提高机械结合型双金属复合管中覆层与基层结合强度的方法技术

本发明专利技术公开了一种提高机械结合型双金属复合管中覆层与基层结合强度的方法，包括以下步骤：1)对机械结合型双金属复合管的内表面进行预处理；2)在机械结合型双金属复合管的覆层表面进行激光搭接焊，并在机械结合型双金属复合管的内壁上形成横截面为酒杯状的焊缝；3)采用激光填丝堆焊的方法在步骤2)得到的横截面为酒杯状的焊缝上依次堆焊形成第一道焊缝、第二道焊缝及第三道焊缝，完成机械结合型层状双金属复合管的搭接焊。该方法能够通过激光焊和激光填丝焊直接高效的提高机械结合型双金属复合管中覆层和基层的结合强度，并保证覆层一侧焊缝的耐腐蚀服役能力。

Method for improving bonding strength between coating and base layer in mechanical composite type bimetal composite pipe

The invention discloses a method for improving mechanical bond strength of the coating layer and the base layer are combined type double metal composite pipe, which comprises the following steps: 1) on the inner surface with mechanical type double metal composite pipe pretreatment; 2) in the combined mechanical type double metal composite pipe coating surface in laser welding combined with the inner wall type, double metal composite pipe is formed on the cross section of weld shape in glass machinery; 3) using the method of wire filling laser welding in step 2) cross section of the weld shape glass in turn on the surfacing weld, forming the first second and three weld seam, with complete mechanical lapping welding type layered double metal composite pipe. The method can directly and effectively improve the bonding strength between the coating and the base layer of the mechanically combined bimetallic composite pipe by laser welding and laser wire filling welding, and guarantee the corrosion resistance service ability of the welding seam on the side of the coating.

【技术实现步骤摘要】
提高机械结合型双金属复合管中覆层与基层结合强度的方法
本专利技术属于焊接
，涉及一种提高机械结合型双金属复合管中覆层与基层结合强度的方法。
技术介绍
为了迎合日益增长的能源需求，海洋石油开发正逐渐走向高难度的油气田开采活动中，同时也面对恶劣的开采环境，高腐蚀的油气组分，更深水域和更长的回接距离等挑战。因此，对于深水气田的开采，采用“不锈钢/碳钢”双金属复合管的方案是当下国内外研究的热门。机械结合型“不锈钢/碳钢”双金属复合管是通过燃爆法进行复合的一种层状双金属复合材料，复合管内层为316不锈钢材料，外层为Q235B碳钢材料，兼具了覆层不锈钢耐腐蚀的优点和基层碳钢价格低廉的优点，被大量用于海底油气输送管的直管段。由于海底环境条件复杂，在使用过程中该复合管会出现内侧不锈钢覆层起皱、鼓包，以及覆层和基层分离的现象。针对上述问题，很多学者展开了大量研究。许爱华等对西气东输用油气田双金属复合管施工和焊接技术采用特殊坡口形式、焊接工序等工艺方法，解决了焊接难题，如在基层焊接时加入了一块截面为等腰梯形的定位块，保证了坡口组对的间隙均匀性和根焊时不移位。张万鹏等研究主体材料316/20g复合管采用焊条电弧焊打底、过渡(焊接材料为2.5mm的A042A焊条)和盖面的焊接工艺。研究了焊接接头的化学成分、金相组织耐蚀性等，结果表明过渡层焊缝的化学成分与316L母材相当，γ+δ双相组织，焊接接头的抗电化学腐蚀性能可满足焊接接头的应用要求。纪永杰等针对0Cr18Ni9/Q235不锈钢复合板的焊接进行了焊缝跟踪技术研究，并采用图像处理法测定了在不同焊接工艺条件下接头熔合比的变化，结果表明，焊接接头的熔合比随电弧功率的增加不断增加，但是随焊接速度的变化不明显。此外，熔合比还与焊丝伸出长度成正比。总体来说，双金属复合管的焊接工艺研究主要集中于复合管的对接接头的焊接，通常采用特殊坡口和过渡层焊缝来解决，采用的方法主要是电弧焊或气体保护焊的方法，对于通过激光焊来提高机械结合型双金属复合管中覆层与基层结合强度的研究甚少。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种提高机械结合型双金属复合管中覆层与基层结合强度的方法，该方法能够通过激光焊和激光填丝焊直接高效的提高机械结合型双金属复合管中覆层与基层的结合强度，并保证覆层一侧焊缝的耐腐蚀服役能力。为达到上述目的，本专利技术所述的提高机械结合型双金属复合管中覆层与基层结合强度的方法包括以下步骤：1)对机械结合型双金属复合管的内表面进行预处理；2)在机械结合型双金属复合管的覆层表面进行激光搭接焊，并在机械结合型双金属复合管的内壁上形成横截面为酒杯状的焊缝；3)采用激光填丝堆焊的方法在步骤2)得到的横截面为酒杯状的焊缝上依次堆焊形成第一道焊缝、第二道焊缝及第三道焊缝，完成机械结合型层状双金属复合管的搭接焊，其中，第一道焊缝、第二道焊缝及第三道焊缝的材质与机械结合型双金属复合管中覆层的材质相同，第一道焊缝、第二道焊缝及第三道焊缝完全覆盖步骤2)得到的横截面为酒杯状焊缝的表面。机械结合型双金属复合管中的覆层与基层通过燃爆法或胀接法形成机械结合。机械结合型双金属复合管中覆层的材质为双相不锈钢、301奥氏体不锈钢、302奥氏体不锈钢、303奥氏体不锈钢、304奥氏体不锈钢、309奥氏体不锈钢、316奥氏体不锈钢或321奥氏体不锈钢；机械结合型双金属复合管中基层的材质为碳钢或低合金钢。机械结合型双金属复合管的内径大于等于300mm。步骤1)的具体操作为：对机械结合型双金属复合管的内表面进行打磨，再用丙酮对机械结合型双金属复合管的内表面擦拭后吹干。步骤3)中，在惰性气体保护的气氛中，采用激光填丝堆焊的方法在步骤2)得到的横截面为酒杯状的焊缝上依次堆焊形成第一道焊缝、第二道焊缝及第三道焊缝。横截面为酒杯状的焊缝在机械结合型双金属复合管的基层中的熔化深度小于等于1mm；且横截面为酒杯状的焊缝在机械结合型双金属复合管的基层中融化区域的宽度为在机械结合型双金属复合管的覆层中融化区域宽度的25％-30％。步骤3)中采用激光填丝堆焊的方法在步骤2)得到的横截面为酒杯状的焊缝上依次堆焊形成第一道焊缝、第二道焊缝及第三道焊缝的过程中，填丝焊成形焊缝熔深小于机械结合型双金属复合管中覆层的厚度。本专利技术具有以下有益效果：本专利技术所述的提高机械结合型双金属复合管中覆层与基层结合强度的方法在具体操作时，先在机械结合型双金属复合管的内壁上形成横截面为酒杯状的焊缝，然后采用激光填丝堆焊的方法在所述焊缝中依次堆焊形成第一道焊缝、第二道焊缝及第三道焊缝，相对于传统的电弧焊及气体保护焊，本专利技术采用激光填丝堆焊的方法具有成形焊缝窄、焊接热输入小及焊缝变形小的特点，同时实现覆层与基层的冶金结合，有效的防止机械结合型复合管服役中覆层起皱及鼓包问题，同时避免覆层与基层分离的问题，提高机械结合型双金属复合管中覆层与基层的结合强度。同时焊缝的横截面为酒杯状结构，使下部基层的熔化量小于上部覆层的熔化量，从而使覆层熔化区的合金元素稀释程度低、耐腐蚀性能损失小，保证覆层侧焊缝具有足够的耐腐蚀服役能力。附图说明图1为本专利技术的焊接工艺示意图；图2为本专利技术中机械结合型双金属复合管的示意图；图3为本专利技术中激光填丝堆焊的方法的示意图；图4为本专利技术中激光搭接焊接头横截面的形貌图；图5为本专利技术中最终焊接接头横截面的形貌图；图6为图5中A处的放大图；图7为本专利技术中最终得到的焊接接头与不锈钢母材电化学腐蚀极化曲线图。其中，1为覆层、2为基层、3为激光束、4为第一道焊缝、5为第二道焊缝、6为第三道焊缝。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做进一步详细描述：参考图1，本专利技术所述的提高机械结合型双金属复合管中覆层与基层结合强度的方法包括以下步骤：1)对机械结合型双金属复合管的内表面进行预处理；2)在机械结合型双金属复合管的覆层1表面进行激光搭接焊，并在机械结合型双金属复合管的内壁上形成横截面为酒杯状的焊缝；3)采用激光填丝堆焊的方法在步骤2)得到的横截面为酒杯状的焊缝上依次堆焊形成第一道焊缝4、第二道焊缝5及第三道焊缝6，完成机械结合型层状双金属复合管的搭接焊，其中，第一道焊缝4、第二道焊缝5及第三道焊缝6的材质与机械结合型双金属复合管中覆层1的材质相同，第一道焊缝4、第二道焊缝5及第三道焊缝6完全覆盖步骤2)得到的横截面为酒杯状焊缝的表面。机械结合型双金属复合管中的覆层1与基层2通过燃爆法或胀接法形成机械结合。机械结合型双金属复合管中覆层1的材质为双相不锈钢、301奥氏体不锈钢、302奥氏体不锈钢、303奥氏体不锈钢、304奥氏体不锈钢、309奥氏体不锈钢、316奥氏体不锈钢或321奥氏体不锈钢；机械结合型双金属复合管中基层2的材质为碳钢或低合金钢。机械结合型双金属复合管的内径大于等于300mm。步骤1)的具体操作为：对机械结合型双金属复合管的内表面进行打磨，再用丙酮对机械结合型双金属复合管的内表面擦拭后吹干。步骤3)中，在惰性气体保护的气氛中，采用激光填丝堆焊的方法在步骤2)得到的横截面为酒杯状的焊缝上依次堆焊形成第一道焊缝4、第二道焊缝5及第三道焊缝6。横截面为酒杯状的焊缝在机械结合型双金属复合管的基层2中的熔化深度小于等于1mm；且横截面为酒杯状的焊缝在机本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种提高机械结合型双金属复合管中覆层与基层结合强度的方法，其特征在于，包括以下步骤：1)对机械结合型双金属复合管的内表面进行预处理；2)在机械结合型双金属复合管的覆层(1)表面进行激光搭接焊，并在机械结合型双金属复合管的内壁上形成横截面为酒杯状的焊缝；3)采用激光填丝堆焊的方法在步骤2)得到的横截面为酒杯状的焊缝上依次堆焊形成第一道焊缝(4)、第二道焊缝(5)及第三道焊缝(6)，完成机械结合型层状双金属复合管的搭接焊，其中，第一道焊缝(4)、第二道焊缝(5)及第三道焊缝(6)的材质与机械结合型双金属复合管中覆层(1)的材质相同，第一道焊缝(4)、第二道焊缝(5)及第三道焊缝(6)完全覆盖步骤2)得到的横截面为酒杯状焊缝的表面。

【技术特征摘要】
1.一种提高机械结合型双金属复合管中覆层与基层结合强度的方法，其特征在于，包括以下步骤：1)对机械结合型双金属复合管的内表面进行预处理；2)在机械结合型双金属复合管的覆层(1)表面进行激光搭接焊，并在机械结合型双金属复合管的内壁上形成横截面为酒杯状的焊缝；3)采用激光填丝堆焊的方法在步骤2)得到的横截面为酒杯状的焊缝上依次堆焊形成第一道焊缝(4)、第二道焊缝(5)及第三道焊缝(6)，完成机械结合型层状双金属复合管的搭接焊，其中，第一道焊缝(4)、第二道焊缝(5)及第三道焊缝(6)的材质与机械结合型双金属复合管中覆层(1)的材质相同，第一道焊缝(4)、第二道焊缝(5)及第三道焊缝(6)完全覆盖步骤2)得到的横截面为酒杯状焊缝的表面。2.根据权利要求1所述的提高机械结合型双金属复合管中覆层与基层结合强度的方法，其特征在于，械结合型双金属复合管中的覆层(1)与基层(2)通过燃爆法或胀接法形成机械结合。3.根据权利要求1所述的提高机械结合型双金属复合管中覆层与基层结合强度的方法，其特征在于，械结合型双金属复合管中覆层(1)的材质为双相不锈钢、301奥氏体不锈钢、302奥氏体不锈钢、303奥氏体不锈钢、304奥氏体不锈钢、309奥氏体不锈钢、316奥氏体不锈钢或321奥氏体不锈钢；机械结合型双金属复合管中基层(2)的材质为碳钢或低合金钢。4.根据权利要求1所述的提高机械...

【专利技术属性】
技术研发人员：张林杰，刘江哲，王小艳，魏帆，宁杰，白清林，杨健楠，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61