钢，厚度为1mm ;中间Fe基过渡层厚度为1.5mm，成分为:Al2033wt%、Mn 1.5%、Cr lwt%、Ni 0.2wt %、Fe 余量；内层 Al2O3陶瓷层厚度为 3mm，成分为:Fe 8.1wt %、Mn 2.2wt%、Cr 2wt%N Ni 1.5wt%、Ca 2wt%、B 1.5wt%、Si 2.5wt%、Al2O3余量；整个陶瓷复合管外径130mm，内径101mm。所设计的焊材粉末成分为Cr 17wt%、Mo 7wt%、Fe 7.5wt%、ff4.5wt%、C 0.2wt%、Zr 0.75wt%、Nb 0.4wt%、Ti 1.2wt%、B 1.8wt%、Si 2.5wt%、余量为Ni，标记为2#Ni。其与实例I除以下步骤外均相同。
[0024]1.截取两段长约40cm的管道样件，对管道样件开角度为60°的V型坡口，V型坡口底端开至过渡层距离下端陶瓷层0.5_的位置，利用如图1所示工装对接管道样件，然后固定在转台上，调整好送粉喷嘴和相应的工装使焦点位置完全处于保护气范围内。
[0025]2.在工艺参数:激光功率3000W、离焦量0mm、扫描速率1.8m/min、保护气氦气流量32L/min的条件下对开坡口的复合钢管样件进行过渡层及陶瓷层的深熔焊接。
[0026]3.添加2_i，在工艺参数为:1800W、离焦量40mm、送粉速率20g/min、扫描速率120mm/min、保护气氩气流量60L/min、搭接率20%的条件下对复合管样件进行激光填粉焊接并填平坡口实现钢管样件间的强度连接。
[0027]实例2所得焊缝特征:陶瓷层达到了 l_3mm的熔化对接，一半以上区域完全熔化对接，且陶瓷焊缝背面可观测到明显的弧状焊接凸起；整圈过渡层都实现了完全熔化对接，并且与填粉焊形成的Ni基合金焊缝冶金结合；V型焊缝中的Ni基耐蚀合金无气孔、裂纹缺陷，与两侧钢管冶金结合实现强度连接。所得焊缝在FeCl36wt%以及含有饱和0)2的
0.03mol/L H2S, 5wt% NaCl溶液进行动电位极化测试，均能发生钝化，而316L只能在饱和0)2的0.03mol/L H2S,5wt% NaCl溶液中钝化，且焊缝腐蚀电位、钝化区间大于316L，自腐蚀电流、维钝电流小于316L。
[0028]实例3:
[0029]用光纤激光器对一种Al2O3陶瓷内衬复合钢管样件焊接，外层为20#钢，厚度为 15mm ;中间 Fe 基过渡层厚度为 0.7_，成分为:Al2032wt%、Mn 1.3%、Cr 1.2wt%、Ni
0.4wt%、Fe 余量；内层 Al2O3陶瓷层厚度为 2mm，成分为:Fe 6wt%、Mn lwt%、Cr 5wt%、Ni
0.5wt% N Ca 2.5wt% N B 2.5wt%、Si 2wt%、Al2O3余量；整个陶瓷复合管外径 115mm，内径79.6mm。所设计的焊材粉末成分为 Cr 20wt%、Mo 10wt%、Fe 9wt%、W 3wt%、C 0.1wt%、Zr Iwt% N Nb 0.6wt% N Ti 1.5wt%、B 2wt%、Si 3wt%、余量为 Ni，标记为 3#Ni。其与实例I除以下步骤外均相同。
[0030]1.截取两段长约40cm的管道样件，对管道样件开角度为30°的V型坡口，V型坡口底端开至过渡层上沿位置，利用如图1所示工装对接管道样件，然后固定在转台上，调整好送粉喷嘴和相应的工装使焦点位置完全处于保护气范围内。
[0031]2.在工艺参数:激光功率2000W、离焦量3mm、扫描速率1.2m/min、纯氦气保护且保护气流量40L/min的条件下对开坡口的复合钢管样件进行过渡层及陶瓷层的深熔焊接。
[0032]3.添加成分为 Cr 20wt%、Mo 10wt%、Fe 9wt%、W 3wt%、C 0.1wt%、Zr lwt%、Nb 0.6wt%, Ti 1.5wt%, B 2wt%, Si 3wt%、余量为Ni的合金粉末，在工艺参数为:激光功率900W、离焦80mm、送粉率10g/min、扫描速率240mm/min、保护气氩气流量30L/min、搭接率50 %的条件下对复合管样件进行激光填粉焊接并填平坡口实现钢管样件间的强度连接。
[0033]实例3所得焊缝特征:陶瓷层绝大多数区域完全熔化对接，且陶瓷焊缝背面可观测到明显的弧状焊接凸起；整圈过渡层都实现了完全熔化对接，并且与填粉焊形成的Ni基合金焊缝冶金结合；V型焊缝中的Ni基耐蚀合金无气孔、裂纹缺陷，与两侧钢管冶金结合实现强度连接。和316L —样所得焊缝在FeCl36wt%F能钝化，在饱和0)2的0.03mol/L H2S,5wt% NaCl溶液能够钝化，但所得焊缝的腐蚀电位、钝化区间大于316L，自腐蚀电流、维钝电流小于316L。
【主权项】
1.一种陶瓷内衬复合钢管的激光焊接方法，其特征在于:复合钢管内衬陶瓷层的成分为:Fe 6wt % -1Owt %、Mn Iwt % -3wt %、Cr 2wt % -5wt %、N1.5wt % -1.5wt %、Ca2wt % -4wt % > B 1.5wt % -2.5wt %，Si 2wt % -2.5wt %、余量为 Al2O3,过渡层成分为:Al2032wt % -3wt % > Mn Iwt % -1.5wt % > Cr Iwt % -1.5wt % > Ni 0.2wt % -0.4wt %、余量为Fe，首先对开坡口的复合钢管在激光工艺参数为:激光功率2000W-4000W，离焦0_3mm，扫描速率1.2-2.5m/min，保护气氦气流量25_40L/min的条件下进行过渡层及陶瓷层的深溶焊接，然后在添加合金成分为:Cr 15wt% -20wt% > Mo 5wt% -1Owt% > Fe 6wt% -9wt% >ff 3wt % -6wt % > C 0.1wt % -0.3wt % > Zr 0.5wt % -1wt % > Nb 0.2wt % -0.6wt % > TiIwt% -1.5wt%> B1.5wt% -2wt%> Si 2wt% _3wt%、余量为Ni的自溶性耐蚀合金粉末的条件下施加激光填粉焊接，激光焊接工艺参数为:激光功率900W-1800W，离焦量40-80mm，送粉速率10-20g/min，扫描速率120-240mm/min，保护气氩气流量30_60L/min，搭接率20% -50%,将焊接坡口填平实现钢管样件的强度连接。
【专利摘要】本发明涉及一种陶瓷内衬复合钢管的激光焊接方法，对Al2O3陶瓷内衬复合钢管进行激光深熔焊和填粉焊。焊接前复合钢管样件开V型坡口，利用连续出光激光器，在氦气氛围中，先选定高激光功率对过渡层及陶瓷层进行深熔焊接，使过渡层及陶瓷层达到熔化对接，然后添加一种自熔性Ni基耐蚀合金粉末，在氩气的保护氛围中对V型焊接坡口进行激光填粉焊接，最终将坡口填平实现钢管的强度连接。所得焊缝特征：陶瓷层达到了1-5mm的熔化对接，部分区域完全熔化对接，且陶瓷焊缝背面可观测到明显的弧状焊接凸起；整圈过渡层实现了完全熔化对接，并且与填粉焊形成的Ni基合金焊缝冶金结合；V型焊缝中的Ni基耐蚀合金无气孔、裂纹缺陷，与两侧钢管冶金结合实现强度连接。
【IPC分类】B23K101/06, C22C19/05, B23K35/30, B23K26/282, C22C29/12, B23K26/322
【公开号】CN105149788
【申请号】CN201510448405
【发明人】杨胶溪, 常万庆, 张健全, 王艳芳, 靳延鹏, 张光睿
【申请人】北京工业大学
【公开日】2015年12月16日
【申请日】2015年7月28日