管道贯穿缺陷的摩擦叠焊修复结构制造技术

本实用新型专利技术公开管道贯穿缺陷的摩擦叠焊修复结构，在管壁裂缝上设置与管道同心的搭接板，沿搭接板的四条边依次设置盲孔，所述盲孔贯穿搭接板，且深入管壁，前后相邻的盲孔彼此搭接，在盲孔内固定设置塞棒。与现有技术相比，相比于常规摩擦叠焊修复缺陷的方法，本实用新型专利技术是围绕搭接板四周打孔，这样就避免了直接在缺陷处打孔，而且焊接完成后，贯穿缺陷被搭接板完全覆盖住，就实现了对贯穿缺陷的修复，也就克服了常规摩擦叠焊修复方法不能对贯穿缺陷修补这一不足。

【技术实现步骤摘要】

本技术属于管道缺陷修复
，更加具体地说，涉及一种水下管道缺陷的固相焊修复结构，特别涉及基于摩擦叠焊管道贯穿缺陷的水下焊接修复结构。
技术介绍
随着海洋资源的不断开发，海底钢铁结构不断增多，特别是深水的海底管道。由于传统的焊接方法受水深的限制，因而产生了摩擦叠焊技术。摩擦叠焊(Friction Stitch Welding，FSW)属于摩擦焊接技术的一种,是英国焊接研究所继1991年左右技术搅拌摩擦焊技术以来在固相连接
的又一重大贡献，是以海洋平台和海底管道修复为主要目的的一种固相焊接方法。由于摩擦叠焊的特点，使得其在水下焊接以及恶劣环境下焊接具有很大的优势，可广泛应用于海洋平台、海底管道、船体修理等众多水下,尤其是深水钢结构的修复。传统熔焊方法修复水下钢结构缺陷，会存在很多弊端，比如，能见度差，焊缝含氢量高，不能修复深水钢结构等。而摩擦叠焊可有效避免这些弊端。摩擦叠焊除了具有摩擦焊的一些优点之外，还具有对水深不敏感，易于实现自动化，环保，焊速快等优点。摩擦叠焊焊接过程简单的来说是用旋转金属棒材(塞棒)填充在管壁上预钻盲孔的过程。目前，应用摩擦叠焊技术修复水下管道，一般只适用于非贯穿缺陷的修补，这是由该技术本身特点所决定的，即通过在管壁上钻盲孔的办法去除掉管壁上的裂纹缺陷，然后用塞棒填充盲孔，焊接过程的初始阶段对焊接质量的影响很大，而初始阶段是旋转的塞棒的底面与盲孔底面的摩擦接触产热，产生的热量使材料发生塑性流动，进而进行接下来的焊接过程。但是如果管壁上的缺陷是贯穿缺陷，即裂纹缺陷贯穿了管壁的整个厚度方向，为了修补缺陷，就要将预钻在管壁上的孔洞贯穿管壁，这样预钻孔就没有底面，就无法实现塞棒底面与孔的底面的摩擦生热，也就无法进行焊接。
技术实现思路
本技术克服了现有技术中的缺点，提供一种管道贯穿缺陷的摩擦叠焊修复结构，旨在能够满足水下施工条件的要求，方便快捷地实现对管道贯穿缺陷的修复，同时又能够较少的调整现有摩擦叠焊的工艺参数。为了解决上述技术问题，本技术是通过以下技术方案实现的：一种管道贯穿缺陷的摩擦叠焊修复结构，在管壁裂缝上设置与管道同心的搭接板，沿搭接板的四条边依次设置盲孔，所述盲孔贯穿搭接板，且深入管壁，前后相邻的盲孔彼此搭接，在盲孔内固定设置塞棒。其中，所述的搭接板完全覆盖管壁裂缝，使裂缝位于搭接板的中间位置。其中所述塞棒的整体为柱形。其中在搭接板的表面上，所述前后相邻的盲孔之间彼此搭接，两个盲孔的重叠面积为盲孔面积的1/5-1/4。其中盲孔深入管壁的深度为管壁厚度的三分之一到二分之一。其中盲孔和塞棒的形状尺寸相匹配。基于摩擦叠焊管道贯穿缺陷的水下焊接修复方法：按照下列步骤进行：步骤1：将与管道同心的搭接板放置于管壁的贯穿缺陷处，使搭接板完全覆盖管壁的贯穿缺陷处；步骤2：在搭接板边缘处打盲孔，盲孔贯穿搭接板并深入管壁，在盲孔中插入一根直径比孔径略小的塞棒，同时在塞棒上施加向下的轴向力并保持进给速度，当塞棒的消耗量达到预设值时，塞棒停止旋转同时给塞棒顶锻力并维持；步骤3：沿着搭接板的四条边的边缘重复步骤2中的打盲孔操作，使后一个盲孔与前一个盲孔有一部分面积相重叠，直至相连的盲孔绕搭接板的四周首尾相接，即可实现管道贯穿缺陷的摩擦叠焊修复结构。在上述技术方案中，在步骤2中，所述的盲孔的直径为9-20mm。在上述技术方案中，在步骤2中，所述的顶锻力大于轴向力。与现有技术相比，本技术的有益效果是：相比于常规摩擦叠焊修复缺陷的方法，本技术是围绕搭接板四周打孔，这样就避免了直接在缺陷处打孔，而且焊接完成后，贯穿缺陷被搭接板完全覆盖住，就实现了对贯穿缺陷的修复，也就克服了常规摩擦叠焊修复方法不能对贯穿缺陷修补这一不足。附图说明图1为本技术的结构示意图。图2为塞棒结构示意图。图3为塞棒与搭接板连接处局部示意图。图4为焊接局部结构示意图。图5为实施例中测定硬度的曲线。其中1为管壁，2为搭接板，3为盲孔，4为塞棒，5为焊缝，6为热影响区，7为内飞边，8为外飞边，a为塞棒上部圆柱直径，b为塞棒下部圆柱直径，c为塞棒底部锥柱锥度，d为塞棒底部锥柱高度，e为塞棒底部拐角处过渡圆弧的半径，f为盲孔锥度，g为搭接板平面上的盲孔圆形直径，h为搭接板厚度，i为塞棒伸入管壁的厚度，j为盲孔底部拐角处过渡圆弧的半径。具体实施方式下面结合附图与具体的实施方式对本技术作进一步详细描述：如附图1—4所示，一种管道贯穿缺陷的摩擦叠焊修复结构，在管壁裂缝上设置与管道同心的搭接板，沿搭接板的四条边依次设置盲孔，所述盲孔贯穿搭接板，且深入管壁，前后相邻的盲孔彼此搭接，在盲孔内固定设置塞棒。其中，所述的搭接板完全覆盖管壁裂缝，使裂缝位于搭接板的中间位置。其中，所述的前后的盲孔之间的重叠面积为孔面积的1/4。基于摩擦叠焊管道贯穿缺陷的水下焊接修复方法：按照下列步骤进行：步骤1：将与管道同心的搭接板放置于管壁的贯穿缺陷处，使搭接板完全覆盖管壁的贯穿缺陷处，步骤2：在搭接板边缘处打盲孔，盲孔贯穿搭接板并深入管壁一定距离，在盲孔中插入一根直径比孔径略小的塞棒，同时在塞棒上施加一个向下的轴向力并保持一定的进给速度，当塞棒的消耗量达到预设值时，塞棒停止旋转同时给塞棒一个顶锻力，顶锻力维持一定时间，步骤3：沿着搭接板的四条边的边缘重复步骤2中的打盲孔操作，使后一个盲孔与前一个盲孔有一部分面积相重叠，直至相连的盲孔绕搭接板的四周首尾相接。在上述技术方案中，在步骤2中，所述的盲孔的直径为10mm。采用上述技术方案进行实际测试如下：1.钢管材料试验所用钢管为上海宝钢生产的X65Mo钢管，实际测试的化学成分如下表所示。表1X65Mo钢管化学成分2.塞棒与盲孔的形状与尺寸试验所用的塞棒及盲孔的形状如图2和图3所示，其中塞棒上部圆柱直径a为20mm，塞棒下部圆柱直径b为16mm，塞棒底部锥柱锥度c为18°，塞棒底部锥柱高度d为25mm，塞棒底部拐角处过渡圆弧的半径e为2mm，盲孔锥度f为20°，搭接板平面上的盲孔圆形直径g为18mm，搭接板厚度h为15mm，塞棒伸入管壁的厚度i为10mm，盲孔底部拐角处过渡圆弧的半径j为2mm。3.硬度测试根据Offshore Standard DNV-OS-F101:Metallographic examination and hardness testing标准，在摩擦叠焊焊机上进行搭接实验，焊接深25mm、直径18mm的盲孔，用直径16mm的塞棒，通过型号为432SVD型自动转塔数显维氏硬度计对焊接接头的硬度进行测试。实验中设置的工艺参数如表2所示，试验测试了焊接接头的硬度分布，整体强度，搭接面处焊缝的抗拉强度，焊缝在0℃下的冲击韧性。表2摩擦锥塞焊焊接参数如图4中所示，L1为焊接接头纵向中心线，L2距上表面2mm，L3距焊接接头底部2mm，硬度值如图5所示。母材的硬度值在215HV10左右，由于强烈的机械搅拌作用，使焊缝中心线的硬度值波动较大，硬度最高值出现在中心偏下位置。观察L2、L3硬度值可知，由焊缝中心至熔合线位置硬度值一直增加，随后硬度值降低。在高温热影响区，由于焊接过程中该处温度较高，使晶粒明显变大，导致硬度值较低；低温热影响区晶粒较小，硬度值升高。在图5中L本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种管道贯穿缺陷的摩擦叠焊修复结构，其特征在于，在管壁裂缝上设置与管道同心的搭接板，沿搭接板的四条边依次设置盲孔，所述盲孔贯穿搭接板，且深入管壁，前后相邻的盲孔彼此搭接，在盲孔内固定设置塞棒。

【技术特征摘要】
1.一种管道贯穿缺陷的摩擦叠焊修复结构，其特征在于，在管壁裂缝上设置与管道同心的搭接板，沿搭接板的四条边依次设置盲孔，所述盲孔贯穿搭接板，且深入管壁，前后相邻的盲孔彼此搭接，在盲孔内固定设置塞棒。2.根据权利要求1所述的一种管道贯穿缺陷的摩擦叠焊修复结构，其特征在于，所述的搭接板完全覆盖管壁裂缝，裂缝位于搭接板的中间位置。3.根据权利要求1所述的一种管道贯穿缺陷的摩擦叠焊修复结构，其特征在于，所述塞棒的...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕小青，贾清松，徐连勇，韩永典，荆洪阳，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：新型
国别省市：天津;12