一种海底管线防腐堆焊内补口方法与流程

本发明涉及管道技术领域，尤其涉及一种海底管线防腐堆焊内补口领域。

背景技术：

海底管道内管和外管组成，内管负责输送介质，一般以输送原油、天然气、污水介质为主，油气混输管道也常见，介质中的矿化物质容易腐蚀钢制管道造成介质泄漏。需要对钢制海底管道进行内、外壁防腐处理以提高其防腐性能，延长管道使用寿命。

海底管道用钢管的内壁防腐一般在工厂内涂覆溶剂型或无溶剂型防腐材料，钢管内、外壁防腐处理后， 在施工作业船上对口焊接成管线；由于管道焊接高温造成焊缝附近区域防腐层破坏，需要在管道焊接后通过“补口”机器人对焊缝内壁及附近区域进行二次防腐补口处理。

海底管道焊接施工一般在作业船上进行，与陆地施工不同的是：不能分段焊接后通过短节进行“死口连头”形成整体管道，而是分别焊接内管和外管后顺序下水，使用“补口”机器人防腐补口存在诸多不便和风险。

海底管线内管通常采用胀管式玻璃钢内补口接头的方法组对焊接，以实现焊后焊缝内壁防腐补口的目的如(图1)所示。该方法增加了管道综合成本和管道焊接作业难度，其中(图1)3所示橡胶密封材料随时间老化泄漏，增加了密封短节2与扩孔短节6的腐蚀风险。

中国专利公开号CN202419038U提供了一种管端内衬耐蚀合金内防腐补口技术，该技术所述“内衬”层与钢管母材的结合方式属于机械结合，存在电位腐蚀，管道焊接施工时采用分层焊接，未涉及冶金复合焊接工艺；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的免补口技术，但在母材内壁加工凹槽的方法无法保证碳钢母材力学性能的一致性；中国专利申请号201510042589.6和中国专利申请号201510240629.8都涉及堆焊补口技术，但该申请未涉及海底管线防腐堆焊免补口方法。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种海底管线防腐堆焊内补口方法，该方法预先在海底管线钢管管端内壁通过自动堆焊机堆焊一定宽度和厚度的耐蚀合金防腐层，使管道内防腐涂层覆盖搭接耐蚀合金堆焊层，在管道焊接施工时运用冶金复合焊接工艺，首先用耐蚀合金焊材焊接堆焊层，使焊缝区域与堆焊层、内防腐涂层形成连续防腐层，使低碳钢与耐蚀合金焊层形成冶金熔合，在保证焊道理化性能的同时，实现管道焊缝内壁防腐补口的目的。

其具体步骤如下：

（一）钢管管端内壁耐蚀合金堆焊步骤：（1）管端内壁打磨修整，保证堆焊区域露出金属白亮色；（2）堆焊方法采用自动钨极氩气保护焊；（3）堆焊宽度根据焊接施工对内防腐层的热影响区决定；（4）堆焊层厚度根据设计要求确定，采用覆层堆焊，打底层和盖面层各占1/2厚度，焊层从钢管管端对齐；（5）堆焊焊材根据设计要求的防腐性能选定；（6）要求堆焊层表面不平度不大于0.3mm；堆焊盖面层稀释率不大于30﹪；

（二）坡口加工步骤：采用机械或等离子加工，坡口角度根据设计要求确定，坡口加工时要求堆焊层轴向平面与钢管径向平面垂直；

（三）钢管内、外防腐保温步骤：按设计要求确定；

（四）管线冶金复合焊接步骤：（1）管线组对按海底管道施工要求执行；（2）定位焊层、打底焊层和过渡焊层选用与堆焊层相同材质的免充氩药芯、药皮焊材或手工电弧焊条，熔化极或非熔化极焊接时均采用氩气保护；打底焊接参数大于定位焊参数，过渡焊接参数大于打底焊参数，过渡焊要求熔入一定碳钢成分；（3）扩散填充焊层、填充焊层和盖面焊层焊材选用强度性能大于设计要求的自保护药芯焊丝或手工电弧焊条；扩散填充焊层要求与耐蚀合金过渡焊层成分相互扩散，保证焊层冶金熔合质量；填充、盖面焊层按焊接工艺要求执行；（4）焊后处理：按管道焊接工艺要求处理。

本发明还具有如下特征：

1、所述步骤（一）（4）中采用覆层堆焊，打底层和盖面层各占1/2厚度，焊层从钢管管端对齐；

2、所述步骤（一）中（5）堆焊焊材根据设计要求的防腐性能选定；

3、所述步骤（一）中（6）要求堆焊层表面不平度不大于0.3mm；堆焊盖面层稀释率不大于30﹪；

4、所述步骤（四）中（2）定位焊层、打底焊层和过渡焊层选用与堆焊层相同材质的免充氩药芯、药皮焊材或手工电弧焊条，熔化极或非熔化极焊接时均采用氩气保护；打底焊接参数大于定位焊参数，过渡焊接参数大于打底焊参数，过渡焊要求熔入一定碳钢成分；

5、所述步骤（四）中（3）扩散填充焊层、填充焊层和盖面焊层焊材选用强度性能大于设计要求的自保护药芯焊丝或手工电弧焊条；扩散填充焊层要求与耐蚀合金过渡焊层成分相互扩散，保证焊层冶金熔合质量；填充、盖面焊层按焊接工艺要求执行；

本发明的原理在于：

通过耐蚀合金管端内壁防腐堆焊和管道冶金复合焊接技术，钢管内壁防腐涂层与堆焊层的覆盖搭接，实现了钢管内壁防腐层的连续；通过耐蚀合金打底、过渡焊接，实现了管道内壁防腐层的连续；通过低碳钢扩散焊层，保证了耐蚀合金焊层和低碳钢焊层的冶金熔合；通过冶金复合焊接技术，保证了管道焊接质量；通过上述技术，实现了海底管线防腐堆焊内补口目的。

发明效果

本发明的优势在于：

(1)通过耐蚀合金管端内壁防腐堆焊使堆焊层与钢管母材冶金熔合，避免了中国专利公开号CN202419038U所述“内衬”机械结合形成钢管母材与不锈钢之间的电位腐蚀风险；

(2)通过在钢管内壁直接堆焊，避免了中国专利公开号CN103008988A所述在管端内壁加工凹槽并在槽内堆焊一层不锈钢层，无法保证母材力学性能一致性的缺陷；

(3)该技术填补了中国专利申请号201510042589.6和中国专利申请号201510240629.8所未涉及的海底管线防腐堆焊内补口领域，通过覆层堆焊，增加了堆焊层表面不平度不大于0.3mm，堆焊外露盖面层稀释率不大于30﹪的要求，保证了外露盖面堆焊层的耐腐蚀性能；

(4)通过耐蚀合金过渡焊层和低碳钢扩散焊层的冶金复合焊接技术，保证了耐蚀合金焊层和低碳钢焊层的冶金熔合，保证了管道焊接质量；

(5)减少了胀管式玻璃钢内补口接头方法海底管道综合成本和管道焊接作业难度，避免了橡胶密封材料随时间老化泄漏造成的接头腐蚀风险；

(6)通过上述技术组合，实现了海底管线内防腐补口目的如(图2)所示，为解决海底管线防腐堆焊内补口提供了一种新选择。

附图说明

说明书附图1：图1是一种胀管式玻璃钢内补口接头示意图：(1)胀管式玻璃钢内补口外套接头焊缝；(2)胀管式玻璃钢内补口密封短节；(3)密封橡胶件；(4)隔热层(5)钢管对接焊缝；(6)胀管式玻璃钢内补口外套短节。

说明书附图2：图2是一种海底管线堆焊内防腐及其联接示意图：(1)冶金复合焊缝；(2)耐蚀合金层；(3)管道内防腐涂层；(4)管道外防腐补口层；(5)管道外保温补口层。

具体实施方式

实施实例：

本发明公开了一种海底管线防腐堆焊内补口方法，以海底注水管道内管Φ245*18mm（执行标准：API 5L-PSL2）X60级无缝钢管为例，其具体实施步骤为：

（一）预堆焊部位机械打磨步骤：采用角向磨光机打磨，保证预堆焊及附近区域露出金属白亮色；

（二）耐蚀合金堆焊步骤：

（1）堆焊焊材：Ni625焊丝；

（2）以钢管管端为起点自动管端内壁堆焊机堆焊第一层，厚度1.2～1.5mm，堆焊宽度80mm；

（3）以钢管管端为起点自动管端内壁堆焊机堆焊第二层，厚度1.2～1.5mm，堆焊宽度50mm；

（4）要求堆焊层不平度（相邻两焊道之间波峰与波谷之间的距离）不大于0.3mm；

（5）控制堆焊参数使外焊层不锈钢稀释率不大于30﹪（以实验报告为准）；

（6）堆焊后管端堆焊层总厚度不小于2.4mm，不大于3.0mm；

（三）坡口加工步骤：坡口机加工，坡口角度30°；

（四）钢管外壁3PE防腐处理步骤：按相关标准执行；

（五）钢管内壁防腐处理步骤：

（1）钢管内壁喷砂除锈处理，锚纹深度Sa2.5；

（2）钢管内表面喷涂CK-54无溶剂环氧陶瓷防腐涂料，干膜厚度≥250um；

（六）钢管外壁保温处理步骤：按相关标准执行；

（七）现场组对步骤：按相关管道焊接标准执行；

（八）冶金复合焊接步骤一（耐蚀和合金焊部分）：

（1）定位焊：外对口器定位，Φ2.5mmNi625药芯自保护焊丝钨极氩弧焊，焊接方向：立向上，焊接参数：电流60～70A，电压21V，DC-，焊接位置：在钢管圆周上均匀分布3处，焊接完成后卸除外对口器，用磨光机清理焊道药皮；

（2）打底焊：Φ1.2mmNi625药芯自保护焊丝熔化极氩气保护半自动焊，焊接方向：立向下，焊接参数：电流：75A，电压：21V，DC-，焊层厚度：略高于堆焊层厚度，焊道要求：双面成型；焊后用磨光机清理焊道药皮；

（3）过渡焊：Φ1.2mmNi625药芯自保护焊丝熔化极氩气保护半自动焊，焊接方向：立向下，焊接参数：电流120A，电压高25V，DC-，焊层厚度：2mm左右，焊后用磨光机迅速清理焊道药皮；

（九）冶金复合焊接步骤二（低碳钢焊部分）：

（1）扩散填充焊：Φ2.0mmE71T8药芯自保护低碳钢焊丝半自动焊，焊接方向：立向下，焊接参数：电流：200A，电压：21V，DC-，焊层厚度不超过2.0mm，焊后磨光机清理药皮；

（2）填充焊：同扩散填充焊步骤；

（3）盖面焊：Φ2.0mmE71T8药芯自保护低碳钢焊丝半自动焊，焊接方向：立向下，焊接参数：电流：200A，电压：21V，DC-，焊后余高：0.5～1.5mm，焊后手工清理药皮、飞溅；

（十）超声、射线检验步骤：按相关标准执行；

（十一）焊缝外防腐补口步骤：按相关标准执行；

（十二）焊缝外保温补口步骤：按相关标准执行；

至此，完成了海底管线防腐堆焊内补口全部工艺过程。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内，因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。