一種純鈦或鈦合金/碳鋼層狀復(fù)合焊管的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種純鈦或鈦合金/碳鋼層狀復(fù)合焊管的制造方法，本發(fā)明的制造方法通過采用“U+V”特型復(fù)合坡口設(shè)計，采用MAG焊、MIG焊和TIG焊分別依次按照碳鋼層、Cu過渡層、V過渡層和純鈦或鈦合金層熔敷區(qū)的先后順序進行焊接，并通過對Cu過渡層、V過渡層厚度的控制，解決了鈦/鋼層狀復(fù)合管異種材料間的熔焊連接問題，避免了碳鋼和純鈦或鈦合金的互溶，既能保證純鈦或鈦合金復(fù)合層的耐腐蝕性，又能確保碳鋼基層的強韌化要求；本發(fā)明的純鈦或鈦合金/碳鋼層狀復(fù)合焊管的焊縫具有較好的外觀形貌和優(yōu)良的力學(xué)性能指標，可用于國家油氣開采和管網(wǎng)建設(shè)。
【專利說明】
一種純鈦或鈦合金/碳鋼層狀復(fù)合焊管的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
[0001] 本發(fā)明屬于層狀復(fù)合焊管制造技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種純鈦或鈦合金/碳鋼層狀 復(fù)合焊管的制造方法。
【背景技術(shù)】：
[0002] 腐蝕是一項全球性問題，嚴重影響了社會發(fā)展和人類安全，我國每年因腐蝕造成 的損失超過1萬億人民幣。腐蝕是造成石油石化行業(yè)裝備失效、事故頻發(fā)的主要因素之一， 我國管道每年因腐蝕穿孔事故多達2萬次，更換管道400km;管道事故中，因腐蝕導(dǎo)致的占 30% 〇
[0003] 由于鈦在大多數(shù)水溶液中，能在其表面生成鈍化膜，因此，其在酸性、堿性、中性鹽 水溶液(除強酸溶液HF和部分強堿溶液)和氧化性介質(zhì)中具有很好的穩(wěn)定性和優(yōu)越的耐蝕 性能，比現(xiàn)有的不銹鋼、鎳基合金鋼、耐蝕合金鋼和其它常用有色金屬的耐腐蝕性都好。 [0004]純鈦或鈦合金/碳鋼層狀復(fù)合焊管綜合了鈦或鈦合金材料卓越的耐蝕性、輕質(zhì)性 和碳鋼材質(zhì)優(yōu)良的力學(xué)性能，并能顯著降低原料成本，而被廣泛應(yīng)用于航空、航天、航海和 油氣儲運工程等領(lǐng)域。普通鋼材在上述使用場合長時間服役，極易受輸送介質(zhì)中高腐蝕性 成分(如30 2、出5、(：1'〇)2等)作用在管道內(nèi)壁形成點狀腐蝕坑、硫化物應(yīng)力腐蝕開裂和氫致 開裂等，使設(shè)備存在嚴重安全隱患，嚴重時將引發(fā)災(zāi)難性后果，造成無法估量的經(jīng)濟損失和 環(huán)境破壞。因此，更安全、更環(huán)保、更經(jīng)濟的輸送管道建設(shè)無疑對管道的耐腐蝕性、可靠性、 和經(jīng)濟性提出了更高要求，也將成為未來管道開發(fā)的前沿方向。而純鈦或鈦合金/碳鋼層狀 復(fù)合焊管的應(yīng)用將能有效解決抗腐蝕問題，能達到安全、環(huán)保和經(jīng)濟的目標。
[0005]純鈦或鈦合金/碳鋼層狀復(fù)合焊管，具有優(yōu)良的界面結(jié)合強度，能很好避免分層、 塌陷等質(zhì)量問題;能滿足強腐蝕性介質(zhì)儲運服役條件要求，最大限度地實現(xiàn)材料的優(yōu)勢互 補，顯著降低管道建設(shè)成本，提高管道耐蝕性和安全可靠性。將有效解決我國塔里木油田、 長慶油田、西南油田等各大油田由于"四高一低"（即高CO 2、高貼、高CF、高礦化度、低PH值） 引起的原油集輸和煉化中出現(xiàn)的儲運設(shè)備腐蝕失效等問題，為國家油氣開采和管網(wǎng)建設(shè)提 供支撐。
[0006] 純鈦或鈦合金/碳鋼層狀復(fù)合焊管，機械性能(包括拉伸性能、低溫沖擊韌性、DWTT 性能、焊縫彎曲性能等)主要由外層碳鋼貢獻，而純鈦或鈦合金復(fù)合層主要起抗腐蝕作用。 目前國內(nèi)關(guān)于復(fù)合管普遍采用的制管方法有離心澆鑄、冷加工擴散退火、液壓脹合、爆炸復(fù) 合、擴散復(fù)合等。
[0007] 2013年10月16日公布的公布號為CN 103350124A的中國發(fā)明專利，專利名稱為一 種輸送石油天然氣的直縫雙金屬復(fù)合焊管的制造方法，該制造方法為:將復(fù)層為耐蝕合金 層和基層為碳鋼以"爆炸+熱乳"方式結(jié)合在一起的雙金屬復(fù)合板通過JCOE成型工藝成型為 直縫管狀，最后通過焊接工藝將直縫焊接制成復(fù)層在內(nèi)基層在外的直縫雙金屬復(fù)合焊管； "爆炸+熱乳"方式結(jié)合在一起的雙金屬復(fù)合板，實現(xiàn)層狀復(fù)合板的冶金結(jié)合，本發(fā)明主要是 針對純鈦或鈦合金/碳鋼層狀復(fù)合焊管的制造，由于鈦及鈦合金比較活波，層間易產(chǎn)生脆硬 相，上述制造方法中的破口設(shè)計以及焊接工藝不適用于本發(fā)明。

【發(fā)明內(nèi)容】
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[0008] 為了克服上述技術(shù)問題，本發(fā)明的目的是提供一種純鈦或鈦合金/碳鋼層狀復(fù)合 焊管的制造方法，通過本發(fā)明的制造方法可使各熔敷區(qū)金屬過渡熔焊連接質(zhì)量可靠，避免 層間脆硬相的產(chǎn)生，從而實現(xiàn)純鈦或鈦合金/碳鋼層狀復(fù)合焊管的可靠焊接，并能保證焊縫 具有可靠的焊接質(zhì)量和優(yōu)良的綜合力學(xué)性能。
[0009] 為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:一種純鈦或鈦合金/碳鋼層狀 復(fù)合焊管的制造方法，主要步驟為：
[0010] 步驟1:將純鈦或鈦合金層和碳鋼層通過爆炸+熱乳方式制備成層狀結(jié)構(gòu)的復(fù)合板 材，碳鋼層和純鈦或鈦合金層兩者之間為冶金結(jié)合；
[0011]步驟2 :復(fù)合板材采用"U+V"特型復(fù)合坡口設(shè)計，純鈦或鈦合金層一側(cè)為"U"型坡 口，寬度為5~8mm，深度為4~6mm，底部為圓弧狀過渡且深度大于純鈦或鈦合金層厚度;碳 鋼層一側(cè)為"V"型坡口，坡口角度為60~80°，寬度為13~20mm，深度為13~25mm;兩坡口交 匯于碳鋼側(cè)；
[0012] 步驟3:坡口加工完后，采用JCO多道次漸進壓制成管狀，純鈦或鈦合金層在管內(nèi) 偵I碳鋼層在管外側(cè);然后采用MAG焊對碳鋼層外坡口進行多層多道次小線能量焊接，形成 碳鋼層MAG熔敷區(qū)，焊接過程碳鋼層背面"U"型坡口及附近10~20mm寬度范圍內(nèi)進行惰性氣 體保護；
[0013] 步驟4:碳鋼層一側(cè)完成焊接后空冷至室溫，對內(nèi)部純鈦或鈦合金層坡口進行清根 處理，使坡口底部為圓弧狀過渡，對坡口附近區(qū)域進行拋光并用丙酮和乙醇進行整個清洗 且迅速吹干；
[0014] 步驟5:內(nèi)部純鈦或鈦合金層一側(cè)"U"型坡口清理吹干后，采用MIG焊進行Cu過渡層 焊接，Cu過渡層厚度與純鈦或鈦合金/碳鋼爆炸接合面平齊或超出0~0.5mm，且完全覆蓋下 層碳鋼;Cu過渡層完成焊接后，采用TIG焊進行V過渡層焊接，V過渡層厚度為0~0.5mm，且完 全覆蓋于Cu過渡層之上;完成V過渡層焊接后，對坡口內(nèi)進行清理，然后采用TIG對純鈦或鈦 合金層外部坡口進行填充蓋面焊接，形成純鈦或鈦合金層TIG熔敷區(qū)，整個焊接過程均采用 惰性氣體焊縫區(qū)及附近區(qū)域充分保護，所有焊接完成后，形成直縫層狀復(fù)合焊管。
[0015] 上述純鈦或鈦合金層厚度為1~4mm。
[0016]上述純鈦或鈦合金為TAl、TA2、TA3、TA4、TA5、TA6、TA7、TA8、TA8-1、TA9、TA9-1、 TAl0、TAlI、TAl5、TAl7、TAl8、TCl、TC2、TC3、TC4或TC4ELI。
[0017] 上述碳鋼為9235、0345452460465470480490或乂100碳素結(jié)構(gòu)鋼、壓力容器 鋼和尚強尚初管線鋼。
[0018] 本發(fā)明的有益效果：
[0019] 本發(fā)明通過采用"U+V"特型復(fù)合坡口設(shè)計，采用MG焊、MIG焊和TIG焊，分別依次按 照碳鋼層、Cu過渡層、V過渡層和純鈦或鈦合金層熔敷區(qū)的先后順序進行焊接，并通過對Cu 層、V層厚度的控制，使各熔敷區(qū)金屬過渡熔焊連接質(zhì)量可靠，避免層間脆硬相的產(chǎn)生，實現(xiàn) 純鈦或鈦合金/碳鋼層狀復(fù)合焊管的可靠焊接，保證了焊縫的焊接質(zhì)量和優(yōu)良的綜合力學(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】作進一步詳細地描述。
[0021 ]圖1為本發(fā)明純鈦或鈦合金/碳鋼層狀復(fù)合焊管結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022] 圖2為圖1中復(fù)合焊管整體焊縫的局部放大圖。
[0023] 附圖標記說明：1為碳鋼層;2為純鈦或鈦合金層;3為復(fù)合焊管整體焊縫;4為純鈦 或鈦合金層TIG熔敷區(qū)；5為V過渡層;6為Cu過渡層;7為碳鋼層MG熔敷區(qū)。
【具體實施方式】：
[0024]參見圖1，以爆炸+熱乳工藝復(fù)合的TA1/X65純鈦/碳鋼層狀復(fù)合板材為實驗原料板 材，純鈦層2-面在上，碳鋼層1 一面在下，清理板材雙面雜物、硬塊等，對板材兩邊根據(jù)圖1 中坡口設(shè)計形式進行焊接特性坡口加工，然后采用JCO多道次漸進壓制成管狀，再采用本發(fā) 明中所涉及到的焊接工藝及方法進行焊接，形成復(fù)合焊管整體焊縫3,最終制成層狀復(fù)合焊 管。
[0025] 管內(nèi)焊"U"型坡口深度和寬度分別為4~6_和5~7mm且坡口底部為圓弧狀(如圖1 所示），碳鋼層1 一側(cè)"V"型坡口寬度和角度分別為13~20mm和60~80°，待完成JCO成型合縫 后，先從碳鋼側(cè)外坡口進行MAG焊接，形成碳鋼層MAG熔敷區(qū)7，用H08Mn2SiA(<P1.2mm)焊絲； 待完成碳鋼側(cè)焊接后，從鋼管內(nèi)側(cè)即純鈦層2-側(cè)進行坡口清根和潔凈化處理，然后采用φ 1.2mm的純Cu焊絲進行MIG焊接;待Cu過渡層6完成焊接后用Φ〇. 8mm的V過渡材料焊絲進行V 過渡層5的TIG焊接;最后進行純鈦層2的TIG填充、蓋面焊，形成純鈦層TIG熔敷區(qū)4,采用的 是TAl焊絲(φ?.0mm)。焊接工藝參數(shù)如下表1、2所示，管體及焊縫性能如表3所示：
[0026] 表1碳鋼層一側(cè)MAG焊接參數(shù)
[0027]
[0028]表2過渡層和復(fù)層焊接參數(shù)
[0031]表3焊管管體及焊縫性能測試結(jié)果
[0033] 本發(fā)明適合于大口徑(直徑^508mm)、薄復(fù)層(厚度<4mm)的純鈦或鈦合金/碳鋼 層狀復(fù)合焊管的工程化、批量化生產(chǎn)，具有很高的實用價值。
[0034]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. 一種純鈦或鈦合金/碳鋼層狀復(fù)合焊管的制造方法，包括將純鈦或鈦合金層(2)和碳 鋼層（1)通過爆炸+熱乳方式制備成層狀結(jié)構(gòu)的復(fù)合板材，其特征在于:所述制造方法還包 括以下步驟： 步驟1:所述復(fù)合板材制備完成后進行破口加工，復(fù)合板材采用"U+V"特型復(fù)合坡口設(shè) 計，純鈦或鈦合金層(2)-側(cè)為"U"型坡口，寬度為5~8mm，深度為4~6mm，底部為圓弧狀過 渡且深度大于純鈦或鈦合金層(2)厚度;碳鋼層(1)一側(cè)為"V"型坡口，坡口角度為60~80°， 寬度為13~20mm，深度為13~25mm;兩坡口交匯于碳鋼側(cè)； 步驟2:坡口加工完后，采用JCO多道次漸進壓制成管狀，純鈦或鈦合金層(2)在管內(nèi)側(cè)， 碳鋼層(1)在管外側(cè);然后采用MG焊對碳鋼層（1)外坡口進行多層多道次小線能量焊接，形 成碳鋼層MG熔敷區(qū)（7)，焊接過程碳鋼層⑴背面"U"型坡口及附近10~20mm寬度范圍內(nèi)進 行惰性氣體保護； 步驟3:碳鋼層（1) 一側(cè)完成焊接后空冷至室溫，對內(nèi)部純鈦或鈦合金層(2)坡口進行清 根處理，使坡口底部為圓弧狀過渡，對坡口附近區(qū)域進行拋光并用丙酮和乙醇進行整個清 洗且迅速吹干； 步驟4:內(nèi)部純鈦或鈦合金層（2) -側(cè)"U"型坡口清理吹干后，采用MIG焊進行Cu過渡層 (6)焊接，Cu過渡層(6)厚度與純鈦或鈦合金/碳鋼爆炸接合面平齊或超出0~0.5mm，且完全 覆蓋下層碳鋼;Cu過渡層(6)完成焊接后，采用TIG焊進行V過渡層(5)焊接，V過渡層(5)厚度 為0~0.5mm，且完全覆蓋于Cu過渡層(6)之上;完成V過渡層(5)焊接后，對坡口內(nèi)進行清理， 然后采用TIG對純鈦或鈦合金層外部坡口進行填充蓋面焊接，形成純鈦或鈦合金層TIG熔敷 區(qū)（4)，整個焊接過程均采用惰性氣體對焊縫區(qū)及附近區(qū)域充分保護;所有焊接完成后，形 成直縫層狀復(fù)合焊管。2. 如權(quán)利要求1所述的純鈦或鈦合金/碳鋼層狀復(fù)合焊管的制造方法，其特征在于:所 述純鈦或鈦合金層厚度為1~4mm。3. 如權(quán)利要求1所述的純鈦或鈦合金/碳鋼層狀復(fù)合焊管的制造方法，其特征在于:所 述純鈦或鈦合金為 TA1、TA2、TA3、TA4、TA5、TA6、TA7、TA8、TA8-1、TA9、TA9-1、TA10、TA11、 TAl5、TAl7、TAl8、TCl、TC2、TC3、TC4或TC4ELI。4. 如權(quán)利要求1所述的純鈦或鈦合金/碳鋼層狀復(fù)合焊管的制造方法，其特征在于:所 述碳鋼層為0235、0345、乂52、乂60、乂65、乂70、乂80、乂90或乂100碳素結(jié)構(gòu)鋼、壓力容器鋼和高強 高韌管線鋼。
【文檔編號】B21C37/08GK105921545SQ201610363790
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年5月27日
【發(fā)明人】畢宗岳, 楊軍, 劉海璋, 田磊, 張萬鵬, 楊耀彬
【申請人】寶雞石油鋼管有限責任公司