22Cr双相不锈钢管道焊接方法
专利汇可以提供22Cr双相不锈钢管道焊接方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 涉及一种22Cr双相不锈 钢 耐蚀 合金 管道的 焊接 方法，采用在管子内部 焊缝 两侧≥100mm范围通99.995％的纯Ar、98～99％Ar+1～2％N2混合气或90～95％N2+5－10％H2混合气，在 氧 含量≤50ppm时打底焊，填充和盖面焊，焊接填充金属熔敷组成按重量百分比为：C≤0.04、Cr为22.0－23.5、Ni为8.5－10.5、Mo为3.0－3.5、Mn为0.5－2.0、Si≤0.9、P≤0.04、S≤0.03、N为0.15－0.20、Cu≤0.75；得到 铁 素体和奥氏体平衡的金相组织，接头的拉伸性能和低温冲击韧性良好，耐氯离子 点蚀 、应 力 腐蚀 和模拟环境介质的腐蚀性能优良。，下面是22Cr双相不锈钢管道焊接方法专利的具体信息内容。
1、一种22Cr双相不锈钢管道焊接方法，其特征在于：
(1)采用单面V形坡口对接焊缝，坡口角度α：管子壁厚t小于等于6mm 的为75±5°，管子壁厚t大于6mm为65±5°，坡口钝边p：1.0±0.5；组 对间隙b：3.0±0.5mm；
(2)采用保护装置或可溶于水的纸在管子内部焊缝两侧≥100mm范围形成 密封小室，小室内部通99.995％的纯Ar、98～99％Ar+1～2％N2混合气或90～ 95％N2+5-10％H2混合气，当小室内氧含量≤50ppm时打底焊，打底焊完成后 进行填充和盖面焊，内部保护气一直通到焊缝厚度≥6mm方可取消；
(3)打底焊和第二层热焊为钨极惰性气体保护电弧焊，焊枪所通的保护气 体为98～99％Ar+1～2％N2混合气，保护气流量为8～15l/min；
对壁厚≤6mm的管子，用钨极惰性气体保护电弧焊焊满，对壁厚≥6mm 的管子，焊层用手工电弧焊填充和盖面焊；
焊接填充金属熔敷金属的化学组成按重量百分比分别为：
C≤0.04、Cr为22.0-23.5、Ni为8.5-10.5、Mo为3.0-3.5、Mn为0.5-2.0、Si ≤0.9、P≤0.04、S≤0.03、N为0.15-0.20、Cu≤0.75；
焊接的线能量参数控制：壁厚≤6mm，线能量范围为0.5～1.0KJ/mm；壁 厚7～10mm，线能量范围为0.7～1.5KJ/mm；壁厚≥10mm，线能量范围为0.8～ 2.0KJ/mm；
焊接预热和层间温度：环境温度≤10℃时，施焊部位100mm范围预热温 度为50～80℃；焊接层间温度≤150℃，对壁厚12.7～19.1mm的管子，焊接 层间温度为70～150℃；当管子壁厚≥20mm，焊前应对工件预热到100℃以 上，层间温度控制在100～150℃范围；
焊缝铁素体含量控制在30～60％范围，热影响区铁素体含量控制在30～ 70％范围；
(4)焊接完成后，采用酸洗，去除内氧化层，形成钝化膜，在酸洗不可能 进行的情况下，对管径大于323的管道焊缝，采用爬行小车、电力或风力驱 动的不锈钢丝轮进入管道内部对氧化层进行清理；对管径小于323的管道焊 缝，在焊接过程中要严格控制内部保护气体的氧含量，并进行实时监测。
技术领域
本发明涉及一种22Cr(也称2205)双相不锈钢耐蚀合金管道的焊接方法。
背景技术
中国发明专利(名称：双相不锈钢焊接工艺，编号：CN03140209.7) 公开了一种双相不锈钢焊接工艺，采用钨极氩弧焊打底和热焊，药芯焊丝气 体保护焊填充和盖面，并给出焊接设备型号、焊接材料牌号、保护气成分和 流量、焊接工艺参数等细节。该技术的不足之处：1、该焊接工艺的打底焊和 热焊(第二层)的熔池保护气采用纯氩，可能使焊接熔池在高温下脱氮，从 而使焊缝金属的氮含量降低，而该种金属采用氮作为一种合金元素，对保证 组织和耐蚀性能起非常重要作用；2、填充和盖面的焊接药芯焊丝气体保护焊 方法，根据国外资料介绍，采用这种方法焊缝成型不良，操作难度大，容易 产生焊接缺陷。该方法焊接时要加保护气体，焊接质量对风很敏感，在现场 野外施工环境下，保证焊接质量的难度较大；3、未给出焊接温度下限要求， 在现场低温环境中和管子厚度较大情况下，可能使焊接接头产生铁素体含量 过高的显微组织，影响接头的力学性能和耐蚀性能；4、关于焊缝背面保护， 只给出保护气流量和通气时间，未给出背面氧含量的控制要求，接头背面可 能产生严重的氧化，影响耐蚀性能；5、焊接工艺参数给出了具体的电流、电 压、焊速范围，但未限制焊接线能量参数，而线能量是焊接工艺很重要的参 数，仅给出电流、电压、焊速范围并不能保证线能量参数符合要求；6、焊接 工艺仅给出8～10mm和18～22mm材料厚度范围的工艺参数，未考虑其它材料 厚度所用的工艺参数；7、即使控制很严格，由于各种因素，接触介质的内焊 缝及热影响区也难免存在不同程度的氧化现象，影响材料的耐腐蚀性能，而 该工艺未提出处理办法。
随着国民经济的发展，需要大量的能源，尤其是天然气清洁能源。随着“西 气东输”天然气管道的建成，天然气资源成为迫切问题。新疆塔里木盆地克 拉2气田含有丰富的天然气，但是天然气凝结水中含有浓度很高的腐蚀性介 质，对管道有很强的腐蚀性，因此管道材料选用力学性能和耐蚀性良好的22Cr 双相不锈钢材料。22Cr双相不锈钢在我国油气管道中应用还是首次，在国外 如此大规模使用也极少见。天然气管道的施工，焊接是最主要、最关键的工 作之一，尤其对这种新材料而言焊接难度大，有许多技术问题需要研究解决。
发明内容
该技术方案包括：
(1)采用单面V形坡口对接焊缝，坡口角度α：管子壁厚t小于等于6mm 的为75±5°，管子壁厚t大于6mm为65±5°，坡口钝边p：1.0±0.5；组 对间隙b：3.0±0.5mm；焊接位置为实际工程中遇到的各种位置。
(2)采用保护装置或可溶于水的纸在焊缝两侧形成密封小室，小室内部通 99.995％的纯Ar，或98～99％Ar+1～2％N2的混合体，或90～95％N2+5-10％ H2混合气作为焊缝背面的保护气体，用精度为10ppm的测氧仪测量，当氧含 量低于50ppm(0.005％)时进行打底焊。打底焊完后进行填充和盖面焊，内部保 护气一直通到焊缝厚度达到6mm以上才可取消。
(3)打底焊和热焊(第二层)采用的焊接方法为钨极惰性气体保护电弧焊 (简称TIG)，焊枪所通的保护气体为Ar+1-2％N2％的混合气体，保护气流量 为8～15l/min。
(4)对壁厚小于等于6mm的管子，全用TIG焊焊满，对壁厚大于6mm的 管子，其余焊层用手工电弧焊(简称SMAW)填充和盖面焊。
(5)TIG和SMAW所用焊接材料熔敷金属的的化学成分范围见表1。
表1 焊接填充金属熔敷金属的化学组成(重量百分比)
C Cr Ni Mo Mn Si P S N Cu ≤0.04 22.0-23.5 8.5-10.5 3.0-3.5 0.5-2.0 ≤0.9 ≤0.04 ≤0.03 0.15-0.20 ≤0.75
(6)焊接工艺参数焊接工艺参数通过线能量控制，焊接过程必须测量并 控制。焊接线能量(计算公式：线能量(kJ/mm)＝60×电流(A)×电压(V)/ 焊速(mm/Min)/1000)要求根据管子壁厚而变化，对壁厚6mm及其以下，线 能量范围为0.5～1.0KJ/mm；对壁厚7～10mm，线能量范围为0.7～1.5KJ/mm， 对壁厚10mm以上，线能量范围为0.8～2.0KJ/mm。
(7)焊接预热和层间温度要求，一般情况不需预热，但是，当环境温度低 于10℃时，对施焊部位100mm范围预热到50～80℃。焊接层间温度限制在 150℃以下，但对壁厚12.7～19.1mm的管子，最佳的焊接层间温度为70～150 ℃。当管子壁厚超过20mm，焊前应对工件预热到100℃以上，层间温度控制 在100～150℃范围。
(8)焊接完成后，尽量采用酸洗，去除内氧化层，并形成钝化膜。在酸洗 不可能进行的情况下，对管径大于323的管道焊缝，采用爬行小车、电力或 风力驱动的不锈钢丝轮进入管道内部对氧化层进行清理；对管径小于323的 管道焊缝，在焊接过程中要严格控制内部保护气体的氧含量，并进行实时监 测。
(9)除进行正常的X射线和液体渗透外，用铁素体仪对焊缝及热影响区的 铁素体含量进行测定，焊缝铁素体含量控制在30～60％范围，热影响区铁素 体含量控制在30～70％范围。
发明效果
22Cr双相不锈钢管道大规模在油气管道焊接应用是一项世界级的技术， 焊接工艺十分复杂，工程质量要求非常严格。焊接一道焊口，要经过在管内 安放气体保护装置，充入氩气，氧含量检测，氩弧焊打底和热焊，手弧焊填 充和盖面，焊接温度测量，焊前、焊中和焊后清理等等十多道工序才能完成， 焊缝须进行100％的探伤检查。
采用该技术进行22Cr双相不锈钢管道的焊接，可以得到铁素体和奥氏体 平衡的金相组织(焊缝铁素体含量在30～60％之间，热影响区铁素体含量在 30～70％之间)，接头的拉伸性能和低温冲击韧性良好，耐氯离子点蚀、应力 腐蚀和模拟环境介质的腐蚀性能优良。
该技术用于塔里木油田克拉2气田地面工程管道建设，在22Cr双相不锈 钢管道的焊接过程中工作进展顺利，焊缝探伤一次合格率达98％，焊接质量良 好。该气田于2004年底建成投产，是西气东输工程主力气源，每天供气能力 超过1000万立方米。运行2年多来，输送天然气约100亿方，创造了巨大的 经济效益和社会效益。
附图说明
图1焊接坡口示意图
t为管子厚度；
α为坡口角度；
p为坡口钝边
b为组对间隙
具体实施方式
焊缝按照发明内容的方案进行焊接，主要焊接试验条件见表2。焊后对焊 缝进行了X射线探伤，结果符合SYJ 4056-93《石油天然气钢质管道对接焊 缝射线照相及质量分级》及Q/SY TZ 0110-2004《2205双相不锈钢材料焊接 施工及验收规范》要求。
探伤完毕后对焊缝解剖取样，进行理化性能检验，主要性能试验结果见 表3，符合Q/SY TZ 0110-2004《2205双相不锈钢材料焊接施工及验收规范》， 焊缝具有良好的力学性能和抗腐蚀性能。
表2 D508×15.9管道环焊缝焊接试验条件
表3 D508×15.9管道环焊缝主要理化性能试验结果
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