接方法，该方法也适用于不锈钢内衬复合钢管的焊接。
在本发明的描述中，需要理解的是，方位指示或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的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。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (1)
1.一种耐蚀合金预制内补口钢管的对接方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，加工低碳钢坡口面、加工耐蚀合金钝边、加工圆弧过渡处；
步骤二，管口无间隙组对和焊缝背部焊剂保护；
步骤三，无焊丝熔焊定位焊道的焊接；
步骤四，无焊丝熔焊打底层焊接；采用氩气电弧沿圆周方向将对接定位的耐蚀合金坡口钝边熔透形成打底焊层，焊接过程中无需填充焊材，熔焊形成的耐蚀合金打底焊层；
步骤五，钨极氩弧双金属过渡层焊接；在耐蚀合金打底焊层之上采用GTAW焊接方法填充焊材完成过渡焊层，填充的焊材金属与预制内补口堆焊焊材相同，焊接过程中将打底焊层和接近打底焊层的低碳钢坡口面表面熔化形成凹型过渡焊层；
步骤六，手工焊条电弧焊填充焊层；
步骤七，手工焊条电弧焊盖面层；
在步骤一中，加工低碳钢坡口面、加工耐蚀合金钝边、加工圆弧过渡处的步骤：采用数控车床加工管端的低碳钢坡口面、耐蚀合金钝边、低碳钢层与耐蚀合金层结合处的圆弧过渡，两个加工完的钢管组对后相互之间构成空隙形成U型坡口，即将原来的V型坡口的底部加工成底面且具有两个圆弧过渡；
在步骤二中，管口无间隙组对和焊缝背部焊剂保护：将坡口处和距离管口端面至少10mm范围内的杂物和铁锈、油污清理干净,将管端内壁至少20mm范围内的预制防腐涂层清理干净，清理打磨时采用砂布轮以防止坡口形状受损；在管口内壁距离管口端面约10mm范围内均匀涂抹保护焊剂，涂抹后将钝边端面及坡口面上焊剂擦拭干净；将两根预制内补口防腐钢管的管端坡口的耐蚀合金钝边无间隙对接组对，对口错边量不大于0.1mm；
在步骤三中，无焊丝熔焊定位焊道的焊接：待焊剂风干后，采用GTAW焊接方法沿圆周分段将对接的钢管坡口耐蚀合金钝边熔透使对接钢管定位，熔焊过程中无需填充焊材，每段长度不小于30mm，且不少于3段并沿圆周均匀分布；
在步骤六中，手工焊条电弧焊填充焊层：采用SMAW焊接方法在低碳钢坡口面焊接填充焊层，采用的焊材与过渡焊层相同；
在步骤七中，手工焊条电弧焊盖面焊层：在填充焊层或过渡焊层之上，采用SMAW焊接方法在低碳钢坡口面焊接填充焊材完成盖面焊步骤，焊接材料与过渡焊层或填充焊层相同，完成对接工作。
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