[发明专利]一种用于油气管道输送α型氧化铝陶瓷内衬的焊接工艺

说明书

技术领域

本发明涉及石油运输领域，尤其是一种用于油气管道输送α型氧化铝陶瓷内衬的焊接工艺。

背景技术

石油管道腐蚀问题是影响石油管道系统可靠性和使用寿命的关键因素，腐蚀破坏所引起的恶性事故往往造成巨大的经济损失和严重的社会后果。例如，1977年美国阿拉斯加一条长约1287KM，造价80亿美元的原油运输管道，由于对腐蚀研究不均匀和施工时采取防腐措施不当，12年后发生腐蚀穿孔达826 处之多，仅修复费用一项就耗资15亿美元。我国随着石油、天然气的勘探开发进展，含硫化氢、二氧化碳、氯离子及含水等多种腐蚀介质的原油对输送油、气管道、管网的腐蚀越来越严重。

目前输油输气管道内，一般均没有设置三氧化二铝的内衬，内层金属直接裸露在传输的介质中，在外部进行涂覆层进行外面的保护，而来自内部的介质如原油的腐蚀通常没有办法进行处理，增加了管道来自内部的腐蚀风险，一旦泄露，将会给社会和人们的生活带来了极大的危害。

利用氧化铝陶瓷独特的耐高温、耐磨和抗腐蚀等特性，将氧化铝陶瓷内衬入石油输油管道，解决了石油行业输油管防腐蚀这一困扰多年的问题，可以节省和延长大量的维修维护以及更换费用，具有巨大的经济、社会效益。这项内衬防腐蚀的新技术目前还没有得到普遍的在石油的输气输油管道的应用，通常的输油输气管道的长度是有限的，一般为12米左右，因此需要将该管道两端两焊接在一起（含氧化铝陶瓷）而形成长距离的输油输气管道，本项目专门针对该管道的内衬氧化铝陶瓷焊接的研究，但是由于三氧化铝陶瓷的物理化学特性不同于金属，输油管道内衬三氧化铝陶瓷的连接、焊接不能采用普通的金属焊接方式，因此输油管道内衬三氧化铝陶瓷的连接、焊接成为石油行业应用陶瓷内衬石油输油管的不可逾越的障碍。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种陶瓷界面结合良好、管道整体焊接良好的用于油气管道输送α型氧化铝陶瓷内衬的焊接工艺。

为实现上述目的，本发明一种用于油气管道输送α型氧化铝陶瓷内衬的焊接工艺，采用激光焊接工艺来初步焊接陶瓷内衬，再用激光熔覆工艺在陶瓷内衬的焊缝处熔覆一层密封陶瓷层。

进一步，所述焊接工艺具体为：

1）    对石油运输管道的端部进行焊接用坡口处理；

2）    在两根石油运输管道相互对接端的焊缝处填陶瓷粉末浆料；

3）    通过低功率激光扫描的方式将陶瓷粉末浆料固化，来将焊缝填料焊接密封；

4）    用大功率激光进一步焊接；

5）    在步骤4）焊接后的表面上再熔覆一层陶瓷层；

6）    在陶瓷层上再熔焊一层金属层。

进一步，所述石油运输管道外层为金属层，内层为厚度为2-3mm厚的陶瓷内衬。

进一步，所述步骤1)中形成的坡口角度为55-65°，坡口形成向外延伸的焊接端，该焊接端包括最内层的α型氧化铝陶瓷、中间层的陶瓷金属混合层、最外层的薄金属层。

进一步，所述薄金属层的厚度不超过0.1mm。

进一步，所述步骤2）中两根石油运输管道相互对接端的缝隙为0.1-1mm。

进一步，所述步骤3）、步骤4）中采用PG的掺镱光纤激光器YLS-1000-CT-Y11做激光源，进行陶瓷内衬焊接。

进一步，所述步骤3）中激光焊接的功率为500W，焊接速度V=200mm/min ，光斑直径d=0.5cm，光斑面积为 s=0.19625 cm² ，功率密度为2.547Kw/ cm²。

进一步，所述步骤4）中激光焊接的功率为800W。

进一步，所述步骤5）中通过激光熔覆的方法熔覆陶瓷层，熔覆瓷粉时的激光功率=800W，直径5mm=0.5cm，面积=0.19625cm² ，功率密度4.08Kw/cm²。

进一步，所述步骤6）中采用氩弧焊金属层。

本发明利用激光焊接技术，实现了α型氧化铝陶瓷内衬之间的连接问题，并获得了应用激光技术进行该项材料焊接的工艺机理。实现了输油输气管道内α型氧化铝陶瓷内衬的一致连接性能，使得输油输气管道能够获得更好的保护作用。

附图说明

图1为两端对接焊接的石油运输管道的结构示意图；

图2为陶瓷内衬结构形式及组分结构示意图；

图3为多次焊接后产生的热裂纹的SEM图；

图4陶瓷基体与浆料的焊接界面连接处状态的SEM图；