高耐蚀不锈钢复合管的焊接成型方法
【专利摘要】本发明为一种高耐蚀不锈钢复合管的焊接成型方法。该方法包括如下步骤：（1）将不锈钢复合板切割为所需尺寸的板材；（2）将不锈钢复合板板材长边对称加工为“X”型坡口；（3）设将不锈钢复合板弯曲成外径为所需直径的不锈钢复合管；（4）焊前清理；（5）对覆层金属用焊条进行电弧焊焊接；所述的焊条为不锈钢焊条；(6)对基层金属用焊条进行电弧焊焊接；本步骤采用的焊条或不锈钢焊条或碳钢焊条；(7)对焊完的不锈钢复合管进行碾压矫直。本发明减少了封焊、过渡焊、覆盖焊等多项焊接工序，极大的提高了焊接效率和降低了生产成本，且方法较为简单，较强的冶金结合界面阻止了脱层裂纹现象的产生。
【专利说明】
高耐蚀不锈钢复合管的焊接成型方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种不锈钢复合板的焊接制管技术，属于焊接技术领域。
【背景技术】
[0002]如今，随着高含硫煤炭、油气资源的开发，以及油气高压输送技术的推广，碳钢管道腐蚀越来越引起人们的重视，并对高强度高耐蚀性能的管材需求更加迫切，目前已研发多种方案来防止流体对管道的腐蚀，例如在流体中添加缓蚀剂，在管道内涂、镀、渗、衬耐蚀层，以及使用耐蚀合金或不锈钢管。但是，高昂的价格和环境污染是阻碍管道改良换代的主要障碍。
[0003]不锈钢复合管充分发挥了不锈钢的耐高温、耐蚀等特点，又具有碳钢良好的可焊性、成型性、拉延性，与纯不锈钢相比，可节约铬、镍等合金元素70%?80%，节约成本30%?50%，是未来管道领域最具应用潜力的材料。然而，目前不锈钢复合管管道大多使用内衬无缝不锈钢复合管，采用金属管道爆燃加衬技术制备，即以碳钢管与不锈钢管作坯料，按一定的间隙装配成双层管，然后采用爆燃加衬技术，如爆炸焊接、热膨胀焊接、热扩散焊接或热变形法，生产出不锈钢复合管，这种方法获得的界面结合仅为机械结合或半冶金结合，将不锈钢管和碳钢管之间形成的弱界面状态，结合度和结合强度较低，极易发生脱层现象，会使后续的矫直、装配、切割和加工成型、焊接和服役过程中极易发生脱层裂纹，极大的影响了结构承载能力和耐腐蚀性能。同时在管与管的连接过程中，不可避免的要对覆层和基层界面进行封焊，这样又增加了封焊、过渡焊、覆盖焊等多项焊接工序。
【发明内容】
[0004]本发明的目的为针对当前技术中存在的结合度和结合强度较低，极易发生脱层现象，提供一种不锈钢复合管的焊接制管方法，该方法主要包括卷制成管和焊接成型两个过程，其中焊接过程可以分别采用两种不同的焊接方法进行焊接:第一种方法是对覆层和基层选用同种不锈钢焊条焊接，第二种方法则是先对覆层采用不锈钢焊条进行焊接，后对基层采用碳钢焊条焊接。本发明焊接采用两道焊方式，减少了封焊、过渡焊、覆盖焊等多项焊接工序，极大的提高了焊接效率和降低了生产成本，且方法较为简单，无须精密加工坡口，在弯曲制管和焊接成型过程中，较强的冶金结合界面阻止了脱层裂纹现象的产生。
[0005]本发明的技术方案是:
[0006]一种高耐蚀不锈钢复合管的焊接成型方法，包括如下步骤:
[0007](I)利用切板机将不锈钢复合板切割为所需尺寸的板材，其中，所述的不锈钢复合板的覆层为不锈钢，基层为碳钢；
[0008](2)利用磨床将不锈钢复合板板材长边对称加工为角度40°?80°的“X”型坡口 ；
[0009](3)设定好弯管参数，利用两辊周期式冷乳管机对不锈钢复合板进行反复碾压，将不锈钢复合板弯曲成外径为所需直径的不锈钢复合管；
[0010](4)焊前清理:利用砂轮和丙酮依次对坡口进行清理；
[0011](5)对覆层金属用焊条进行电弧焊焊接;所述的焊条为不锈钢焊条；
[0012](6)对基层金属用焊条进行电弧焊焊接;本步骤采用的焊条为不锈钢焊条或碳钢焊条；
[0013](7)对焊完的不锈钢复合管进行碾压矫直，得到所需的高耐蚀不锈钢复合管。
[0014]所述的不锈钢复合板中，厚度比为覆层:基层=1:4?5。
[0015]所述的不锈钢复合板优选为304不锈钢复合板，基层金属为Q235碳钢，不锈钢焊条为A302焊条，碳钢焊条为J422焊条。
[0016]所述的步骤(6)或(7)中，焊条电弧焊的优选条件为，焊条直径为1.5?5.0mm，焊接电流为40?270A，电弧电压为16?25V，焊接速度为5?50cm/min。
[0017]本发明的实质性特点为:
[0018]本发明的核心创新点是本发明的不锈钢复合管为强界面结合，即冶金结合，相对于现有技术中的机械结合和半冶金结合制备的不锈钢复合管，不易发生脱层现象，因此对焊缝质量的要求不严，在保证焊缝的机械性能高于基层的情况下，允许有少量的气孔、夹杂、未焊透等焊接缺陷存在。在弯曲制管和焊接成型过程中，无需特殊的焊接设备和焊接方法，采用焊条电弧焊即可实现不锈钢复合管的焊接。对于焊条的选用有两种方法，第一种方法是对覆层和基层选用同种不锈钢焊条焊接，第二种方法则是先对覆层采用不锈钢焊条进行焊接，后对基层采用碳钢焊条焊接。其中不锈钢焊条的化学成分接近复合管中不锈钢的成分，碳钢焊条的成分接近复合管中碳钢的成分，本发明实施例中制备的是Q235/304不锈钢复合管，故选用不锈钢焊条为A302焊条，碳钢焊条为J422焊条。
[0019]本发明的有益效果在于:
[0020]基层和覆层界面结合强度高，提高焊接效率，降低生产成本，结构强度高，服役寿命长，提高耐腐蚀性。通过热乳法制备的不锈钢复合板界面结合强度超过300MPa，其结合为冶金结合，用它生产不锈钢复合管不易脱层，因此对焊缝质量的要求不严，在保证焊缝的机械性能高于基层的情况下，允许有少量的气孔、夹杂、未焊透等焊接缺陷存在;相对于机械结合和半冶金结合制备的不锈钢复合管，在焊接成型过程中，无需特殊的焊接设备和焊接方法，降低了生产成本，提高了生产效率；由于不锈钢复合管的界面结合率为100%，在服役过程中，该不锈钢复合管能够承受各个方向的交变载荷，延长了使用寿命;能有效保证在弯曲、切割和焊接过程中不发生脱层现象，完全满足能源装备用管道成本和性能的要求。
【附图说明】
[0021]图1为实施例1采用A302焊条焊接成型后的焊缝组织；
[0022]图2为实施例2采用A302+J422焊条复合焊接成型后的焊缝组织；
[0023]图3为焊接成型之后的不锈钢复合管，左右两管分别代表实施例1和实施例2的成品制备流程I和2的成品；
[0024]图4为不锈钢复合板采用A302焊条对接焊接后的采用实施例1的焊缝拉伸试验的照片。
【具体实施方式】
[0025]实施例1
[0026](I)利用切板机将304不锈钢复合板切割为长为1000mm，宽为1500mm的板材，其中覆层为不锈钢，厚度为1mm，基层为碳钢，厚度为5mm，(覆层和基层的厚度比为1:5);
[0027](2)利用磨床将不锈钢复合板板材长边对称加工为角度约50°的“X”型坡口；
[0028](3)设定好弯管参数，利用两辊周期式冷乳管机对不锈钢复合板进行反复碾压，将不锈钢复合板弯曲成外径为480mm的不锈钢复合管；
[0029](4)焊前清理，利用砂轮和丙酮依次将坡口以及两侧的铁锈、油脂、灰尘、水等彻底清理，防止杂质对焊缝质量产生不利；
[0030](5)对覆层金属采用A302焊条电弧焊，焊前将A302焊条烘干，烘干温度为200°C，选用的焊接参数为焊条直径2mm、焊接电流50A、电弧电压16V、焊接速度20cm/min;
[0031](6)对基层金属(Q235碳钢)采用A302焊条电弧焊，焊前将A302焊条烘干，烘干温度为200°C，选用的焊接参数为焊条直径4mm、焊接电流120A、电弧电压20V、焊接速度20cm/min；
[0032](7)对焊完的不锈钢复合管进行碾压矫直；
[0033](8)通过着色无损检测，无焊接缺陷存在。
[0034]图1和图2说明了分别采用不锈钢焊条和不锈钢焊条+碳钢焊条焊接时，焊缝没有出现气孔、夹渣、未熔合和未焊透等焊接缺陷。图3为不锈钢复合管的产品，表明了采用这两种焊接方法都能完成不锈钢复合管的焊接，而图4为不锈钢复合管的拉伸实验，屈服强度约为340MPa，其断裂没有发生在焊缝区域，说明焊缝区域的力学性能高于不锈钢复合板，利用超声波检测发现不锈钢复合管界面没有未结合的区域，说明其结合率约为100%。由于304不锈钢在3.5%NaCl溶液中的点蚀电位为312mV，远高于200系列不锈钢(201不锈钢点蚀电位为-32mV，202不锈钢点蚀电位为-22mV)，304不锈钢在中性盐雾环境中腐蚀速率为0.0026mm/a，低于200系列不锈钢腐蚀速率(201不锈钢腐蚀速率为0.007 lmm/a，202不锈钢腐蚀速率为0.0062mm/a)。因此，本发明得到的不锈钢复合管具有高耐腐蚀性。
[0035]实施例2
[0036](I)利用切板机将304不锈钢复合板切割为长为1000mm，宽为1500mm的板材，其中覆层为不锈钢，厚度为1mm，基层为碳钢，厚度为5mm，(覆层和基层的厚度比为1:5);
[0037](2)利用磨床将不锈钢复合板板材长边对称加工为角度约50°的“X”型坡口；
[0038](3)设定好弯管参数，利用两辊周期式冷乳管机对不锈钢复合板进行反复碾压，将不锈钢复合板弯曲成外径为480mm的不锈钢复合管；
[0039](4)焊前清理，利用砂轮和丙酮将坡口以及两侧的铁锈、油脂、灰尘、水等彻底清理，防止杂质对焊缝质量产生不利；
[0040](5)对覆层金属采用A302焊条电弧焊，焊前将A302焊条烘干，烘干温度为200°C，选用的焊接参数为焊条直径2mm、焊接电流50A、电弧电压16V、焊接速度20cm/min;
[0041](6)对基层金属(Q235碳钢)采用J422焊条电弧焊，焊前将J422焊条烘干，烘干温度为150°C，选用的焊接参数为焊条直径4.0111111、焊接电流12(^、电弧电压2(^、焊接速度20(^/min；
[0042](7)对焊完的不锈钢复合管进行碾压矫直；
[0043](8)通过着色无损检测，无焊接缺陷存在。
[0044]实施例3
[0045]其他步骤同实施例1，不同之处为覆层为不锈钢，厚度为1mm，基层为碳钢，厚度为4mm，覆层和基层的厚度比为1:4;
[0046]所得的不锈钢复合管同实施例1。
[0047]实施例4
[0048]其他步骤同实施例2，不同之处为覆层为不锈钢，厚度为1mm，基层为碳钢，厚度为4mm，覆层和基层的厚度比为1:4;
[0049]所得的不锈钢复合管同实施例2。
[0050]实施例5
[0051]其他步骤同实施例1，不同之处为Q235/314不锈钢复合板；
[0052]所得的不锈钢复合管同实施例1。
[0053]实施例6
[0054]其他步骤同实施例2，不同之处为Q235/314不锈钢复合板；
[0055]所得的不锈钢复合管同实施例2。
[0056]实施例7
[0057]其他步骤同实施例1，不同之处为加工的“X”型坡口角度约60°;
[0058]所得的不锈钢复合管同实施例1。
[0059]实施例8
[0060]其他步骤同实施例2，不同之处为加工的“X”型坡口角度约60°;
[0061]所得的不锈钢复合管同实施例2。
[0062]以上实施例说明，本发明不管是采用A302焊条电弧焊，还是采用A302+J422焊条电弧焊，都能够保证焊接质量，即在光学显微镜下观察焊缝的组织没有明显的气孔、未焊透、夹杂等缺陷存在。对焊缝区域进行拉伸实验测试时，断裂没有发生在焊缝位置，说明焊缝的力学性能高于不锈钢复合管。在焊接过程中采用了两道焊方式，减少了封焊、过渡焊、覆盖焊等多项焊接工序，极大的提高了焊接效率和降低了生产成本。
[0063]本发明未尽事宜为公知技术。
【主权项】
1.一种高耐蚀不锈钢复合管的焊接成型方法，其特征为包括如下步骤: (1)利用切板机将不锈钢复合板切割为所需尺寸的板材，其中，所述的不锈钢复合板的覆层为不镑钢，基层为碳钢； (2)利用磨床将不锈钢复合板板材长边对称加工为角度50°?80 °的1”型坡口 ； (3)设定好弯管参数，利用两辊周期式冷乳管机对不锈钢复合板进行反复碾压，将不锈钢复合板弯曲成外径为所需直径的不锈钢复合管； (4)焊前清理:利用砂轮和丙酮依次对坡口进行清理； (5)对覆层金属用焊条进行电弧焊焊接;所述的焊条为不锈钢焊条； (6)对基层金属用焊条进行电弧焊焊接;本步骤采用的焊条为不锈钢焊条或碳钢焊条； (7)对焊完的不锈钢复合管进行碾压矫直，得到所需的高耐蚀不锈钢复合管。2.如权利要求1所述的高耐蚀不锈钢复合管的焊接成型方法，其特征为所述的不锈钢复合板中，厚度比为覆层:基层=1:4?5。3.如权利要求1所述的高耐蚀不锈钢复合管的焊接成型方法，其特征为所述的不锈钢复合板优选为304不锈钢复合板，基层金属为Q235碳钢，不锈钢焊条为A302焊条，碳钢焊条为J422焊条。4.如权利要求1所述的高耐蚀不锈钢复合管的焊接成型方法，其特征为所述的步骤(6)或(7)中，焊条电弧焊的优选条件为，焊条直径为1.5?5.0mm，焊接电流为40?270A，电弧电压为16?25V，焊接速度为5?50cm/min。
【文档编号】B23K9/095GK105945525SQ201610424850
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年6月13日
【发明人】刘宝玺, 代响林, 刘明阳, 殷福星, 陈翠欣
【申请人】河北工业大学