本發(fā)明涉及鋼制管道內(nèi)壁防腐技術(shù)領(lǐng)域，該方法區(qū)別于一般鋼件耐磨堆焊和尺寸恢復(fù)堆焊，是一種以保證管道焊口良好焊接性能和防腐性能為前提的鋼管管端內(nèi)壁防腐堆焊方法，該方法是保證鋼制管道內(nèi)壁防腐層連續(xù)性的技術(shù)，屬于鋼制管道焊口內(nèi)堆焊防腐技術(shù)的主要部分之一，本發(fā)明尤其涉及一種鋼制管道焊口內(nèi)壁防腐堆焊方法。

背景技術(shù)：

在鋼制管道焊接施工中，因?yàn)楹附訜彷斎氲挠绊?，破壞了管道焊縫區(qū)域的內(nèi)防腐涂層、使焊縫金屬的微觀組織結(jié)構(gòu)發(fā)生了改變，造成管道焊縫耐腐蝕性能降低、焊縫內(nèi)壁區(qū)域先于管道銹蝕引起輸送介質(zhì)泄漏的結(jié)果，降低了管道在線使用壽命。

通過對(duì)鋼管管端內(nèi)壁堆焊一定寬度和厚度的耐蝕合金層，然后對(duì)鋼管內(nèi)壁進(jìn)行防腐處理，在管道焊接連接時(shí)采用復(fù)合焊接技術(shù)，使焊縫區(qū)域的內(nèi)防腐層連續(xù)，是鋼制管道焊口內(nèi)堆焊防腐技術(shù)的主要內(nèi)容之一。

耐蝕合金的Cr含量必須達(dá)到12﹪以上，才能在表面形成鈍化膜，才會(huì)具有防止和延緩銹蝕的性能，由于堆焊線能量使堆焊金屬和母材熔合在一起，引起耐蝕成分的稀釋，熔合區(qū)及堆焊層的Cr含量有時(shí)會(huì)低于12﹪，使堆焊層喪失了耐腐蝕性能。

一般耐蝕合金的熱膨脹系數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于母材，而流體輸送用鋼管的管壁一般較薄，在堆焊后引起鋼管管端大幅縮徑超過了管線鋼管標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的范圍，使鋼制管道焊口內(nèi)堆焊防腐技術(shù)失去了實(shí)用性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種用于鋼管管端內(nèi)壁的耐蝕合金防腐堆焊方法，該方法區(qū)別于一般鋼件耐磨堆焊和尺寸恢復(fù)堆焊，是一種以保證管道焊口良好焊接性能和防腐性能為前提的鋼管管端內(nèi)壁防腐堆焊方法。

該方法不但可以保證防腐堆焊層的防腐性能，還可以保證堆焊線能量輸入引起的鋼管管端縮徑量不超過管線鋼管標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的范圍，以保證鋼制管道焊口內(nèi)堆焊防腐技術(shù)的實(shí)用性，其具體發(fā)明內(nèi)容如下。

（一）堆焊層構(gòu)成：防腐堆焊層由打底過渡層和防腐蓋面層兩部分組成，如（圖1）所示：

1、打底過渡層是在低碳鋼母材上進(jìn)行的第一層堆焊層，該堆焊層的作用在于：

a、堆焊層耐蝕成分的稀釋不會(huì)影響防腐蓋面層的防腐蝕性能；

b、為鋼管內(nèi)壁防腐涂層提供一定寬度的覆蓋搭接區(qū)域，不會(huì)產(chǎn)生鋼管內(nèi)壁防腐涂層的露點(diǎn)；

c、打底過渡堆焊作業(yè)過程的熱輸入引起鋼管管端的徑向膨脹；

2、防腐蓋面層是在打底過渡層上進(jìn)行的第二層堆焊層，該堆焊層的作用在于：

a、焊材成分的稀釋不會(huì)引起堆焊層耐蝕性能的大幅降低；

b、與鋼管內(nèi)壁防腐涂層對(duì)接搭接，防止鋼管內(nèi)壁防腐涂層與堆焊層的對(duì)接搭接部位受到輸送介質(zhì)中所含磨粒的直接磨損；

c、在徑向膨脹后的鋼管管端內(nèi)壁進(jìn)行第二層堆焊，在堆焊層冷卻過程中，最先冷卻收縮的是防腐蓋面堆焊層，當(dāng)冷卻到常溫時(shí)，管端直徑與堆焊前比較不會(huì)產(chǎn)生較大的變化，打底過渡堆焊層收縮應(yīng)力被冷卻后的防腐蓋面層的擴(kuò)張應(yīng)力所抵消，保證了管端縮徑量符合管線鋼管標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的范圍。

（二）堆焊工藝：該防腐堆焊方法的堆焊工藝由堆焊預(yù)處理、電弧預(yù)熱、堆焊方式、堆焊焊道搭接方式和搭接率、堆焊電流變化、空燒固溶等具體方法組成，分述如下：

1、電弧預(yù)熱，為保證堆焊層外觀形態(tài)、成分稀釋的一致性和堆焊作業(yè)過程的穩(wěn)定性及最小的管端縮徑量，需要在堆焊前對(duì)鋼管母材進(jìn)行預(yù)熱，為了避免感應(yīng)預(yù)熱的繁瑣和火焰預(yù)熱的安全風(fēng)險(xiǎn)，采用鎢極電弧預(yù)熱，預(yù)熱的位置在預(yù)堆焊管端的廢料區(qū)進(jìn)行，廢料區(qū)如（圖3）所示；

2、在電弧電壓確定和自動(dòng)穩(wěn)弧條件下，堆焊電流的大小以及變化直接影響堆焊層成分稀釋率和焊道外觀形態(tài)，為獲得較小稀釋率的堆焊層，一般采用小電流堆焊以控制母材較小的熔深，但較小電流形成的堆焊焊道形態(tài)無法保證堆焊層的總體平整度，較小電流堆焊焊道截面形態(tài)如（圖4-a）所示，當(dāng)采用較小的基值電流配合較大的峰值電流進(jìn)行變電流堆焊時(shí)，堆焊焊道截面形態(tài)可以保證焊道搭接后的焊層平整度，變電流堆焊焊道截面形態(tài)如（圖4-b）所示；

3、空燒固溶：為了保證防腐堆焊層與鋼管母材交界界面、打底過渡堆焊層與防腐蓋面堆焊層的交界界面平滑過渡，需要在堆焊過程中對(duì)交界界面進(jìn)行不送絲鎢極電弧空燒，對(duì)界面的最后一圈焊道進(jìn)行固溶處理，空燒固溶位置和效果如（圖5）所示。

本發(fā)明所述的一種鋼制管道焊口內(nèi)壁防腐堆焊方法的具體實(shí)施步驟如下：

（一）管端內(nèi)壁預(yù)處理步驟：鋼管內(nèi)壁車削加工如（圖2）所示；

（二）管端電弧預(yù)熱步驟：

1、將預(yù)堆焊鋼管按要求裝卡在自動(dòng)堆焊機(jī)上；

2、調(diào)整堆焊機(jī)鎢極對(duì)準(zhǔn)堆焊廢料區(qū)位置并調(diào)整與母材的合適距離；

3、設(shè)定鋼管轉(zhuǎn)速；

4、設(shè)定鎢極擺動(dòng)幅度和電弧電流和電壓；

5、啟動(dòng)堆焊機(jī)使其旋轉(zhuǎn)一周，鋼管管端廢料區(qū)溫度控制在150～200℃范圍之內(nèi)；

（三）打底過渡層防腐堆焊步驟：

1、將堆焊鎢極調(diào)整到鋼管內(nèi)壁堆焊起點(diǎn)位置；

2、設(shè)定道搭接方法和搭接率、鎢極擺動(dòng)幅度；

3、設(shè)定正常堆焊基值電流，基值電流以控制最小的母材熔深并能夠正常堆焊為前提，基值電流一般不大于130A；

4、設(shè)定鎢極擺動(dòng)換向點(diǎn)的瞬間脈沖峰值電流，峰值電流一般高于基值電流；

5、啟動(dòng)堆焊機(jī)和送絲機(jī)，在鎢極電弧和母材之間送入耐蝕合金焊絲并使之熔化堆焊在母材上；

6、按預(yù)先設(shè)定的堆焊參數(shù)實(shí)施自動(dòng)旋轉(zhuǎn)堆焊，堆焊層的厚度由設(shè)定的送絲速度決定；

7、當(dāng)堆焊層寬度達(dá)到設(shè)計(jì)寬度后，僅停止送絲，使鋼管繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，對(duì)最后一道焊道進(jìn)行空燒固溶處理；

（四）防腐蓋面層防腐堆焊步驟：重復(fù)步驟（三）；

（五）坡口加工步驟：用等離子或機(jī)械設(shè)備，在切除廢料區(qū)的同時(shí)，加工鋼管坡口；

至此，鋼管管端內(nèi)壁防腐堆焊過程完成，防腐堆焊完成后的成品如（圖6）所示。

本發(fā)明還具有如下特征：

1、 所述步驟（二）中的電弧預(yù)熱；

2、 所述步驟（三）中基值電流和峰值電流的配合；

3、 所述步驟（三）中的空燒固溶；

4、 所述步驟（四）中重復(fù)步驟（三）。

本發(fā)明的原理在于：

1、 堆焊前預(yù)熱可以使鋼管管端在徑向膨脹的狀態(tài)下堆焊，減少鋼管管端冷卻后的縮徑量；

2、 較小的堆焊基值電流，雖然可以有效的減少電弧對(duì)低碳鋼鋼管母材的熔深，但無法保證焊道形態(tài)，在后一焊道與前一焊道覆蓋搭接時(shí)容易引起氣孔的產(chǎn)生，通過較大的鎢極擺動(dòng)換向點(diǎn)的瞬間峰值脈沖電流，可以控制焊道形態(tài)，控制焊道搭接位置的氣孔形成，保證堆焊層的平整度；

3、 鋼管管端內(nèi)壁堆焊后，堆焊層與母材交界界面容易形成鈍角夾角，在鋼管內(nèi)壁涂覆防腐涂料時(shí)，無法保證涂料完全浸入夾角縫隙內(nèi)，涂膜固化后，無法保證夾角縫隙與防腐涂膜緊密結(jié)合，形成防腐露點(diǎn)，通過空燒固溶，實(shí)現(xiàn)了堆焊層與母材、防腐蓋面堆焊層與打底過渡堆焊層交界界面的平滑過渡，為鋼管內(nèi)壁防腐涂層與堆焊層之間的平滑覆蓋搭接過渡提供了良好的條件。

發(fā)明效果

本發(fā)明的優(yōu)勢(shì)在于：

1、 通過電弧預(yù)熱使鋼管管端在徑向膨脹的狀態(tài)下堆焊，維持了堆焊作業(yè)溫度，減少了鋼管管端冷卻后的縮徑量，降低了其他預(yù)熱方式的安全風(fēng)險(xiǎn)，提高了預(yù)熱作業(yè)效率；

2、 通過較小的堆焊基值電流，可以有效的減少電弧對(duì)低碳鋼鋼管母材的熔深和耐蝕成分的稀釋，保證了堆焊層的防腐性能；通過較大的鎢極擺動(dòng)換向點(diǎn)的瞬間峰值脈沖電流，控制了焊道形態(tài)，控制了焊道搭接位置的氣孔形成，保證了堆焊層的平整度；

3、 通過空燒固溶，保證了堆焊層與母材、防腐蓋面堆焊層與打底過渡堆焊層交界界面的平滑過渡，為鋼管內(nèi)壁防腐涂層與堆焊層之間的平滑覆蓋搭接過渡提供了良好的條件。

附圖說明

摘要附圖：本圖是用于鋼制管道焊口內(nèi)壁的防腐堆焊效果圖，1）鋼管母材；2）鋼管內(nèi)壁防腐涂層；3）鋼管內(nèi)壁預(yù)處理寬度位置；4）打底過渡堆焊層；5）防腐蓋面堆焊層；6）坡口。

說明書附圖1：本圖是防腐堆焊層構(gòu)成圖，1）鋼管母材；2）鋼管內(nèi)壁打底過渡堆焊層；3）鋼管內(nèi)壁防腐蓋面堆焊層；4）坡口。

說明書附圖2：本圖是鋼管管端內(nèi)壁車削加工預(yù)處理示意圖，1）鋼管母材；2）堆焊預(yù)處理機(jī)械加工面。

說明書附圖3：本圖是防腐堆焊電弧預(yù)熱廢料區(qū)示意圖，1）鋼管母材；2）鋼管內(nèi)壁起始堆焊位置；3）廢料區(qū)。

說明書附圖4：本圖是焊接電流對(duì)堆焊層成分稀釋率和焊道外觀形態(tài)影響示意圖，a）基值電流堆焊焊道截面形態(tài)；b）基值電流加峰值電流堆焊焊道截面形態(tài)。

說明書附圖5：本圖是防腐堆焊空燒固溶位置和效果示意圖，1）鋼管母材；2）打底過渡堆焊層空燒固溶位置；3）防腐蓋面堆焊層空燒固溶位置。

說明書附圖6：本圖是用于鋼制管道焊口內(nèi)壁的防腐堆焊效果圖，1）鋼管母材；2）鋼管內(nèi)壁防腐涂層；3）鋼管內(nèi)壁預(yù)處理寬度位置；4）打底過渡堆焊層；5）防腐蓋面堆焊層；6）坡口。

具體實(shí)施方式

（一） 將預(yù)進(jìn)行管端防腐堆焊的鋼管裝卡在靠壁式浮動(dòng)車削機(jī)床上，調(diào)整靠壁輪彈性緊貼鋼管管端外壁，調(diào)整內(nèi)孔車刀與靠壁輪外徑的距離至要求的最終鋼管壁厚，浮動(dòng)車削鋼管內(nèi)壁至按照設(shè)計(jì)規(guī)定的堆焊層寬度加上廢料區(qū)寬度，保證預(yù)堆焊面潔凈無銹蝕，無油污如（圖2）所示；

（二） 無送絲啟動(dòng)堆焊機(jī)在圖3-3所示的廢料區(qū)開始對(duì)鋼管管端進(jìn)行電弧預(yù)熱一周或兩周，使鋼管管端外壁溫度達(dá)到堆焊工藝要求；

（三） 在圖3-2所示的位置，按照步驟（三）規(guī)定的方法進(jìn)行打底過渡堆焊層的堆焊作業(yè)；

（四） 在堆焊到設(shè)計(jì)堆焊層寬度位置時(shí)，按照步驟（三）所述，對(duì)最后一道焊道進(jìn)行空燒固溶處理；

（五） 重復(fù)（三）、（四）過程進(jìn)行防腐蓋面堆焊層的堆焊作業(yè)；

（六） 按步驟（五）進(jìn)行鋼管坡口的機(jī)械加工。

以上所述，僅為本發(fā)明的具體實(shí)施方法，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，均可輕易想到變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)，因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)以所述權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。