小口径钢质管道焊接接头区内壁防腐焊接补口方法及装置

摘要

本发明涉及一种小口径钢质管道焊接接头区内壁防腐焊接补口方法及装置。其特征是使用粉斗容积增大的装有滚轮的改型喷焊枪将含钼的镍基合金粉末材料喷焊于钢管端部内壁，使用含钼的不锈钢焊条采用单面焊双面成型进行底焊。这种方法和装置具有半熔化区合金冲淡率低、耐腐蚀性高，与钢管结合强度高、防腐连续及焊枪操作平稳等特点。适用于小口径、无限长钢质管道内壁防腐蚀焊接补口处理。

说明书

本发明属焊接技术领域，涉及一种小口径钢质管道焊接接头近区内壁防腐蚀焊接补口方法及装置。

为了延长盐碱地区钢质管道的使用寿命，国内、外都采用了对钢管的内、外壁进行防腐的工艺措施。由于在安装施工时，需要采用焊接工艺将各钢管联结起来，但因接头区焊缝未经防腐而自身裸露，会形成严重腐蚀，而且在焊缝处及热影响区处因焊接造成防腐有机涂层被烧焦破坏或形成夹渣，使管线防腐不连续，影响钢管的使用寿命。所以必须对焊接接头区进行防腐涂层的焊接补口处理。美国专利4611833披露了一种在管端0.5-3倍直径范围内采用含铬、镍、钴、铁的合金喷涂管内壁，再用相同的材料进行斜槽角焊完成焊缝第一层，斜槽其余部分采用与管线相同材料熔融填充的工艺，这种合金材料和工艺在通常情况下，铁基合金喷焊层及相同成份的焊缝底层在半熔化区不易保证其防腐性，而且这种氧一炔火焰按斯库普（压缩空气喷敷工艺较适用于φ200mm管径或更大管径的管线。对于小口径管道，长管道及任意长管线最后一个焊口（死口焊缝）的内壁防腐焊接补口则无法实现。

本发明的目的是提供一种采用耐高温、耐腐蚀、耐磨的镍基合金焊接材料，保证防腐连续性，提高钢管使用寿命的钢质管道焊接接头区内壁防腐焊接补口的方法。

本发明的另一目的是提供一种解决小口径、无限长钢质管道焊接接头区内壁防腐焊接补口使用的改型粉末喷焊枪。

本发明的技术方案是：小口径钢质管道焊接接头区内壁防腐焊接补口方法包括防锈层喷涂，熔焊连接等工艺步骤。该方法是以下列工艺步骤和配方为特征实现的。

1、工艺步骤：首先用改型粉末喷焊枪加热重熔镍基自熔性合金粉末并喷焊于管端内壁，然后在现场使用含钼的铬镍不锈钢焊条采用单面焊双面成型工艺将管线进行焊缝打底焊接，最后在焊缝底层上用高强度结构钢焊条进行封面焊。

2、单面焊双面成型工艺：将焊条靠近坡口底部喷焊层处，用较小电流进行两边摆动施焊，均以半击穿法运条，并按仰焊、立焊、平焊的焊接顺序焊接，达到焊缝反面成型。

3、配方（重量%）：

镍基自熔性合金粉末的组成为碳0.1-0.5%、铬18-25%、钼2-5%，硅2-3%，其余为镍。

焊缝打底焊接用不锈钢焊条的组成为碳0.1-0.3%，铬20-28%，钼2-3%，硅0.5-2.5%，镍16-22%，其余为铁。

本发明的另一技术方案是：一种为实现小口径钢质管道焊接接头区内壁防腐焊接补口方法而使用的改型喷焊枪，由粉斗3、软管4、粉斗支架5，喷枪6等组成。其特征是在粉斗3上装有激磁线圈1、针阀2，并增大粉斗3的容积;将喷枪6前端的喷嘴弯管7的长度缩短一半;并将喷枪6通过铰接杆8联结在调整套9上，调整套9固定在装有滚轮11，导轨12的底板10上。

下面结合本发明的实施例及附图对本发明作进一步详述，该实施例仅用以解释发明，但不认为是对本发明的限制。

图1为焊接接头区内壁防腐焊接补口结构示意图。

图2为焊接接头区内壁防腐焊接补口剖面示意图。

图3为改型氧乙炔粉末喷焊枪结构示意图。

图4为循环冷却装置的循环水套结构示意图。

图5为循环冷却装置的控温水箱示意图。

图6为焊缝近缝区的金相组织图。

小口径钢质管道焊接接头区内壁防腐焊接补口方法包括以下工艺步骤：首先在予制厂将20＃钢管端部开焊接坡口并把钢管端部40-50mm范围的内表面及坡口钝边处净化处理（喷砂或打磨除锈）后用改型氧乙炔粉末喷焊枪喷焊一层0.3-0.7mm厚的耐高温耐腐蚀、耐磨的含钼镍基自熔性合金粉末（如图1），其组成（重量%）为碳0.4%，铬25%，钼2%，硅3%，其余为镍（铁仅作为杂质存在）。将焊接坡口及管端部位装上坡口保护套后对整根钢管进行喷砂处理，钢管内壁其余部分采用有机涂料或无机涂料涂敷并与管端合金喷焊层搭接。将钢管外壁进行喷淋沥青并缠绕玻璃丝布保护，检查内壁喷焊层及外防腐层质量后运往施工现场。在现场安装焊接时，取下坡口保护套，对准管子进行焊前定位，并在焊口两边装循环冷却装置（如图4）（喷焊长度小于50mm可不装），使热影响区温度下降，保证有机涂层在搭接处不被破坏。循环冷却装置的控温水箱（如图5）内装有加热器，以保证冬季施工时的水温。然后用组成（重量%）为碳0.1%、铬27%、钼3%，硅1%，镍20%，其余为铁的铬镍不锈钢焊条（或用以上成份焊丝、进行氩弧焊）进行单面焊双面成型工艺打底焊接（如图2）。该工艺是将环形焊口分成对称的两个半圆形焊口，按仰焊、立焊、平焊顺序先将半个圆焊完再焊另半个圆。将不锈钢打底焊条靠近坡口底部喷焊层处用较小电流作微小摆动，使坡口两边喷焊层熔化，形成熔池，然后再向前施焊，均以半击穿法运条，这样便达到焊缝反面成型的目的。这种工艺方法使焊缝半熔化区合金冲淡率低，耐腐蚀性高。焊缝近缝区的金相组织为奥氏体+合金碳化物+共晶碳化物（如图6），2区为20＃钢管母材被3区镍基喷焊合金及1区含钼的奥氏体合金所保护，保证了末熔化区的防腐连续性及焊缝的高强度。因而提高了20＃钢的抗腐蚀能力。最后在焊缝底层用丁507高强度结构钢焊条进行封面焊（如图2）。卸下冷却装置，在焊缝金属及管外径热影响区处涂敷有机涂料并缠绕玻璃丝布进行外防腐补口处理。达到小口径，无限长的管道防腐连续性的目的。采用上述方法焊接的钢管，经3%氯化钠溶液浸泡，在室温腐蚀试验5000小时及经3%氯化钠溶液浸泡，在80℃温度腐蚀试验2000小时，焊缝抗腐蚀性是结构钢焊缝的五倍以上。这种工艺方法优于美国专利4611833提出的以铁基合金为涂敷材料，采用角焊焊接管接头的方法。

本发明的喷焊枪是在现有喷焊枪的结构上作了改进（如图3）。该枪由粉斗3、软管4、粉斗支架5、喷枪6等组成。改进部分是在粉斗3上安装激磁线圈1、针阀2，并增大了粉斗3的容积，比普通粉斗容积大8倍，适于大批量生产的需要。而且激磁线圈1产生振动带动针阀2不致使粉孔堵塞。还将喷枪6前端的喷嘴弯管7的长度缩短一半，即可喷焊小口径、深0-160mm钢管的内表面。并将喷枪6通过铰接杆8联结在调整套9上，调整套9固定在安装有滚轮11导轨12的底板10上，可在垂直平面上作任意角度调整，变手工操作为半机械平衡操作，改善了劳动条件。

本发明具有以下优点：

1、采用含钼的镍基合金及单面焊双面成型工艺，使焊缝半熔化区合金冲淡率低，耐腐蚀性高，解决了钢管焊接接头区内壁防腐连续性问题，提高了钢质管道在腐蚀介质中工作的使用寿命。

2、喷焊层及有机涂层的搭接层耐-40-40℃条件下冷热疲劳，与钢管结合强度高。

3、采用喷焊技术可对φ60-89mm直径，无限长钢管焊接接头区进行内壁防腐焊接补口处理。

4、改型的粉末喷焊枪操作灵活、平稳，减轻了工人的劳动强度，适于大批量生产的需要。