[发明专利]一种双表面包覆316L不锈钢层状复合板材的对焊连接方法

说明书

技术领域：

本发明属于焊接技术领域，具体涉及一种双表面包覆316L不锈钢层状复合板材的对焊连接方法。

背景技术：

因为腐蚀而造成的损失日趋严重，尤其在一些强腐蚀性油气田的开发中，更显严重，由于腐蚀问题给国家和社会造成的直接经济损失经估算，约为5000亿元每年，占到国民生产总值的5％，其中因管道腐蚀造成的事故和损失还在逐年增加。层状复合材料可以使强度、熔点、热膨胀系数差异极为悬殊的不同金属实现完美的冶金结合，集不同材料的优点于一身，充分发挥不同材料特性，极大地节约稀贵金属材料，降低设备的制造成本，使稀贵金属在许多领域的应用成为可能。层状复合管市场需求较大，仅我国石油、石化行业就是一个巨大市场，我国油气管道建设中，一部分钢管即用来输运强腐蚀性介质，又在酸性土壤环境中使用，这对于内、外层均具有抗腐蚀性能的层状复合焊管，前景无限好。

管道或设备服役的环境，复杂到难以想象，例如：管道既要输运强腐蚀性介质，又要穿越大地域范围的酸性土壤环境。这对于一般的管道材料来说，根本无法使用，必须得有针对性的或建设性的提出一种内外兼有抗腐蚀功能的管道。而该种管道的焊接，将是管线建设的重头戏，难度可想而知。既要保证内、外层材料优良的抗腐蚀性能，又要确保中间基层材料的高强、高韧性特点。焊接方法、工艺、包括坡口设计和加工都将是大大有别于其他管道焊接的。需要考虑焊接过程的诸多方面，且要协调处理可能出现的各种问题。包括，焊接参数匹配，焊材匹配，焊丝、焊剂匹配，坡口设计和焊接方法及工艺匹配等等。

2014年1月29日公布的公布号为CN 103537816 A的中国发明专利，专利名称为金属层状复合板的焊接方法，该发明专利指出厚度在2.0～22.0mm的金属层状复合板开I型坡口；厚度在22.0～42.0mm，不包括22.0mm的金属层状复合板单面或双面开V型坡口，这种坡口设计与本发明不同；该发明专利的焊接顺序为先焊I型坡口、中间钝边，再焊接V型坡口，这种方法焊接效率低，且没有对焊接层的厚度进行控制。若采用这种方法对本发明的上、下包覆316L不锈钢层状复合板材进行对焊，界面处由于浓度梯度、温度梯度等因素会发生互溶且抗腐蚀元素Cr、Ni会向碳钢侧发生扩散迁移，即受到碳钢的稀释作用，容易使焊缝抗腐蚀性能减弱，影响到管道的服役寿命。

发明内容：

为了克服上述缺点，本发明的目的是提供一种双表面包覆316L不锈钢层状复合板材的对焊连接方法，本发明的对焊连接方法不仅焊接效率高，而且避免了Cr、Ni、Mo耐蚀金属元素由于高温冶金作用出现稀释的问题，确保了上、下双表面316L不锈钢层的优良耐腐蚀特性和中间碳钢层的高强、高韧性特性，使焊缝具有良好的焊接质量和综合力学性能。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：双表面包覆316L不锈钢层状复合板材的对焊连接方法，包含下述步骤：

步骤1：将两层316L不锈钢材料和一层碳钢通过热轧工艺连接在一起，再经过控扎、控冷技术轧制成层状复合板材，层状复合板材的上、下为316L不锈钢材料层，中间层为碳钢层；上、下316L不锈钢材料层厚度为1～4mm，碳钢层的厚度为8～20mm；上层316L不锈钢材料层和下层316L不锈钢材料层的厚度相同或不同；相邻两层之间为冶金结合；

步骤2：层状复合板材采用“V+I+V”特型复合坡口设计，上层316L不锈钢材料层和下层316L不锈钢材料层的同侧均为“V”型坡口，坡口深度为1～6mm，且深度大于所在316L不锈钢材料层的厚度，坡口夹角为60～80°，坡口外沿宽度为10～20mm；中间碳钢层为“I”型坡口，坡口深度为中间碳钢层全壁厚度；316L不锈钢材料层的“V”型坡口与中间碳钢层的“I“型坡口交汇于中间碳钢侧；

步骤3：完成坡口加工后，组对的层状复合板材从上层316L不锈钢材料层的坡口一侧每隔500mm长进行定位点焊，点焊后组对的层状复合板材坡口间有0.5～1.0mm宽的间隙；

步骤4：完成定位点焊后，采用双枪复合焊对中间碳钢层和上层316L不锈钢材料层“V”型坡口内的过渡层同时进行焊接，形成中间碳钢层熔敷金属区和过渡层熔敷金属区，焊接过程中上、下316L不锈钢材料层的坡口内及附近区域10～20mm宽范围进行惰性气体保护；

步骤5：中间碳钢层和上层“V”型坡口内过渡层完成全部焊接后空冷至室温，对下层316L不锈钢材料层的“V”型坡口进行清根处理，使“V”型坡口最低点处于中间碳钢层的厚度尺寸范围内；