一種雙金屬複合鋼板制彎頭製造工藝方法與流程
2023-08-02 13:32:01
本發明涉及用軋制的方式生產金屬管、金屬管的處理和管道系統技術領域，特別是一種雙金屬複合鋼板制彎頭製造工藝方法。
背景技術：
在國內進行雙金屬複合鋼管件(管線鋼+N08825)試製之前，國外的管件生產企業已經生產出了複合管件產品，並且在土庫曼斯坦天然氣管道輸送工程一期項目，已經應用，但是國外產品的鎳基合金層採用的是堆焊工藝，從技術角度上看，存在技術難度，並且價格昂貴、供貨周期較長，所以二期工程中石油立足支持國內在以往油氣管道有著成熟經驗和良好業績的幾家供應商進行新產品的試製。
技術實現要素：
本發明的目的是提供一種雙金屬複合鋼板制彎頭製造工藝方法。
本工藝通過對彎頭用鋼板成分分析研究，彎頭焊接工藝及彎頭熱處理後性能分析，確定焊材選取、焊接工藝參數及熱處理工藝，使成形和熱處理後彎頭的機械性能和金相組織滿足標準要求。
選取合適焊材及合理焊接工藝；
採取合理適用的熱處理工藝。
彎頭製造主要工藝步驟(見圖1)：
(1)原材料的採購、復檢：
採購屬於冶金複合的爆炸複合鋼板(高強鋼+鎳基合金鋼)，並對採購的材料進行化學成分、機械性能、粘接強度、抗腐蝕性能等檢驗與試驗，同時逐張進行超聲波檢測，檢測基層材料是否存在內部缺陷和結合面是否有剝離現象。
(2)焊接熱處理模擬實驗、產品工藝預定
在經過復檢合格的原材料鋼板上割取三塊300mm*600mm的試板，沿長邊方向在板寬的中間用等離子開出X型的坡口，並將坡口打磨出金屬光澤去除切割的熱影響區，把該三塊試板按照評定合格的焊接工藝模擬卷管焊接的焊接方式用N06625焊絲和CHE607GX焊條焊接成為焊接試板，焊接試板經過無損檢測合格後，確定兩種材料的共同適用的熱處理溫度參數範圍，在此範圍內，優選出最適用的具體加熱和熱處理參數；
(3)下料、鋼管的預製
根據產品及工藝要求，按工藝圖紙在鋼板上畫線、切割下料，選用數控切割機切割。設計專用切割生產區，保證材料下料的準確；
(4)卷管焊接
根據工藝要求，在卷板機上將鋼板捲成圓筒形狀，並對管坯縱縫進行焊接，校圓後形成製造彎頭的坯料；在卷板前，覆層表面鋪蓋上纖維板，避免卷制過程中出現覆層金屬劃傷和覆層與碳鋼工裝設備接觸，保證開好X型坡口後對口處無錯邊和直邊現象，將坡口內用機械俢磨的方法去除熱切割的熱影響區後，用不鏽鋼鋼絲輪將坡口內及兩側各50mm內表面打磨乾淨，按照評定合格的焊接工藝對管坯的基層、過渡層、覆層逐層進行焊接，焊接期間隨時監測基層、過渡層、覆層焊接厚度，達到標準要求，同時嚴格控制焊接的熱輸入量和層間溫度，以及氣體保護的程度和逐層清根的潔淨度，保證焊道質量達到最高標準，避免存在氣孔、夾渣缺欠，給管件造成腐蝕源，這樣既保證了熔敷金屬具備良好的力學性能，又提高了其抗腐蝕的能力；
(5)壓製成型
將焊接工作完成後經無損檢測合格的彎頭管坯裝入天然氣加熱爐內加熱，加熱到950℃±10℃保溫30±10min出爐，放入胎具中進行壓制，採用彎頭壓制胎具進行第一次壓制，焊縫應置於內弧側，吊裝時，吊具及與內層接觸的工裝都要在表面以氬弧焊的方式焊一層不鏽鋼層，包括彎頭內部支撐內芯、端部的圓盤支撐。待初步成型後，繼續裝爐加熱到950℃±10℃保溫30±10min後出爐，再次放入模具中，把複合管件所需內徑尺寸的圓球放入彎頭上部的一端入口上，通過壓力機的壓力作用，使圓球壓入彎頭內部，然後依次放入第二個、第三個…第N個，直至第一個球從彎頭一端滾出，內徑整形完畢，然後繼續放入加熱爐中，加熱完後，進行扣彎整形，成型過程中，與覆層接觸的所有工裝模具表面全部塗上耐高溫滑石粉，既可以起到潤滑作用，又可以避免管件高溫時覆層與碳鋼工裝模具接觸，管坯在每道次壓制完畢後必須將其置於爐外待管坯的溫度降至AC1以下時再入爐進行二次加熱，由此避免變形部位長期連續處於下臨界點以上溫度而造成金屬晶粒度粗大等過熱現象發生，通過以上工藝的控制產品既具有標準圓滑的外觀質量又具有熱處理前應有的良好組織狀態；
(6)熱處理
按照淬火加回火熱處理工藝，淬火時，入爐溫度≤300℃，升溫速度控制在≤200℃/h，升溫至940℃～960℃時保溫，保溫時間控制在30～45min，在純淨水中冷卻，回火時入爐溫度≤300℃，升溫速度控制在≤200℃/h，升溫至520℃～560℃時保溫，保溫時間控制在40～60min在空氣中冷卻；
(7)內、外表面處理
對彎頭內外表面進行修磨處理；處理等級達到Sa3.2級；
(8)無損探傷
對彎頭管體進行滲透探傷和超聲探傷；對焊縫進行射線探傷和超聲探傷；
(9)坡口
對彎頭管端進行機加工坡口，保證覆層內徑偏差＜0.5mm，覆層壁厚偏差+2mmm/-0.5mm.
(10)酸洗鈍化處理
利用酸洗鈍化液對彎頭內壁進行塗刷酸洗鈍化處理，合格後進行殘夜的清洗和乾燥。
(11)成品檢測
按標準在平臺上對成品彎頭逐件進行幾何尺寸和形位偏差檢測，同時逐件進行無損檢測。並抽取檢樣件進行理化性能和抗腐蝕性能檢測。
附圖說明
圖1為雙金屬複合鋼板制彎頭製造工藝流程圖
具體實施方式
下面對本發明作進一步的詳細說明。
(1)原材料的採購、復檢：
採購四川驚雷科技股份有限公司生產的爆炸複合鋼板，並對採購的材料進行化學成分、機械性能、粘接強度、抗腐蝕性能等檢驗與試驗，同時逐張進行超聲波檢測，檢測基層材料是否存在內部缺陷和結合面是否有剝離現象。
(2)焊接熱處理模擬實驗、產品工藝預定
在經過復檢合格的原材料鋼板上割取三塊300mm*600mm的試板，沿長邊方向在板寬的中間用等離子開出X型的坡口，並將坡口打磨出金屬光澤去除切割的熱影響區，把該三塊試板按照評定合格的焊接工藝模擬卷管焊接的焊接方式用N06625焊絲和CHE607GX焊條焊接成為焊接試板，焊接試板經過無損檢測合格後，確定兩種材料的共同適用的熱處理溫度參數範圍，在此範圍內，優選出最適用的具體加熱和熱處理參數；
焊接試板的熱處理工藝參數及性能結果如下表：
(3)下料、鋼管的預製
根據產品及工藝要求，按工藝圖紙在鋼板畫線、切割下料，選用數控切割機切割；設計專用切割生產區，保證材料下料的準確；
(4)卷管焊接
本次試製的彎頭規格為φ610×29mm彎頭，根據設計將鋼板在大型卷管機上卷製成φ630×1950mm的筒形管坯，在卷板前，覆層表面鋪蓋上纖維板，避免卷制過程中出現覆層金屬劃傷和覆層與碳鋼工裝設備接觸。保證開好X型坡口後對口處無錯邊和直邊現象。將坡口內用機械俢磨的方法去除熱切割的熱影響區後，用不鏽鋼鋼絲輪將坡口內及兩側各50mm內表面打磨乾淨，按照評定合格的焊接工藝對管坯的基層、過渡層、覆層逐層進行焊接。焊接期間隨時監測基層、過度層、覆層焊接厚度，達到標準要求，同時嚴格控制焊接的熱輸入量和層間溫度，以及氣體保護的程度和逐層清根的潔淨度，保證焊道質量達到最高標準，避免存在氣孔、夾渣等缺欠，給管件造成腐蝕源，這樣既保證了熔敷金屬具備良好的力學性能，又提高了其抗腐蝕的能力。
(5)壓製成型
根據彎頭內徑對齊的要求(內徑φ569)，我公司採用專門設計製作的外徑為635mm的彎頭胎具進行壓制。
將焊接工作完成後經無損檢測合格的彎頭管坯裝入天然氣加熱爐內加熱，加熱到950℃±10℃保溫30±10min出爐，放入胎具中進行壓制，待初步成型後，繼續裝爐加熱到950℃±10℃保溫30±10min後出爐，再次放入模具中壓製成型，然後繼續放入加熱爐中加熱，然後出爐放入模具中，再把複合所需內徑尺寸的圓球放入彎頭上部的一端入口上，通過壓力機的壓力作用，使圓球壓入彎頭內部，然後依次放入第二個、第三個…，直至第一個球從彎頭一端滾出，內徑整形完畢，然後繼續放入加熱爐中，加熱完後，進行扣彎整形。
成型過程中，與覆層接觸的所有工裝模具表面全部塗上耐高溫滑石粉，既可以起到潤滑作用，又可以避免管件高溫時覆層與碳鋼工裝模具接觸。管坯在每道次壓制完畢後必須將其置於爐外待管坯的溫度降至AC1以下時再入爐進行二次加熱,由此避免變形部位長期連續處於下臨界點以上溫度而造成金屬晶粒度粗大等過熱現象發生。通過以上工藝的控制產品既具有標準圓滑的外觀質量又具有熱處理前應有的良好組織狀態。
彎頭成型、去端、校圓後對其主要尺寸進行測量，結果滿足機加工成品的要求，實測值見下表：
(6)熱處理
按照淬火加回火熱處理工藝，淬火時，入爐溫度≤300℃，升溫速度控制在≤200℃/h，升溫至940℃～960℃時保溫，保溫時間控制在30～45min，在純淨水中冷卻，回火時入爐溫度≤300℃，升溫速度控制在≤200℃/h，升溫至520℃～560℃時保溫，保溫時間控制在40～60min在空氣中冷卻；
(7)內、外表面處理
對彎頭內外表面進行修磨處理；處理等級達到Sa3.2級；
(8)無損探傷
對彎頭管體進行滲透探傷和超聲探傷；對焊縫進行射線探傷和超聲探傷；
(9)坡口
對彎頭管端進行機加工坡口，保證覆層內徑偏差＜0.5mm，覆層壁厚偏差+2mmm/-0.5mm.
(10)酸洗鈍化處理
利用酸洗鈍化液對彎頭內壁進行塗刷酸洗鈍化處理，合格後進行殘夜的清洗和乾燥。
(11)成品檢測
按標準在平臺上對成品彎頭逐件進行幾何尺寸和形位偏差檢測，同時逐件進行無損檢測。並抽取檢樣件進行理化性能和抗腐蝕性能檢測。
雙金屬複合鋼板制(L415MS+N08825)彎頭已順利通過了中國石油天然氣管道科學研究院材料測試中心(力學性能)和中國石油大學(抗腐蝕試驗)的檢測評價，力學性能檢測報告見「彎頭報告編號：PMC-N1311775-CZHT」，彎頭抗腐蝕試驗報告編號：2013石油測字【M】第275號、第276號、第277號、第278號、第279號、第280號、第281號、第282號、第283號、第284號。產品設計合理質量穩定可靠，達到了國內外同類產品的實物性能指標。
上述實施例只為說明本發明的技術構思及特點，其目的在於讓熟悉此領域技術的人士能夠了解本發明的內容並加以實施，並不能以此限制本發明的保護範圍，凡根據本發明精神實質所作的等效變化或修飾，效果相似，都應涵蓋在本發明的保護範圍內。