一种钢制管道焊口内壁防腐堆焊方法与流程

本发明涉及钢制管道内壁防腐技术领域，该方法区别于一般钢件耐磨堆焊和尺寸恢复堆焊，是一种以保证管道焊口良好焊接性能和防腐性能为前提的钢管管端内壁防腐堆焊方法，该方法是保证钢制管道内壁防腐层连续性的技术，属于钢制管道焊口内堆焊防腐技术的主要部分之一，本发明尤其涉及一种钢制管道焊口内壁防腐堆焊方法。

背景技术：

在钢制管道焊接施工中，因为焊接热输入的影响，破坏了管道焊缝区域的内防腐涂层、使焊缝金属的微观组织结构发生了改变，造成管道焊缝耐腐蚀性能降低、焊缝内壁区域先于管道锈蚀引起输送介质泄漏的结果，降低了管道在线使用寿命。

通过对钢管管端内壁堆焊一定宽度和厚度的耐蚀合金层，然后对钢管内壁进行防腐处理，在管道焊接连接时采用复合焊接技术，使焊缝区域的内防腐层连续，是钢制管道焊口内堆焊防腐技术的主要内容之一。

耐蚀合金的Cr含量必须达到12﹪以上，才能在表面形成钝化膜，才会具有防止和延缓锈蚀的性能，由于堆焊线能量使堆焊金属和母材熔合在一起，引起耐蚀成分的稀释，熔合区及堆焊层的Cr含量有时会低于12﹪，使堆焊层丧失了耐腐蚀性能。

一般耐蚀合金的热膨胀系数远远大于母材，而流体输送用钢管的管壁一般较薄，在堆焊后引起钢管管端大幅缩径超过了管线钢管标准所规定的范围，使钢制管道焊口内堆焊防腐技术失去了实用性。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种用于钢管管端内壁的耐蚀合金防腐堆焊方法，该方法区别于一般钢件耐磨堆焊和尺寸恢复堆焊，是一种以保证管道焊口良好焊接性能和防腐性能为前提的钢管管端内壁防腐堆焊方法。

该方法不但可以保证防腐堆焊层的防腐性能，还可以保证堆焊线能量输入引起的钢管管端缩径量不超过管线钢管标准规定的范围，以保证钢制管道焊口内堆焊防腐技术的实用性，其具体发明内容如下。

（一）堆焊层构成：防腐堆焊层由打底过渡层和防腐盖面层两部分组成，如（图1）所示：

1、打底过渡层是在低碳钢母材上进行的第一层堆焊层，该堆焊层的作用在于：

a、堆焊层耐蚀成分的稀释不会影响防腐盖面层的防腐蚀性能；

b、为钢管内壁防腐涂层提供一定宽度的覆盖搭接区域，不会产生钢管内壁防腐涂层的露点；

c、打底过渡堆焊作业过程的热输入引起钢管管端的径向膨胀；

2、防腐盖面层是在打底过渡层上进行的第二层堆焊层，该堆焊层的作用在于：

a、焊材成分的稀释不会引起堆焊层耐蚀性能的大幅降低；

b、与钢管内壁防腐涂层对接搭接，防止钢管内壁防腐涂层与堆焊层的对接搭接部位受到输送介质中所含磨粒的直接磨损；

c、在径向膨胀后的钢管管端内壁进行第二层堆焊，在堆焊层冷却过程中，最先冷却收缩的是防腐盖面堆焊层，当冷却到常温时，管端直径与堆焊前比较不会产生较大的变化，打底过渡堆焊层收缩应力被冷却后的防腐盖面层的扩张应力所抵消，保证了管端缩径量符合管线钢管标准规定的范围。

（二）堆焊工艺：该防腐堆焊方法的堆焊工艺由堆焊预处理、电弧预热、堆焊方式、堆焊焊道搭接方式和搭接率、堆焊电流变化、空烧固溶等具体方法组成，分述如下：

1、电弧预热，为保证堆焊层外观形态、成分稀释的一致性和堆焊作业过程的稳定性及最小的管端缩径量，需要在堆焊前对钢管母材进行预热，为了避免感应预热的繁琐和火焰预热的安全风险，采用钨极电弧预热，预热的位置在预堆焊管端的废料区进行，废料区如（图3）所示；

2、在电弧电压确定和自动稳弧条件下，堆焊电流的大小以及变化直接影响堆焊层成分稀释率和焊道外观形态，为获得较小稀释率的堆焊层，一般采用小电流堆焊以控制母材较小的熔深，但较小电流形成的堆焊焊道形态无法保证堆焊层的总体平整度，较小电流堆焊焊道截面形态如（图4-a）所示，当采用较小的基值电流配合较大的峰值电流进行变电流堆焊时，堆焊焊道截面形态可以保证焊道搭接后的焊层平整度，变电流堆焊焊道截面形态如（图4-b）所示；

3、空烧固溶：为了保证防腐堆焊层与钢管母材交界界面、打底过渡堆焊层与防腐盖面堆焊层的交界界面平滑过渡，需要在堆焊过程中对交界界面进行不送丝钨极电弧空烧，对界面的最后一圈焊道进行固溶处理，空烧固溶位置和效果如（图5）所示。

本发明所述的一种钢制管道焊口内壁防腐堆焊方法的具体实施步骤如下：

（一）管端内壁预处理步骤：钢管内壁车削加工如（图2）所示；

（二）管端电弧预热步骤：

1、将预堆焊钢管按要求装卡在自动堆焊机上；

2、调整堆焊机钨极对准堆焊废料区位置并调整与母材的合适距离；

3、设定钢管转速；

4、设定钨极摆动幅度和电弧电流和电压；

5、启动堆焊机使其旋转一周，钢管管端废料区温度控制在150～200℃范围之内；

（三）打底过渡层防腐堆焊步骤：

1、将堆焊钨极调整到钢管内壁堆焊起点位置；

2、设定道搭接方法和搭接率、钨极摆动幅度；

3、设定正常堆焊基值电流，基值电流以控制最小的母材熔深并能够正常堆焊为前提，基值电流一般不大于130A；

4、设定钨极摆动换向点的瞬间脉冲峰值电流，峰值电流一般高于基值电流；

5、启动堆焊机和送丝机，在钨极电弧和母材之间送入耐蚀合金焊丝并使之熔化堆焊在母材上；

6、按预先设定的堆焊参数实施自动旋转堆焊，堆焊层的厚度由设定的送丝速度决定；

7、当堆焊层宽度达到设计宽度后，仅停止送丝，使钢管继续旋转，对最后一道焊道进行空烧固溶处理；

（四）防腐盖面层防腐堆焊步骤：重复步骤（三）；

（五）坡口加工步骤：用等离子或机械设备，在切除废料区的同时，加工钢管坡口；

至此，钢管管端内壁防腐堆焊过程完成，防腐堆焊完成后的成品如（图6）所示。

本发明还具有如下特征：

1、 所述步骤（二）中的电弧预热；

2、 所述步骤（三）中基值电流和峰值电流的配合；

3、 所述步骤（三）中的空烧固溶；

4、 所述步骤（四）中重复步骤（三）。

本发明的原理在于：

1、 堆焊前预热可以使钢管管端在径向膨胀的状态下堆焊，减少钢管管端冷却后的缩径量；

2、 较小的堆焊基值电流，虽然可以有效的减少电弧对低碳钢钢管母材的熔深，但无法保证焊道形态，在后一焊道与前一焊道覆盖搭接时容易引起气孔的产生，通过较大的钨极摆动换向点的瞬间峰值脉冲电流，可以控制焊道形态，控制焊道搭接位置的气孔形成，保证堆焊层的平整度；

3、 钢管管端内壁堆焊后，堆焊层与母材交界界面容易形成钝角夹角，在钢管内壁涂覆防腐涂料时，无法保证涂料完全浸入夹角缝隙内，涂膜固化后，无法保证夹角缝隙与防腐涂膜紧密结合，形成防腐露点，通过空烧固溶，实现了堆焊层与母材、防腐盖面堆焊层与打底过渡堆焊层交界界面的平滑过渡，为钢管内壁防腐涂层与堆焊层之间的平滑覆盖搭接过渡提供了良好的条件。

发明效果

本发明的优势在于：

1、 通过电弧预热使钢管管端在径向膨胀的状态下堆焊，维持了堆焊作业温度，减少了钢管管端冷却后的缩径量，降低了其他预热方式的安全风险，提高了预热作业效率；

2、 通过较小的堆焊基值电流，可以有效的减少电弧对低碳钢钢管母材的熔深和耐蚀成分的稀释，保证了堆焊层的防腐性能；通过较大的钨极摆动换向点的瞬间峰值脉冲电流，控制了焊道形态，控制了焊道搭接位置的气孔形成，保证了堆焊层的平整度；

3、 通过空烧固溶，保证了堆焊层与母材、防腐盖面堆焊层与打底过渡堆焊层交界界面的平滑过渡，为钢管内壁防腐涂层与堆焊层之间的平滑覆盖搭接过渡提供了良好的条件。

附图说明

摘要附图：本图是用于钢制管道焊口内壁的防腐堆焊效果图，1）钢管母材；2）钢管内壁防腐涂层；3）钢管内壁预处理宽度位置；4）打底过渡堆焊层；5）防腐盖面堆焊层；6）坡口。

说明书附图1：本图是防腐堆焊层构成图，1）钢管母材；2）钢管内壁打底过渡堆焊层；3）钢管内壁防腐盖面堆焊层；4）坡口。

说明书附图2：本图是钢管管端内壁车削加工预处理示意图，1）钢管母材；2）堆焊预处理机械加工面。

说明书附图3：本图是防腐堆焊电弧预热废料区示意图，1）钢管母材；2）钢管内壁起始堆焊位置；3）废料区。

说明书附图4：本图是焊接电流对堆焊层成分稀释率和焊道外观形态影响示意图，a）基值电流堆焊焊道截面形态；b）基值电流加峰值电流堆焊焊道截面形态。

说明书附图5：本图是防腐堆焊空烧固溶位置和效果示意图，1）钢管母材；2）打底过渡堆焊层空烧固溶位置；3）防腐盖面堆焊层空烧固溶位置。

说明书附图6：本图是用于钢制管道焊口内壁的防腐堆焊效果图，1）钢管母材；2）钢管内壁防腐涂层；3）钢管内壁预处理宽度位置；4）打底过渡堆焊层；5）防腐盖面堆焊层；6）坡口。

具体实施方式

（一） 将预进行管端防腐堆焊的钢管装卡在靠壁式浮动车削机床上，调整靠壁轮弹性紧贴钢管管端外壁，调整内孔车刀与靠壁轮外径的距离至要求的最终钢管壁厚，浮动车削钢管内壁至按照设计规定的堆焊层宽度加上废料区宽度，保证预堆焊面洁净无锈蚀，无油污如（图2）所示；

（二） 无送丝启动堆焊机在图3-3所示的废料区开始对钢管管端进行电弧预热一周或两周，使钢管管端外壁温度达到堆焊工艺要求；

（三） 在图3-2所示的位置，按照步骤（三）规定的方法进行打底过渡堆焊层的堆焊作业；

（四） 在堆焊到设计堆焊层宽度位置时，按照步骤（三）所述，对最后一道焊道进行空烧固溶处理；

（五） 重复（三）、（四）过程进行防腐盖面堆焊层的堆焊作业；

（六） 按步骤（五）进行钢管坡口的机械加工。

以上所述，仅为本发明的具体实施方法，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揭露的技术范围内，均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。