一種雙表面包覆Incoloy 825層狀復(fù)合板材的對焊連接方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種雙表面包覆Incoloy 825層狀復(fù)合板材的對焊連接方法，首先通過熱軋工藝將Incoloy 825合金板材和碳鋼板材連接在一起，再經(jīng)過控扎控冷技術(shù)制成雙表面包覆Incoloy 825層狀復(fù)合板材；在“V+I+V”特型坡口精細設(shè)計和加工的基礎(chǔ)上，采用碳鋼層、過渡層、Incoloy 825合金材料層的順序進行焊接，并使用ERNiCrMo?3的專用焊絲，通過對過渡層厚度控制，使過渡層材料起到了對耐蝕金屬Cr、Ni、Mo等的過渡補償作用，保證了上、下雙面Incoloy 825耐腐蝕合金材料層的優(yōu)良抗腐蝕性能，也保證了焊縫區(qū)良好的焊接質(zhì)量和綜合力學(xué)性能。
【專利說明】
一種雙表面包覆I nco I oy 825層狀復(fù)合板材的對焊連接方法
技術(shù)領(lǐng)域：
[0001] 本發(fā)明屬于焊接技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種雙表面包覆Incoloy 825層狀復(fù)合板材 的對焊連接方法。
【背景技術(shù)】：
[0002] 因為腐蝕而造成的損失日趨嚴重，尤其在一些強腐蝕性油氣田的開發(fā)中，更顯嚴 重，由于腐蝕問題給國家和社會造成的直接經(jīng)濟損失經(jīng)估算，約為5000億元每年，占到國民 生產(chǎn)總值的5%，其中因管道腐蝕造成的事故和損失還在逐年增加。層狀復(fù)合材料可以使強 度、熔點、熱膨脹系數(shù)差異極為懸殊的不同金屬實現(xiàn)完美的冶金結(jié)合，集不同材料的優(yōu)點于 一身，充分發(fā)揮不同材料特性，極大地節(jié)約稀貴金屬材料，降低設(shè)備的制造成本，使稀貴金 屬在許多領(lǐng)域的應(yīng)用成為可能。層狀復(fù)合管市場需求較大，僅我國石油、石化行業(yè)就是一個 巨大市場，我國油氣管道建設(shè)中，一部分鋼管即用來輸運強腐蝕性介質(zhì)，又在酸性土壤環(huán)境 中使用，這對于內(nèi)、外層均具有抗腐蝕性能的層狀復(fù)合焊管，前景無限好。
[0003] 管道或設(shè)備服役的環(huán)境，復(fù)雜到難以想象，例如：管道既要輸運強腐蝕性介質(zhì)，又 要穿越大地域范圍的酸性土壤環(huán)境。這對于一般的管道材料來說，根本無法使用，必須得有 針對性的或建設(shè)性的提出一種內(nèi)外兼有抗腐蝕功能的管道。而該種管道的焊接，將是管線 建設(shè)的重頭戲，難度可想而知。既要保證內(nèi)、外層材料優(yōu)良的抗腐蝕性能，又要確保中間基 層材料的高強、高韌性特點。焊接方法、工藝、包括坡口設(shè)計和加工都將是大大有別于其他 管道焊接的。需要考慮焊接過程的諸多方面，且要協(xié)調(diào)處理可能出現(xiàn)的各種問題。包括，焊 接參數(shù)匹配，焊材匹配，焊絲、焊劑匹配，坡口設(shè)計和焊接方法及工藝匹配等等。因此，本發(fā) 明的價值就在于此。能很好解決上述焊接過程可能出現(xiàn)的各種問題，且能保證鋼管內(nèi)、外層 材料的優(yōu)良抗腐蝕性，又能使中間基層材料充分發(fā)揮其高強、高韌性特點。
[0004] 由于抗腐蝕層和基層碳鋼，在焊接中，界面處由于濃度梯度、溫度梯度等因素會發(fā) 生互溶且抗腐蝕元素 Cr、Ni、Mo等會向碳鋼側(cè)發(fā)生擴散迀移，即受到碳鋼的稀釋作用，容易 使焊縫抗腐蝕性能減弱，影響到管道的服役壽命。加上三層材料的物理、化學(xué)特性差異顯 著，故而對焊接過程各層熔覆量控制和焊接參數(shù)匹配及焊接方法和工藝設(shè)置提出了挑戰(zhàn)。

【發(fā)明內(nèi)容】
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[0005] 為了克服上述缺點，本發(fā)明的目的是提供一種雙表面包覆Incoloy 825層狀復(fù)合 板材的對焊連接方法，本發(fā)明的對焊連接方法避免了耐蝕金屬元素 Cr、Ni、Mo由于高溫冶金 作用出現(xiàn)稀釋的問題，不僅確保了層狀復(fù)合板材上、下雙表面Incoloy 825耐腐蝕合金材料 層的優(yōu)良耐腐蝕特性，而且確保了中間碳鋼層的高強、高韌性特性，使焊縫具有可靠的焊接 質(zhì)量和優(yōu)良的綜合力學(xué)性能。
[0006] 為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:一種雙表面包覆Incoloy 825 層狀復(fù)合板材的對焊連接方法，包含下述步驟：
[0007] 步驟1:將兩層Incoloy 825合金材料和一層碳鋼通過熱乳工藝連接在一起，再經(jīng) 過控扎、控冷技術(shù)乳制成層狀復(fù)合板材，層狀復(fù)合板材的上、下兩層為Incoloy 825合金材 料層，中間層為碳鋼層;上、下兩層Incoloy 825合金材料層厚度為1~10mm，碳鋼層的厚度 為8~50mm;相鄰兩層之間為冶金結(jié)合；
[0008] 步驟2:層狀復(fù)合板材采用"V+I+V"特型復(fù)合坡口設(shè)計，上層Incoloy 825合金材料 層和下層Incoloy 825合金材料層的同側(cè)均為"V"型坡口，坡口深度為1~13mm，且深度大 于所在Incoloy 825合金材料層厚度，坡口夾角為80~100°，坡口外沿寬度為10~25mm;中 間碳鋼層為"Γ型坡口，坡口深度為中間碳鋼層全壁厚度；Incoloy 825合金材料層的"V"型 坡口與中間碳鋼層的"Γ型坡口交匯于中間碳鋼側(cè)；
[0009] 步驟3:完成坡口加工后，組對的層狀復(fù)合板從一側(cè)每隔500mm長進行定位點焊，點 焊后組對的層狀復(fù)合板材坡口間有0.5~1.0mm寬的間隙；
[0010] 步驟4:完成定位點焊后，對中間碳鋼層進行焊接，形成碳鋼層熔敷金屬區(qū)，焊接過 程中上、下兩層Incoloy 825合金材料層的坡口內(nèi)及附近區(qū)域10~20mm寬范圍進行惰性氣 體保護；
[0011] 步驟5:中間碳鋼層完成焊接后空冷至室溫，對上、下兩層Incoloy 825合金材料層 的"V"型坡口進行清渣處理，清渣后打磨、拋光，使"V"型坡口最低點處于中間碳鋼層的厚度 尺寸范圍內(nèi)，最后用丙酮和乙醇進行清洗且迅速吹干；
[0012] 步驟6: "V"型坡口吹干后，采用TIG焊分別對上、下兩層Incoloy 825合金材料層進 行過渡層焊接，過渡層厚度與層狀復(fù)合板材熱乳接合面平齊或超出0~1.0mm，且完全覆蓋 碳鋼;過渡層焊接后，采用TIG焊方法分別對上、下兩層Incoloy 825合金材料層進行填充、 蓋面焊接，形成LC2205不銹鋼層熔敷金屬區(qū)，焊接過程整個焊縫區(qū)及附近區(qū)域均采用惰性 氣體保護。
[0013]上述上層Incoloy 825合金材料層和下層Incoloy 825合金材料層的厚度相同或 不同。
[0014] 上述中間碳鋼層為9235、0345、乂52、乂60、乂65、乂70、乂80、乂90或)(100碳素結(jié)構(gòu)鋼、壓 力容器鋼和管線鋼。
[0015] 上述步驟4中對中間碳鋼層進行焊接的方法為：當中間碳鋼層厚度<15mm時，采用 PAW方法進行焊接;當中間碳鋼層厚度2 15_而< 50_時，采用SAW方法進行焊接;焊接所用 的焊絲為(p4.8mmH08E,焊劑為sjioig。
[0016] 上述步驟6中過渡層焊接所用焊絲為φ l,:2nim的ERNiCrMo-3。
[0017] 上述步驟6中上、下兩層Incoloy 825合金材料層進行填充、蓋面焊接所用的焊絲 為 φ 1.2mm 的 ERNiCrMo-3。
[0018] 本發(fā)明的有益效果：
[0019] 本發(fā)明采用了高Cr、Ni、Mo含量的專用焊絲作為過渡層焊材，同時在坡口型式、坡 口深度、坡口寬度、坡口角度、各層焊接材料、過渡層熔敷質(zhì)量控制、過渡層熔敷厚度等方面 做了精細設(shè)計和研究布置，使過渡層材料真正起到了對耐蝕金屬Cr、Ni、Mo的過渡補償作 用，使焊縫中上、下兩界面處的耐蝕金屬元素保持在正常水平，保證了上、下雙面Incoloy 825耐腐蝕合金材料層的優(yōu)良抗腐蝕性能，也保證了焊縫區(qū)良好的焊接質(zhì)量和綜合力學(xué)性 能。
【附圖說明】：
[0020]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】作進一步詳細描述。
[0021 ]圖1為本發(fā)明層狀復(fù)合板材對焊焊縫的過渡熔焊結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]附圖標記說明：1為上層Incoloy 825合金材料層；2為中間碳鋼層；3為下層 Incoloy 825合金材料層;4為Incoloy 825合金材料層恪敷金屬區(qū)；5過渡層;6為中間碳鋼 層熔敷金屬區(qū)。
【具體實施方式】：
[0023] 參見圖1，以控扎控冷技術(shù)制備的Incoloy 825/X80/Incoloy 825雙表面包覆 Incoloy 825層狀復(fù)合板材為實驗用試板，本例中Incoloy 825/X80/Incoloy 825層狀復(fù)合 板材總厚度為(2.5+13+2.5)mm= 18mm，雙表面包覆Incoloy 825耐腐蝕合金材料層厚度均 為2.5mm，中間X80鋼厚度為13mm，
[0024] 采用"V+I+V"即"X"型特型復(fù)合坡口設(shè)計，雙表面包覆Incoloy 825合金材料層 坡口角度為60~80°，深度為2.5~4mm，寬度為10~14mm;中間X80管線鋼層"Γ型坡口深度 為10~13mm。待完成坡口加工后，對組對好的一副Incoloy 825/X80/Incoloy 825雙表面包 覆Incoloy 825層狀復(fù)合板試板從上部坡口一側(cè)每隔500mm長為一個定位點進行定位點焊， 保證點焊后的試板在坡口中間有0.5mm寬間隙。然后，中間層X80鋼采用PAW焊;在完成中間 X80管線鋼的焊接后，對上、下表面Incoloy 825耐腐蝕合金材料層坡口內(nèi)進行清理，然后進 行上、下表面Incoloy 825耐腐蝕合金材料過渡層的TIG焊，焊絲為φ 1.2mm的ERNiCrMo-3,最后進行上、下表面Incoloy 825耐腐蝕合金材料層的TIG填充、蓋面焊，焊材使用 φ 1.2mm的ERNiCrMo-3焊絲。主要焊接工藝參數(shù)如表1和表2所示，本實驗Incoloy 825/ X80/Inc〇l〇y 825雙表面包覆Incoloy 825層狀復(fù)合板材對焊焊縫性能檢測結(jié)果如表3所 不。
[0025]表1中間X80管線鋼層PAW焊接試驗參數(shù)
[0026]
[0027]表2過渡層和Incoloy 825耐腐蝕合金材料層焊接試驗參數(shù)
[0028]
[0029]表3雙表面包覆Incoloy 825層狀復(fù)合板材對焊焊縫性能檢測結(jié)果
[0030]
[0031] 以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實施方式對本發(fā)明所作的進一步詳細說明，不能認定 本發(fā)明的【具體實施方式】僅限于此，對于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫 離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，做出的若干簡單推演、替換或變換等都應(yīng)當視為屬于本發(fā)明所提 交的權(quán)利要求書確定專利保護范圍。
【主權(quán)項】
1. 一種雙表面包覆Incoloy 825層狀復(fù)合板材的對焊連接方法，其特征在于:所述對焊 連接方法的具體步驟為： 步驟1:將兩層Incoloy 825合金材料和一層碳鋼通過熱乳工藝連接在一起，再經(jīng)過控 扎、控冷技術(shù)乳制成層狀復(fù)合板材，層狀復(fù)合板材的上、下兩層為Incoloy 825合金材料層 (1、3)，中間層為碳鋼層(2);上、下兩層Incoloy 825合金材料層（1、3)的厚度均為1~10mm， 碳鋼層(2)的厚度為8~50mm;相鄰兩層之間為冶金結(jié)合； 步驟2:層狀復(fù)合板材采用"V+I+V"特型復(fù)合坡口設(shè)計，上層Incoloy 825合金材料層 (1) 和下層Incoloy 825合金材料層(3)的同側(cè)均為"V"型坡口，坡口深度為1~13mm，且深度 大于所在Incoloy 825合金材料層（1、3)厚度，坡口夾角為80~100°，坡口外沿寬度為10~ 25mm;中間碳鋼層⑵為"Γ型坡口，坡口深度為中間碳鋼層⑵全壁厚度；Incoloy 825合金 材料層(1、3)的"V"型坡口與中間碳鋼層(2)的"Γ型坡口交匯于中間碳鋼側(cè)； 步驟3:完成坡口加工后，組對的層狀復(fù)合板從一側(cè)每隔500mm長進行定位點焊，點焊后 組對的層狀復(fù)合板材坡口間有0.5~1.0mm寬的間隙； 步驟4:完成定位點焊后，對中間碳鋼層(2)進行焊接，形成碳鋼層熔敷金屬區(qū)（6)，焊接 過程中上、下兩層Incoloy 825合金材料層（1、3)的坡口內(nèi)及附近區(qū)域10~20mm寬范圍進行 惰性氣體保護； 步驟5:中間碳鋼層（2)完成焊接后空冷至室溫，對上、下兩層Incoloy 825合金材料層 (1、3)的"V"型坡口進行清渣處理，清渣后打磨、拋光，使"V"型坡口最低點處于中間碳鋼層 (2) 的厚度尺寸范圍內(nèi)，最后用丙酮和乙醇進行清洗且迅速吹干； 步驟6: "V"型坡口吹干后，采用TIG焊分別對上、下兩層Incoloy 825合金材料層（1、3) 進行過渡層焊接，過渡層(5)的厚度與層狀復(fù)合板材熱乳接合面平齊或超出0~1.0mm，且完 全覆蓋碳鋼;過渡層（5)焊接后，采用TIG焊方法分別對上、下兩層Incoloy 825合金材料層 (1、3)進行填充、蓋面焊接，形成Incoloy 825合金材料層熔敷金屬區(qū)（4)，焊接過程整個焊 縫區(qū)及附近區(qū)域均采用惰性氣體保護。2. 如權(quán)利要求1所述的雙表面包覆Incoloy 825層狀復(fù)合板材的對焊連接方法，其特征 在于:所述上層Incoloy 825合金材料層（1)和下層Incoloy 825合金材料層(3)的厚度相同 或不同。3. 如權(quán)利要求1所述的雙表面包覆Incoloy 825層狀復(fù)合板材的對焊連接方法，其特征 在于：所述中間碳鋼層（2)為0235、0345、乂52、乂60、乂65、乂70、乂80、乂90或乂100碳素結(jié)構(gòu)鋼、壓 力容器鋼和管線鋼。4. 如權(quán)利要求1所述的雙表面包覆Incoloy 825層狀復(fù)合板材的對焊連接方法，其特征 在于:所述步驟4中對中間碳鋼層(2)進行焊接的方法為：當中間碳鋼層(2)的厚度<15mm時， 采用PAW方法進行焊接；當中間碳鋼層（2)的厚度2 15mm而< 50mm時，采用SAW方法進行焊 接;焊接所用的焊絲為Φ 4.8mmH08E，焊劑為SJ101G。5. 如權(quán)利要求1所述的雙表面包覆Incoloy 825層狀復(fù)合板材的對焊連接方法，其特征 在于:所述步驟6中過渡層(5)焊接所用焊絲為φ 1.2mm的ERNiCrM〇-3。6. 如權(quán)利要求1所述的雙表面包覆Incoloy 825層狀復(fù)合板材的對焊連接方法，其特征 在于:所述步驟6中上、下兩層Incoloy 825合金材料層（1、3)進行填充、蓋面焊接所用的焊
【文檔編號】B23K9/167GK105855669SQ201610363737
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年5月27日
【發(fā)明人】畢宗岳, 楊軍, 田磊, 劉海璋, 張萬鵬, 楊耀彬, 牛輝, 趙紅波, 陳長青, 牛愛軍, 黃曉輝, 劉斌, 包志剛, 劉剛偉, 席敏敏
【申請人】寶雞石油鋼管有限責(zé)任公司