專利名稱：金屬薄壁復(fù)層與基層的復(fù)合管環(huán)焊縫焊接方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于金屬材料焊接技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種雙金屬?gòu)?fù)合鋼管環(huán)焊縫的焊接技 術(shù)，特別是涉及一種金屬薄壁復(fù)層管與基層為碳鋼的雙金屬?gòu)?fù)合管的環(huán)焊縫焊接技術(shù)。
背景技術(shù)：
基層為碳鋼、復(fù)層為不銹鋼的雙金屬?gòu)?fù)合管有效地解決了油氣輸送、煉油、化工等 工業(yè)部門管道的腐蝕問(wèn)題，具有愈來(lái)愈廣泛的用途。在現(xiàn)場(chǎng)焊接雙金屬?gòu)?fù)合管的技術(shù)難度 很大，目前的焊接技術(shù)主要有兩種。其一中國(guó)專利公開號(hào)為CN 1354061A的專利申請(qǐng)。先 進(jìn)行內(nèi)壁復(fù)層的焊接，然后進(jìn)行過(guò)渡層和基層的焊接，焊接材料全部用不銹鋼，該技術(shù)的缺 陷有三點(diǎn)(1)復(fù)層厚度較薄(小于2毫米)時(shí)，第一層焊接容易產(chǎn)生燒穿缺陷；(2)焊接 復(fù)層時(shí)，由于熱收縮，復(fù)層可能與基層分離形成縫隙，過(guò)渡焊接容易產(chǎn)生缺陷；(3)制管過(guò) 程中復(fù)層與基層之間可能存在的空氣、水或臟物在過(guò)渡層焊接時(shí)可能在焊縫中造成氣孔缺 陷。其二中國(guó)專利授權(quán)公告號(hào)為CN1267234C的專利。焊縫分為過(guò)渡層焊縫和基層焊縫， 兩次焊接而成，無(wú)單獨(dú)的不銹鋼復(fù)合層焊縫，過(guò)渡焊縫的焊接材料采用不銹鋼材料，低碳鋼 基層焊縫的焊條采用低碳鋼焊條，該技術(shù)的主要缺陷有2點(diǎn)(1)第一層過(guò)渡層焊接時(shí)，制 管過(guò)程中復(fù)層與基層之間可能存在的空氣、水或臟物在過(guò)渡層焊接是可能造成氣孔缺陷， 從而造成焊縫的耐蝕性能的嚴(yán)重下降；(2)進(jìn)行第二層焊縫焊接時(shí)，采用碳鋼成分的焊接 材料在不銹鋼成分的過(guò)渡層焊道上焊接，該焊縫中Cr、Ni合金元素增高，容易形成淬硬的 馬氏體組織，影響接頭的塑性、韌性，嚴(yán)重時(shí)還可能產(chǎn)生冷裂紋。這兩種技術(shù)還有一個(gè)共同 的缺陷就是，焊縫產(chǎn)生錯(cuò)邊時(shí)，接頭處焊縫耐蝕層有效厚度減少，使焊接接頭的耐蝕性能降 低。有些文獻(xiàn)也報(bào)道進(jìn)行封焊一種技術(shù)，其做法是在坡口端部靠近復(fù)層的碳鋼基層上 挖一個(gè)小槽(也可以不挖槽直接焊接)，用焊接方法將小槽填滿進(jìn)行封焊，但是，如果復(fù)層 的厚度小于2毫米時(shí)，由于復(fù)層導(dǎo)熱性差容易產(chǎn)生燒穿，因此，該方法不適用復(fù)層厚度小于 2毫米的復(fù)合管焊接。而且其封焊采用與復(fù)層同成分的不銹鋼焊接材料，因合金元素含量 低，封焊焊縫被基層碳鋼稀釋后容易產(chǎn)生一定量的馬氏體淬硬不良組織，嚴(yán)重時(shí)還可能產(chǎn) 生裂紋缺陷。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種薄壁不銹鋼復(fù)層與碳鋼基層的復(fù)合管環(huán)焊縫焊接方法， 解決不銹鋼復(fù)層與碳鋼基層的雙金屬?gòu)?fù)合管環(huán)焊縫焊接技術(shù)難題，克服現(xiàn)有焊接技術(shù)不適 用于復(fù)層厚度小于2毫米的復(fù)合管焊接；采用與復(fù)層同成分的不銹鋼焊接材料，造成封焊 焊縫被基層碳鋼稀釋后產(chǎn)生一定量的馬氏體淬硬不良組織，產(chǎn)生裂紋的不足。實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的所采取的技術(shù)方案是(1)坡口加工采用機(jī)加工方法將兩根準(zhǔn)備焊接的雙金屬?gòu)?fù)合管端部加工出角度 為30-35度的外坡口 3，坡口 3靠近復(fù)層2的鈍邊4的厚度為4_5毫米。用砂輪打磨坡口 3附近碳鋼上的銹跡，采用丙酮清洗坡口 3上的油污。(2)封焊在坡口 3靠近復(fù)層2的鈍邊4的表面堆焊2-3層，堆焊的方法是鎢極氬 弧焊，堆焊使用的材料為309型或309Mo型不銹鋼的氣體保護(hù)焊焊絲，焊后采用砂輪修磨坡 口，角度30 35度，鈍邊4的厚度為0. 4-0. 5毫米。修磨坡口后用丙酮清洗坡口。(3)組對(duì)在雙金屬?gòu)?fù)合管子內(nèi)部充氬氣，待空氣排除干凈后，兩根準(zhǔn)備焊接的雙 金屬?gòu)?fù)合管坡口 3組對(duì)，間距2 3毫米，采用鎢極氬弧焊進(jìn)行定位焊接。(4)根部打底采用鎢極氬弧焊方法，在管子內(nèi)部充氬保護(hù)的狀態(tài)下沿雙金屬?gòu)?fù) 合坡口 3焊接。焊接的厚度為2-3mm。(5)第二層打底焊焊接在根部打底焊的上部，采用與步驟(2)根部打底焊同樣的 工藝進(jìn)行第二層焊接，將焊接的雙金屬?gòu)?fù)管基層1焊接在一起。(6)填充焊和蓋面焊采用手工電弧焊方法在第二層打底焊上部進(jìn)行填充焊接和 蓋面焊接，焊接材料為不銹鋼焊條，這樣的目的，一是消除坡口端部復(fù)層和基層之間可能存在的縫隙，使對(duì)接焊縫焊 接時(shí)不易產(chǎn)生焊接缺陷；二是增加端部不銹鋼層的有效厚度，使對(duì)接焊時(shí)根部焊道變?yōu)橥?種鋼的焊接，并使焊接接頭質(zhì)量對(duì)錯(cuò)邊不敏感，即使產(chǎn)生錯(cuò)邊，也能保證一定的耐蝕性。所述進(jìn)行兩根雙金屬?gòu)?fù)合管的焊接，所有焊道均采用309或309Mo不銹鋼焊接材 料焊接。由于焊接材料具有較高的Cr和M含量，焊縫具有比內(nèi)襯復(fù)層更好的耐蝕性，也避 免采用碳鋼焊接材料焊接時(shí)在過(guò)渡層焊道產(chǎn)生淬硬組織以及產(chǎn)生冷裂紋的可能性。309或 309Mo焊接材料具有比一般碳鋼焊接材料更高的強(qiáng)度和良好的塑韌性，保證焊縫具有高的 強(qiáng)度和良好塑韌性所述309型不銹鋼焊接材料的化學(xué)成分按比重百分比為C，彡0. 08 ；Si, ^ 0. 90 ； Μη,Ο. 5-2. 5 ；P，彡 0. 04 ；S，彡 0. 03 ；Cr, 22-25 ；Mo，彡 0. 75 ；Ni, 12-14 ；Cu，彡 0. 75。所述的3090型不銹鋼焊接材料的化學(xué)成分按比重百分比為C，彡0. 08 ；Si, 彡 0. 90 ；Μη,Ο. 5-2. 5 ；P,彡 0. 04 ；S,彡 0. 03 ；Cr, 22-25 ；Mo, 2. 0-3. 0 ；Ni, 12—14 ；Cu, ^ 0. 75。本發(fā)明的有效效果是采用的焊接材料具有較高的Cr和M含量，高的強(qiáng)度和良好 的塑韌性，焊縫具有比內(nèi)襯復(fù)層更好的耐蝕性，避免采用Cr和M含量較低的焊接材料在封 焊焊縫上產(chǎn)生馬氏體組織現(xiàn)象，也避免采用碳鋼焊接材料焊接過(guò)渡層焊道產(chǎn)生淬硬組織以 及產(chǎn)生冷裂紋的可能性。本技術(shù)彩用的309或309Μο焊接材料比一般碳鋼焊接材料具有更 高的強(qiáng)度和良好的塑韌性，保證焊縫具有高的強(qiáng)度和良好的塑韌性，糾正了有些人員認(rèn)為 不銹鋼焊接材料強(qiáng)度低的錯(cuò)誤觀點(diǎn)。309或309Μο焊條的抗拉強(qiáng)度> 520MPa,J427焊條的 抗拉強(qiáng)度彡420MPa, J507焊條的抗拉強(qiáng)度彡490MPa。消除坡口端部復(fù)層和基層之間可能存在的縫隙，使對(duì)接焊縫焊接時(shí)不會(huì)產(chǎn)生焊接 缺陷；在坡口根部形成一定厚度的不銹鋼層，增加端部不銹鋼層的有效厚度，使對(duì)接焊時(shí)根 部焊道變?yōu)橥N鋼的焊接，并使焊接接頭質(zhì)量對(duì)錯(cuò)邊不敏感，即使產(chǎn)生少量的錯(cuò)邊，也能保 證一定的耐蝕性。


圖1是本發(fā)明完成坡口加工后的復(fù)合管一端剖面示意圖2是本發(fā)明完成封焊后修磨坡口前的復(fù)合管一端剖面示意圖；圖3是本發(fā)明封焊焊縫進(jìn)行加工或打磨處理后剖面示意圖；圖4是本發(fā)明復(fù)合管焊接面組對(duì)焊接前的結(jié)構(gòu)剖面示意圖；圖5是本發(fā)明復(fù)合管完成焊接后的立體結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。實(shí)施例1 參閱附圖1。以外徑為114毫米的雙金屬?gòu)?fù)合管相對(duì)焊接為例，進(jìn)行說(shuō) 明。碳鋼基層厚度為12毫米，不銹鋼復(fù)層厚度為1. 5毫米。(1)坡口加工采用機(jī)加工方法在管端加工角度為30度，鈍邊5毫米的坡口。用 砂輪打磨坡口附近碳鋼上的銹跡，丙酮清洗干凈坡口上的油污。(2)封焊在坡口上靠近內(nèi)表面堆焊封底焊道2-3層不銹鋼，焊接方法為鎢極氬弧 焊，采用309Mo型奧氏體不銹鋼焊絲，型號(hào)為ER309MoI。，牌號(hào)為H00Cr24Nil3M02，直徑為2 毫米。焊后采用砂輪修磨坡口，角度30 35度，鈍邊0.5毫米。丙酮清洗干凈坡口。(3)組對(duì)管子內(nèi)部充氬氣，待空氣排除干凈后進(jìn)行兩根復(fù)合管的點(diǎn)固焊接，坡口 組對(duì)間隙2 3毫米，焊接方法、焊接材料與封焊相同。(4)根部打底焊采用鎢極氬弧焊方法，在管子內(nèi)部充氬保護(hù)的狀態(tài)下焊接，焊接 方法、焊接材料與封焊相同。(5)第二層焊接，采用與根部打底焊同樣的工藝進(jìn)行焊接。(6)填充焊和蓋面焊釆用手工電弧焊方法進(jìn)行焊接，焊接材料采用309Mo型不銹 鋼焊條，型號(hào)為E309MoL，牌號(hào)為A042。焊接主要參數(shù)見表1表1焊接工藝主要參數(shù) 對(duì)按此工藝進(jìn)行的焊接試件的質(zhì)量按照SY/T 4103-1995《鋼質(zhì)管道焊接及驗(yàn)收》 標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評(píng)價(jià)，X射線探傷結(jié)果合格，拉伸、沖擊、彎曲、刻槽錘斷等力學(xué)性能試驗(yàn)結(jié)果合格， 晶間腐蝕試驗(yàn)結(jié)果合格，金相組織檢驗(yàn)未發(fā)現(xiàn)馬氏體組織存在。以上公開的僅為本發(fā)明的幾個(gè)具體實(shí)施例，但本發(fā)明并非局限于此，任何本領(lǐng)域 的技術(shù)人員能思之的變化，都應(yīng)落在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
金屬薄壁復(fù)層與基層的復(fù)合管環(huán)焊縫焊接方法，其特征在于，包括坡口加工與封焊。
2.如權(quán)利要求1所述的金屬薄壁復(fù)層與基層的復(fù)合管環(huán)焊縫焊接方法，其特征在于， 坡口加工采用機(jī)加工方法將兩根要焊接的金屬管端部加工出有角度的坡口，將坡口打磨并 清洗坡口上的油污。
3.如權(quán)利要求1所述的金屬薄壁復(fù)層與基層的復(fù)合管環(huán)焊縫焊接方法，其特征在于， 采用鎢極氬弧焊將坡口靠邊近復(fù)層的鈍邊表面堆焊2-3層，焊后打磨坡品并清洗。
4.如權(quán)利要求1所述的金屬薄壁復(fù)層與基層的復(fù)合管環(huán)焊縫焊接方法，其特征在于， 在管子內(nèi)充氬氣來(lái)排凈空氣，將兩根準(zhǔn)備焊接的金屬?gòu)?fù)合管沿坡口進(jìn)行焊接，其厚度為 2-3min。
5.如權(quán)利要求1所述的金屬薄壁復(fù)層與基層的復(fù)合管環(huán)焊縫焊接方法，其特征在于， 在根部打底焊的上部，采用與根部打底焊相同的工藝進(jìn)行第二層焊接，將焊接的金屬?gòu)?fù)合 管焊接在一起。再采用手工電弧焊的方法在第二層打底焊上部進(jìn)行填充焊接和蓋面焊接。
全文摘要
本發(fā)明提出一種金屬薄壁復(fù)層與基層的復(fù)合管環(huán)焊縫焊接方法，應(yīng)用于雙金屬?gòu)?fù)合鋼管環(huán)焊縫的焊接。其方法是(A)坡口加工，清洗坡口上的油污。(B)在坡口靠近復(fù)層的鈍邊表面堆焊封修磨坡口。(C)雙金屬?gòu)?fù)合管坡口組對(duì)。(D)根部打底焊采用鎢極氬弧焊方法，在管子內(nèi)部充氬保護(hù)的狀態(tài)下沿雙金屬?gòu)?fù)合管坡口焊接。(E)在根部打底焊的上部進(jìn)行第二層焊接，將焊接的雙金屬?gòu)?fù)合管基層焊接在一起。(F)填充焊和蓋面焊。焊接材料為不銹鋼焊條。效果是采用309或309Mo焊接材料保證焊縫的強(qiáng)度和良好韌性；消除坡口端部復(fù)層和基層之間可能存在的縫隙；在坡口根部增加不銹鋼層的有效厚度，使焊接接頭質(zhì)量對(duì)錯(cuò)邊不敏感，保證耐蝕性。
文檔編號(hào)B23K101/06GK101927390SQ20091005364
公開日2010年12月29日 申請(qǐng)日期2009年6月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月23日
發(fā)明者劉榮春 申請(qǐng)人:上海滬工電焊機(jī)制造有限公司