一种镍基合金625-X65复合管的焊接方法与流程

一种镍基合金625-x65复合管的焊接方法
技术领域
1.本发明涉及镍基合金复合管的焊接工艺领域，更具体地说，涉及一种镍基合金625-x65复合管的焊接方法。


背景技术：

2.目前的海洋石油开发项目中，由于所输送的石油、天然气都含有较多腐蚀性介质，采用普通碳钢管例如x65碳钢管已无法满足防腐蚀性能要求，而不锈钢管或者镍基合金管的造价又过于高昂，由此在普通的碳钢管内衬耐蚀合金，既可解决海管(即铺设在海洋底部的海底管道)耐蚀性不足，又可具有较好的经济性。
3.近年来，耐蚀合金复合管凭借其低廉价格、综合理化性能及其优异的耐蚀性的特点，既满足了严苛腐蚀工况的服役环境，又节约了大量贵重金属，且制作方便，从而可降低成本，并节约材料，在海洋工程开发中具有越来越大的应用前景。
4.尽管x65碳钢管内衬316不锈钢已经普遍应用于海洋石油开发，然而近年来x65碳钢管内衬625镍基合金也已经越来越广泛应用于海洋石油开发；但是，由于碳钢和镍基合金的物理化学性能差异较大，例如导热性能、线膨胀性能、化学成分等都不同，如此的复合管在焊接时容易产生焊接缺陷，以及较大焊接热的输入也会降低625镍基合金的耐腐蚀性能；有鉴于此，需要提出一种镍基合金625-x65复合管的焊接工艺，以解决焊接质量缺陷，并保证625镍基合金内衬的耐蚀性能不会受到较大的负面影响。


技术实现要素：

5.本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种镍基合金625-x65复合管的焊接方法，可显著提高焊接质量，并明显减少对镍基合金625内衬耐蚀性能的负面影响。
6.本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
7.构造一种镍基合金625-x65复合管的焊接方法，用于焊接连接碳钢x65内衬镍基合金625的复合管，包括以下步骤：
8.s210、将复合管的端面机加工成全斜面状，且全斜面的切向朝向复合管的管外方向；
9.s220、将两根复合管的全斜面进行组对形成坡口结构，坡口的角度在41-59
°
之间，坡口小端的组对间隙在2-4mm之间，两根复合管之间的错变量小于0.5mm；
10.s230、在两根复合管的内部通入保护性气体，使得坡口底部的氧气含量低于200ppm；
11.s240、采用钨极氩弧焊工艺以绕复合管圆周的方式对坡口处进行层叠焊接，并采用不锈钢砂轮片进行层间清理；预热及层间温度控制在65-150℃之间，焊接过程中的焊接热输入控制在0.85-1.52kj/mm之间，且钨极氩弧焊所用氩气为纯度≥99.995％的高纯氩。
12.所述的镍基合金625-x65复合管的焊接方法，其中，在所述步骤s220的组对过程
中，坡口角度在45-55
°
之间。
13.所述的镍基合金625-x65复合管的焊接方法，其中，在所述步骤s220的组对过程中，坡口角度为50
°
。
14.所述的镍基合金625-x65复合管的焊接方法，其中，在所述步骤s220的组对过程中，采用氩弧焊进行点焊以固定整圈坡口的结构尺寸，并用不锈钢砂轮片打磨去除坡口处的毛刺和氧化物，且坡口小端处的钝边宽度小于1mm。
15.所述的镍基合金625-x65复合管的焊接方法，其中，在所述步骤s230的通气过程中，保护性气体为氩气，氩气气流量20-25l/min，通气时间在15-20mim之间；并在所述步骤s240的焊接过程中，至少等焊接四圈之后再停止向复合管内部通气。
16.所述的镍基合金625-x65复合管的焊接方法，其中，在所述步骤s240的焊接过程中，所用焊丝类型为aws a5.14 ernicrmo-3，焊丝直径2.4mm。
17.所述的镍基合金625-x65复合管的焊接方法，其中，在所述步骤s240的焊接过程中，采用奥康联伯乐生产的型号为utp a 6222mo的焊丝。
18.所述的镍基合金625-x65复合管的焊接方法，其中，在所述步骤s240的焊接过程中，氩弧焊机所用的焊接电流100-170a，焊接电压11-14v，焊接速度控制在50-120mm/min之间，高纯氩气流量14-20l/min。
19.所述的镍基合金625-x65复合管的焊接方法，其中，在所述步骤s240的焊接过程中，采用松下公司生产的型号为yc-315txl的氩弧焊机。
20.所述的镍基合金625-x65复合管的焊接方法，其中，所述复合管内衬3mm镍基合金625。
21.本发明镍基合金625-x65复合管的焊接方法的有益效果在于：纯v形结构的坡口设计，配合全程都采用钨极氩弧焊工艺进行打底、填充和盖面，并严格按照焊接工艺控制线能量输入，可改善焊缝热影响区组织性能，显著提高了焊接质量，并明显减少了对镍基合金625内衬耐蚀性能的负面影响。
附图说明
22.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，下面描述中的附图仅仅是本发明的部分实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。
23.图1是本发明镍基合金625-x65复合管焊接方法的流程图；
24.图2是本发明待焊接的镍基合金625-x65复合管的坡口处结构尺寸图；
25.图3是本发明镍基合金625-x65复合管焊接方法实施例的焊接工艺参数表；
26.图4是本发明镍基合金625-x65复合管焊接后坡口处的化学成分检测表；
27.图5是本发明镍基合金625-x65复合管焊接后做焊缝拉伸试验的数据表；
28.图6是本发明镍基合金625-x65复合管焊接后做横向拉伸试验的数据表；
29.图7是本发明镍基合金625-x65复合管焊接后取10mm
×
10mm样品在0℃下做v型缺口冲击试验的数据表；
30.图8是本发明镍基合金625-x65复合管焊接后母材、焊缝和热影响区做维氏硬度hv10值实验的取点示意图；
31.图9是本发明镍基合金625-x65复合管焊接后对母材、焊缝和热影响区做维氏硬度hv10值实验的数据表；
32.图10是本发明镍基合金625-x65复合管焊接后坡口处宏观金相图；
33.图11是本发明镍基合金625-x65复合管焊接后复合层母材、焊缝和热影响区的晶间腐蚀图；
34.图12是本发明镍基合金625-x65复合管焊接后复合层母材、焊缝和热影响区的微观金相图；
35.图13是本发明镍基合金625-x65复合管焊接后复合层母材、焊缝和热影响区的点腐蚀图。
具体实施方式
36.为了使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明的部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
37.如图1所示，图1是本发明镍基合金625-x65复合管焊接方法的流程图，本发明的一种镍基合金625-x65复合管的焊接方法，专门用于焊接连接碳钢x65内衬镍基合金625的复合管，包括以下步骤：
38.s210、先将复合管的端面机加工成全斜面状，且全斜面的切向朝向复合管的管外方向；复合管以api 5l psl2 x65 smls with 3mm inconel 625为例，其尺寸为dia273.1*th(17.5+3)mm，代表x65碳钢管直径273.1mm，管壁厚度17.5mm，625镍基合金内衬层厚度3mm；
39.s220、接着将两根复合管的全斜面进行组对形成纯v形的坡口结构，如图2所示，图2是本发明待焊接的镍基合金625-x65复合管的坡口处结构尺寸图，坡口的角度在41-59
°
之间，较好的是，坡口角度在45-55
°
之间，优选地，坡口角度为50
°
；坡口小端的组对间隙在2-4mm之间，两根复合管之间的错变量(即同轴度)小于0.5mm；在组对过程中，采用氩弧焊进行点焊以固定整圈坡口的结构尺寸，并用不锈钢砂轮片打磨去除坡口处的毛刺和氧化物，且坡口小端处的钝边宽度小于1mm；较好的是，采用钨极氩弧焊工艺进行点焊，且点焊所用焊丝类型为aws a5.14 ernicrmo-3；
40.s230、在两根复合管的内部通入保护性气体，使得坡口底部的氧气含量低于200ppm(可使用测氧仪进行监测)，可防止625镍基合金内衬在焊接时被氧化；具体的，在向复合管内部通气过程中，保护性气体为氩气，氩气气流量20-25l/min，通气时间在15-20mim之间，直至坡口底部的氧气含量低于200ppm；并在所述步骤s240的焊接过程中，至少等焊接四圈之后再停止向复合管内部通气，确保625镍基合金内衬在焊接过程中不被氧化；
41.s240、采用钨极氩弧焊工艺以绕复合管圆周的方式对坡口处进行层叠焊接，并采用不锈钢砂轮片进行层间清理，钨极氩弧焊的焊接热输入小，焊缝质量高，且有利于提高焊缝耐蚀性能；预热及层间温度控制在65-150℃之间，较好的是85-125℃之间，优选100℃，可明显减少对625镍基合金的烧损，并有助于提高焊缝热性能；焊接过程中的焊接热输入控制在0.85-1.52kj/mm之间，较好的是控制在1.05-1.32kj/mm之间，优选1.15kj/mm；且钨极氩
弧焊所用氩气为纯度≥99.995％的高纯氩；具体的，层叠焊接所用焊丝类型为aws a5.14ernicrmo-3，与镍基合金化学成分成分相近，可提高坡口处焊接处的耐腐蚀性能；焊丝直径2.4mm，例如，奥康联伯乐生产的型号为utp a 6222mo的焊丝，质量性能的稳定，国内生产容易获得；具体的，氩弧焊机所用的焊接电流100-170a，优选135a，焊接电压11-14v，优选12.5v，焊接速度控制在50-120mm/min之间，优选80mm/min，高纯氩气流量14-20l/min，优选17l/min，具体的焊接工艺参数如图3所示；通过控制焊接时的电流、电压以及焊接速度，使得线能量总体分布在可控范围内，大大减少了对625镍基合金内衬的烧损，并有助于提高焊缝热性能；所用焊机可采用松下公司生产的型号为yc-315txl的氩弧焊机，性能稳定，性价比高。
42.焊接之后的效果检测阶段：室温环境下放置48小时后进行无损探伤，包括渗透、射线和超声波探伤，待合格之后再进行理化性能测试，具体数据如图4至图9所示，包括对内衬层焊缝及热影响区进行点腐蚀及晶间腐蚀试验，具体情况如图10至图12所示，检测的结果表明，使用本发明焊接方法焊接后的镍基合金625-x65复合管的焊接质量性能优良，能够满足在低温环境海洋中的使用要求。
43.需要说明的是，本发明镍基合金625-x65复合管的焊接方法，坡口结构设计简洁，焊接方法先进合理、易于操作、生产实用，焊接材料及设备也都容易获得，且没有以复杂结构实现简单功能，也没有采用常规或简单特征进行组合或堆叠，故符合技术改进的常理，且具有一定的实用性。
44.本说明书中未作详细描述的内容均属于本领域普通技术人员公知的现有技术。
45.应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

技术特征：
1.一种镍基合金625-x65复合管的焊接方法，用于焊接连接碳钢x65内衬镍基合金625的复合管，其特征在于，包括以下步骤：s210、将复合管的端面机加工成全斜面状，且全斜面的切向朝向复合管的管外方向；s220、将两根复合管的全斜面进行组对形成坡口结构，坡口的角度在41-59
°
之间，坡口小端的组对间隙在2-4mm之间，两根复合管之间的错变量小于0.5mm；s230、在两根复合管的内部通入保护性气体，使得坡口底部的氧气含量低于200ppm；s240、采用钨极氩弧焊工艺以绕复合管圆周的方式对坡口处进行层叠焊接，并采用不锈钢砂轮片进行层间清理；预热及层间温度控制在65-150℃之间，焊接过程中的焊接热输入控制在0.85-1.52kj/mm之间，且钨极氩弧焊所用氩气为纯度≥99.995％的高纯氩。2.根据权利要求1所述的镍基合金625-x65复合管的焊接方法，其特征在于，在所述步骤s220的组对过程中，坡口角度在45-55
°
之间。3.根据权利要求2所述的镍基合金625-x65复合管的焊接方法，其特征在于，在所述步骤s220的组对过程中，坡口角度为50
°
。4.根据权利要求1所述的镍基合金625-x65复合管的焊接方法，其特征在于，在所述步骤s220的组对过程中，采用氩弧焊进行点焊以固定整圈坡口的结构尺寸，并用不锈钢砂轮片打磨去除坡口处的毛刺和氧化物，且坡口小端处的钝边宽度小于1mm。5.根据权利要求1所述的镍基合金625-x65复合管的焊接方法，其特征在于，在所述步骤s230的通气过程中，保护性气体为氩气，氩气气流量20-25l/min，通气时间在15-20mim之间；并在所述步骤s240的焊接过程中，至少等焊接四圈之后再停止向复合管内部通气。6.根据权利要求1所述的镍基合金625-x65复合管的焊接方法，其特征在于，在所述步骤s240的焊接过程中，所用焊丝类型为aws a5.14ernicrmo-3，焊丝直径2.4mm。7.根据权利要求6所述的镍基合金625-x65复合管的焊接方法，其特征在于，在所述步骤s240的焊接过程中，采用奥康联伯乐生产的型号为utp a6222mo的焊丝。8.根据权利要求1所述的镍基合金625-x65复合管的焊接方法，其特征在于，在所述步骤s240的焊接过程中，氩弧焊机所用的焊接电流100-170a，焊接电压11-14v，焊接速度控制在50-120mm/min之间，高纯氩气流量14-20l/min。9.根据权利要求1所述的镍基合金625-x65复合管的焊接方法，其特征在于，在所述步骤s240的焊接过程中，采用松下公司生产的型号为yc-315txl的氩弧焊机。10.根据权利要求1所述的镍基合金625-x65复合管的焊接方法，其特征在于，所述复合管内衬3mm镍基合金625。

技术总结
本发明涉及一种镍基合金625-X65复合管的焊接方法，将复合管的端面机加工成切向朝管外的全斜面状；将两根复合管的全斜面进行组对形成角度在41-59


技术研发人员：王胜 葛智海 贾会民 陈武梁 曹国龙
受保护的技术使用者：深圳赤湾胜宝旺工程有限公司
技术研发日：2023.08.22
技术公布日：2023/10/6