[發明專利]一種預壓應力雙金屬離心澆鑄復合管端部法蘭的焊接工藝

有效

• 申請號: 201710547901.6
• 申請日: 2017-07-06
• 公開（公告）號: CN107175421B
• 公開（公告）日: 2019-06-11
• 發明（設計）人: 杜學銘;陳浠迪;汪選國;胡建華;彭軍波;李佳琪
• 申請（專利權）人: 武漢理工大學
• 主分類號: B23K31/02
• 分類號: B23K31/02
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 齊晨涵;姜學德

本發明公開了一種預壓應力雙金屬離心澆鑄復合管端部法蘭的焊接工藝，該工藝包括以下步驟：在法蘭的焊接面開坡口，對法蘭進行焊前均勻預熱使其升溫至一定溫度；再將法蘭安裝在雙金屬離心澆鑄復合管的端部，采用點焊方式將法蘭固定在雙金屬離心澆鑄復合管上；然后對法蘭與雙金屬復合管進行環焊連接。采用該工藝焊接的法蘭能對復合管形成一定的壓應力，這能有效地避免雙金屬復合管端部法蘭焊接后因焊接殘余應力引起的復合管層間分離的問題，極大地提高了雙層雙金屬離心澆鑄復合管道法蘭連接接頭的可靠性。

技術領域

本發明涉及特種金屬管材制備技術領域，具體涉及一種預壓應力雙金屬離心澆鑄復合管端部法蘭焊接工藝。

背景技術

預壓應力雙金屬離心澆鑄復合管在疏浚、采砂、采礦、水泥等行業有著廣泛的應用，是近年快速發展的一種特種金屬管道。通常情況下，雙金屬離心澆鑄復合管的內層由耐磨性和耐腐蝕性較高的高鉻鑄鐵組成，脆硬性較大；而外層則由強韌性較高的不銹鋼或低碳鋼組成。這種異質雙金屬復合管的內、外層之間通常會存在一些離心澆鑄過程中產生的夾雜，使得界面的結合性能較差。通常情況下，復合管在制備過程中都會采用一定的技術手段使外層對內層產生一定的壓應力，從而避免雙金屬復合管內、外層之間分離或者開裂?？傮w而言，相比傳統的單金屬管材，雙金屬離心澆鑄復合管因為兼具了強韌性大、耐磨性高和耐腐蝕性強的優點而具有更長的服役壽命。

由于制備工藝的限制，雙金屬復合管的單管長度有限，實際使用時需要在復合管的端部焊接法蘭，然后再通過法蘭將復合管連接起來。然而，采用傳統工藝在雙金屬離心澆鑄復合管的端部焊接法蘭時，法蘭與復合管間的焊縫在凝固冷卻過程中會產生很大的拉應力，使得復合管的外層與內層之間產生分離甚至裂紋。這將降低復合管高鉻鑄鐵內層的沖擊抗性，從而極大地縮短雙金屬復合管的服役壽命。因此，在復合管端部焊接法蘭時，盡可能的避免環焊縫對復合管外層產生拉應力是提高復合管服役壽命的關鍵。

發明內容

本發明的目的在于解決現有雙金屬離心澆鑄復合管端部法蘭焊接工藝中因接頭殘余應力導致的雙金屬層間分離或開裂問題，旨在提供一種新型預壓應力雙金屬離心澆鑄復合管端部法蘭焊接工藝。

為了實現上述目的，本發明所設計的預壓應力雙金屬離心澆鑄復合管端部法蘭的焊接工藝，其特殊之處在于，包括以下步驟：

a、在法蘭的焊接面開坡口，對法蘭進行焊前預熱使其升溫至一定溫度；

b、將法蘭安裝在雙金屬離心澆鑄復合管的端部，采用點焊方式將法蘭固定在雙金屬離心澆鑄復合管上；

c、對法蘭與雙金屬復合管進行環焊連接。

進一步地，所述步驟a中法蘭焊前預熱溫度由下列關系式計算得出：

T_Y≥T+T_L

式中T_Y——法蘭焊前預熱溫度；

T——法蘭理論預熱溫度；

T_L——法蘭裝配、焊接過程中的溫度降低值；

T₀——環境溫度。

μ——剛度系數；

D——法蘭內徑；

α₁——復合管外層材料的熱膨脹系數；

α₂——法蘭的線膨脹系數；

q_w——單位長度焊縫熱輸入；

L₀——法蘭外圓半徑與內圓半徑之差；

c——法蘭比熱容；