一种上下包覆lc2205不锈钢层状复合板材的对焊连接方法
【专利摘要】本发明公开了一种上下包覆LC2205不锈钢层状复合板材的对焊连接方法，通过热轧工艺将两层LC2205不锈钢和一层碳钢连接在一起，再经过控扎控冷技术轧制成层状复合板材，上、下两层为LC2205不锈钢合金层，中间层为碳钢层；在“V+I+V”特型坡口精细设计和加工的基础上，采用碳钢层、过渡层、LC2205不锈钢层的顺序进行焊接，并对过渡层熔敷厚度进行控制，不但使过渡层材料起到了对耐蚀金属Cr、Ni的过渡补偿作用，而且保证了上下LC2205不锈钢层的优良抗腐蚀性能，保证了焊缝区有可靠的焊接质量和优良的综合力学性能，适用于各种耐腐蚀管材生产和管道建设。
【专利说明】
-种上下包覆LC2205不诱钢层状复合板材的对焊连接方法
技术领域：
[0001] 本发明属于焊接技术领域，具体设及一种上下包覆LC2205不诱钢层状复合板材的 对焊连接方法。
【背景技术】：
[0002] 因为腐蚀而造成的损失日趋严重，尤其在一些强腐蚀性油气田的开发中，更显严 重，由于腐蚀问题给国家和社会造成的直接经济损失经估算，约为5000亿元每年，占到国民 生产总值的5%，其中因管道腐蚀造成的事故和损失还在逐年增加。层状复合材料可W使强 度、烙点、热膨胀系数差异极为悬殊的不同金属实现完美的冶金结合，集不同材料的优点于 一身，充分发挥不同材料特性，极大地节约稀贵金属材料，降低设备的制造成本，使稀贵金 属在许多领域的应用成为可能。层状复合管市场需求较大，仅我国石油、石化行业就是一个 巨大市场，我国油气管道建设中，一部分钢管即用来输运强腐蚀性介质，又在酸性±壤环境 中使用，运对于内、外层均具有抗腐蚀性能的层状复合焊管，前景无限好。
[0003] 管道或设备服役的环境，复杂到难W想象，例如：管道既要输运强腐蚀性介质，又 要穿越大地域范围的酸性±壤环境。运对于一般的管道材料来说，根本无法使用，必须得有 针对性的或建设性的提出一种内外兼有抗腐蚀功能的管道，而该种管道的焊接，将是管线 建设的重头戏，难度可想而知，既要保证内、外层材料优良的抗腐蚀性能，又要确保中间基 层材料的高强、高初性特点，焊接方法、工艺、包括坡口设计和加工都将是大大有别于其他 管道焊接的。需要考虑焊接过程的诸多方面，且要协调处理可能出现的各种问题，包括，焊 接参数匹配，焊材匹配，焊丝、焊剂匹配，坡口设计和焊接方法及工艺匹配等等。因此，本发 明的价值就在于此。能很好解决上述焊接过程可能出现的各种问题，且能保证钢管内、外层 材料的优良抗腐蚀性，又能使中间基层材料充分发挥其高强、高初性特点。
[0004] 2014年1月29日公布的公布号为CN 103537816 A的中国发明专利，专利名称为金 属层状复合板的焊接方法，该发明专利指出厚度在2.0~22.Omm的金属层状复合板开I型坡 口；厚度在22.0~42.0mm，不包括22.Omm的金属层状复合板单面或双面开V型坡口，运种坡 口设计与本发明不同；该发明专利的焊接顺序为先焊I型坡口、中间纯边，再焊接V型坡口， 但是运种焊接方法没有对焊接层的厚度进行控制，若采用运种方法对本发明的上下包覆 LC2205不诱钢层状复合板材进行对焊，界面处由于浓度梯度、溫度梯度等因素会发生互溶 且抗腐蚀元素化、Ni会向碳钢侧发生扩散迁移，即受到碳钢的稀释作用，容易使焊缝抗腐蚀 性能减弱，影响到管道的服役寿命。加上耐腐蚀合金材料层和中间碳钢层的物理、化学特性 差异显著，故而对焊接过程各层烙覆量控制、焊接参数匹配、焊接方法和工艺设置提出了挑 战。
【发明内容】
：
[0005] 为了克服上述技术问题，本发明的目的是提供一种上下包覆LC2205不诱钢层状复 合板材的对焊连接方法，本发明的对焊连接方法避免了耐蚀金属元素Cr、Ni由于高溫冶金 作用出现稀释的问题，不仅确保了层状复合板材上、下LC2205不诱钢层的优良耐腐蚀特性， 而且确保了中间碳钢层的高强、高初性特性，使焊缝具有可靠的焊接质量和优良的综合力 学性能。
[0006] 为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为:一种上下包覆LC2205不诱钢 层状复合板材的对焊连接方法，步骤为：
[0007] 步骤1:将两层LC2205不诱钢和一层碳钢通过热社工艺连接在一起，再经过控扎、 控冷技术社制成层状复合板材，层状复合板材的上、下两层为LC2205不诱钢合金层，中间层 为碳钢层;上、下1X2205不诱钢层的厚度均为1~10mm，碳钢层的厚度为8~50mm;相邻两层 之间为冶金结合；
[000引步骤2:层状复合板材采用"V+1+r特型复合坡口设计，上层LC2205不诱钢合金层 和下层LC2205不诱钢合金层的同侧均为"V"型坡口，坡口深度为1~13mm，且深度大于所在 LC2205不诱钢层厚度，坡口夹角为80~100°，坡口外沿宽度为10~25mm;中间碳钢层为"r 型坡口，坡口深度为中间碳钢层全壁厚度;LC2205不诱钢层的"V"型坡口与中间碳钢层的 "I"型坡口交汇于中间碳钢侧；
[0009] 步骤3:完成坡口加工后，组对的层状复合板从上层LC2205不诱钢合金层的坡口一 侧每隔500mm长进行定位点焊，点焊后组对的层状复合板材坡口间有0.5~1. Omm宽的间隙；
[0010] 步骤4:完成定位点焊后，对中间碳钢层进行焊接，形成碳钢层烙敷金属区，焊接过 程中上、下LC2205不诱钢层的坡口内及附近区域10~20mm宽范围进行惰性气体保护；
[0011] 步骤5:中间碳钢层完成焊接后空冷至室溫，对上、下LC2205不诱钢层的"V"型坡口 进行清渣处理，清渣后打磨、抛光，使"V"型坡口最低点处于中间碳钢层的厚度尺寸范围内， 最后用丙酬和乙醇进行清洗且迅速吹干；
[0012] 步骤6: "V"型坡口吹干后，采用TIG焊分别对上、下LC2205不诱钢层进行过渡层焊 接，过渡层厚度与层状复合板材热社接合面平齐或超出0~1. Omm，且完全覆盖碳钢;过渡层 焊接后，采用TIG焊方法分别对上、下LC2205不诱钢层进行填充、盖面焊接，形成LC2205不诱 钢层烙敷金属区，焊接过程整个焊缝区及附近区域均采用惰性气体保护。
[0013] 上述上层LC2205不诱钢层和下层LC2205不诱钢层的厚度相同或不同。
[0014] 上述中间碳钢层为9235、9345心52心60心65心70心80心90或乂100碳素结构钢、压 力容器钢和管线钢。
[0015] 上述步骤4中对中间碳钢层进行焊接的方法为：当中间碳钢层厚度<15mm时，采用 PAW方法进行焊接;当中间碳钢层厚度> 15mm而《50mm时，采用SAW方法进行焊接;焊接所用 的焊材为册8E，焊剂为SJ101G。
[0016] 上述步骤6中过渡层焊接所用焊丝为带1.2mm的邸309。
[0017] 上述步骤6中上、下不诱钢层进行填充、盖面焊接所用的焊丝为啤IJmm的 邸2209。
[001引本发明的有益效果：
[0019]本发明采用"V+1 +V"特型复合坡口设计，通过对坡口深度、宽度、角度和角度的控 审IJ，采用先碳钢层、过渡层、LC2205不诱钢层的顺序进行焊接，并对过渡层烙敷厚度进行控 审IJ，使过渡层材料起到了对耐蚀金属Cr、Ni的过渡补偿作用，使焊缝中上、下两界面处耐蚀 金属元素保持在正常水平，保证了上、下LC2205不诱钢层的优良抗腐蚀性能，也保证了焊缝 区有可靠的焊接质量和优良的综合力学性能。
【附图说明】：
[0020]下面结合附图对本发明的【具体实施方式】作进一步详细描述。
[0021 ]图1为本发明层状复合板对焊焊缝的过渡烙焊结构示意图。
[0022] 附图标记说明：1为上层LC2205不诱钢层；2为中间碳钢层;3为下层LC2205不诱钢 层;4为LC2205不诱钢层烙敷金属区；5为过渡层;6为碳钢层烙敷金属区。
【具体实施方式】：
[0023] 参见图1，W控扎控冷技术制备的LC2205/X65/LC2205上下包覆LC2205不诱钢层状 复合板材为实验用试板，本例中LC2205/X65/LC2205层状复合板材总厚度为(3+15+3)mm = 21mm，上、下两层LC2205不诱钢层厚度均为3mm，中间X65钢厚度为15mm。
[0024] 采用"V+1+r即"了"型特型复合坡口设计，上、下两层LC2205不诱钢层坡口角度为 60~80°，深度为3~5mm，宽度为10~14mm;中间X65管线钢层"r型坡口深度为11~15mm。待 完成坡口加工后，组对的一副LC2205/X65/LC2205上下包覆LC2205不诱钢层状复合板试板 从上部坡口一侧每隔500mm长为一个定位点进行定位点焊，保证点焊后的试板在坡口中间 有0.5~1. Omm宽间隙。然后，基层X65钢采用SAW焊，用BG-朋8E焊丝和BG-SJ101G焊剂，形成 X65钢金属烙敷区；在完成中间X65管线钢的焊接后，对上、下两层LC2205不诱钢层焊接坡口 进行清理，去除坡口内表面残留的焊渣，污染物等，然后进行过渡层(P 1.2mmER309的TIG 焊，最后进行上、下LC2205不诱钢层的TIG填充、盖面焊，形成LC2205金属烙敷区，焊材使用 牟1.2mm的邸2209焊丝。主要焊接工艺参数如下表1-2所示，本实验LC2205/X65/LC2205上 下包覆LC2205不诱钢层状复合板材对焊焊缝性能检测结果如下表3。
[002引表1中间X65管线钢层SAW焊接试验参数 「00261
[0030]表3对焊焊缝性能检测结果 「nmi 1
[0032] W上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定 本发明的【具体实施方式】仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱 离本发明构思的前提下，做出的若干简单推演、替换或变换等都应当视为属于本发明所提 交的权利要求书确定专利保护范围。
【主权项】
1. 一种上下包覆LC2205不诱钢层状复合板材的对焊连接方法，其特征在于:所述对焊 连接方法的具体步骤为： 步骤1:将两层LC2205不诱钢和一层碳钢通过热社工艺连接在一起，再经过控扎、控冷 技术社制成层状复合板材，层状复合板材的上、下两层为LC2205不诱钢层（1、3)，中间层为 碳钢层(2);上、下LC2205不诱钢层（1、3)的厚度均为1~IOmm,碳钢层(2)的厚度为8~50mm; 相邻两层之间为冶金结合； 步骤2:层状复合板材采用"V+1+r特型复合坡口设计，上层LC2205不诱钢合金层（1)和 下层LC2205不诱钢合金层(3)的同侧均为"V"型坡日，坡日深度为1~13mm，且深度大于所在 LC2205不诱钢层（1、3)的厚度，坡口夹角为80~100°，坡口外沿宽度为10~25mm;中间碳钢 层(2)为"r型坡口，坡口深度为中间碳钢层(2)全壁厚度;LC2205不诱钢层(1、3)的"V"坡口 与中间碳钢层(2)的"r型坡口交汇于中间碳钢侧； 步骤3:完成坡口加工后，组对的层状复合板材从上层LC2205不诱钢合金层（1)的坡口 一侧每隔500mm长进行定位点焊，点焊后组对的层状复合板材坡口间有0.5~1. Omm宽的间 隙； 步骤4:完成定位点焊后，对中间碳钢层(2)进行焊接，形成碳钢层烙敷金属区（6)，焊接 过程中上、下LC2205不诱钢层（1、3)的坡口内及附近区域10~20mm宽范围进行惰性气体保 护； 步骤5:中间碳钢层（2)完成全部焊接后空冷至室溫，对上、下LC2205不诱钢层（1、3)的 "V"型坡口进行清渣处理，清渣后打磨、抛光，使"V"型坡口最低点处于中间碳钢层(2)的厚 度尺寸范围内，最后用丙酬和乙醇进行清洗且迅速吹干； 步骤6:"V"型坡口吹干后，采用TIG焊分别对上、下LC2205不诱钢层（1、3)进行过渡层 (5)焊接，过渡层(5)的厚度与层状复合板材热社接合面平齐或超出0~1.0mm，且完全覆盖 碳钢;过渡层(5)焊接后，采用TIG焊方法分别对上、下LC2205不诱钢层（1、3)进行填充、盖面 焊接，形成LC2205不诱钢层烙敷金属区（4)，焊接过程整个焊缝区及附近区域均采用惰性气 体保护。2. 如权利要求1所述的上下包覆LC2205不诱钢层状复合板材的对焊连接方法，其特征 在于:所述上层LC2205不诱钢层（1)和下层LC2205不诱钢层(3)的厚度相同或不同。3. 如权利要求1所述的上下包覆LC2205不诱钢层状复合板材的对焊连接方法，其特征 在于:所述中间碳钢层（2)为9235、9345心52心60心65心70心80心90或乂100碳素结构钢、压 力容器钢和管线钢。4. 如权利要求1所述的上下包覆LC2205不诱钢层状复合板材的对焊连接方法，其特征 在于:所述步骤4中对中间碳钢层(2)进行焊接的方法为：当中间碳钢层(2)厚度<15mm时，采 用PAW方法进行焊接；当中间碳钢层(2)厚度> 15mm而《50mm时，采用SAW方法进行焊接;焊 接所用的焊材为册8E，焊剂为SJ101G。5. 如权利要求1所述的上下包覆LC2205不诱钢层状复合板材的对焊连接方法，其特征 在于:所述步骤6中过渡层(5)焊接所用焊丝为CP 1.2mm的邸309。6. 如权利要求1所述的上下包覆LC2205不诱钢层状复合板材的对焊连接方法，其特征 在于：所述步骤6中上、下不诱钢层（1、3)进行填充、盖面焊接所用的焊丝为(P 1.2mm的
【文档编号】B23K103/04GK105904069SQ201610362253
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年5月27日
【发明人】毕宗岳, 杨军, 刘海璋, 杨耀彬, 张万鹏, 田磊
【申请人】宝鸡石油钢管有限责任公司