本文關(guān)鍵詞：基于自蔓延高溫合成技術(shù)陶瓷內(nèi)襯復(fù)合鋼管的激光焊接，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：海底管道作為海上油氣田開發(fā)生產(chǎn)系統(tǒng)的主要組成部分,它是連續(xù)地輸送大量油氣時最快捷、最安全和最經(jīng)濟(jì)可靠的運(yùn)輸方式。由于石油天然氣中含有大量H2S、CO_2、Cl-等腐蝕介質(zhì),基于自蔓延高溫合成(SHS)技術(shù)制備的陶瓷內(nèi)襯復(fù)合鋼管兼有陶瓷和鋼材兩種材料的優(yōu)點(diǎn),在油氣管線方面具有極大的應(yīng)用前景。本文針對基于自蔓延高溫合成(SHS)技術(shù)制備的內(nèi)襯層為5mm厚Al2O3陶瓷,外層為15mm厚45#鋼的復(fù)合鋼管的激光焊接展開研究,為陶瓷內(nèi)襯復(fù)合鋼管的推廣應(yīng)用提供數(shù)據(jù)參考,通過對復(fù)合鋼管的內(nèi)襯層微觀組織檢測可知,內(nèi)襯陶瓷并不是單純的Al2O3陶瓷相,其中含有大量的金屬氧化物,而且內(nèi)襯陶瓷致密性不足,里面彌散分布著小孔,這都增加了內(nèi)襯陶瓷層的焊接可行性。陶瓷內(nèi)襯復(fù)合鋼管的焊接工藝研究過程為:先沿陶瓷層上沿向上對復(fù)合鋼管開45°~60°的V形坡口,利用3000W CO_2激光器對復(fù)合鋼管的陶瓷層進(jìn)行熔化焊接,焊接復(fù)合管陶瓷層之前,先對復(fù)合管內(nèi)層陶瓷取樣制成陶瓷片,對陶瓷片的熔化焊接進(jìn)行探究,為復(fù)合鋼管陶瓷層的焊接提供參考依據(jù),陶瓷片的熔化焊接主要研究激光功率P和焊接速度Vs的匹配關(guān)系,有規(guī)律的改變激光功率、焊接速度,利用體視顯微鏡觀察焊縫形貌,利用掃描電子顯微鏡(SEM)對焊縫內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析,研究結(jié)果表明在工藝參數(shù):激光功率700-1100W,離焦0mm,焊接速度800-1200mm/min,保護(hù)氣30L/min He氣下,均能夠獲得形態(tài)良好的焊縫,所得焊縫組織為兩側(cè)向中間延伸的細(xì)長條狀結(jié)構(gòu),并在中間出現(xiàn)一條明顯的界線,焊縫中的深灰色相與淺灰色相的分布相比非焊縫區(qū)的更加均勻;設(shè)計3種自熔性Ni-Cr-Mo耐蝕合金粉末以及1種自熔性Fe-Cr-Ni耐蝕合金粉末,對管件坡口以激光熔覆的方式進(jìn)行填充,進(jìn)一步增強(qiáng)焊縫耐腐蝕性的同時達(dá)到管件的強(qiáng)度連接,對管件坡口填充之前以相同的工藝參數(shù)在45#鋼板上制備熔覆層,分別根據(jù)美標(biāo)ASTM G48規(guī)定試驗(yàn)方法、試驗(yàn)條件,以及國內(nèi)某油氣田的實(shí)際工況條件來模擬CO_2/H2S環(huán)境來測定熔覆層的耐腐蝕性能并與具備強(qiáng)耐腐蝕性能的316L不銹鋼作對比,研究結(jié)果表明成分為(Cr 15wt%,Mo 5wt%,Fe 9wt%,B 2.5wt%,Si 1.5wt%,Ni余量)的Ni-Cr-Mo粉末所制備的熔覆層的耐腐蝕性能最好,成分為(Ni 10wt%,Cr 20wt%,B 2.5wt%,Si 1.5wt%,Fe余量)的Fe-NiCr粉末制備的熔覆層耐蝕性能不如Ni基粉末制備的熔覆層,但強(qiáng)于316L不銹鋼;根據(jù)陶瓷片熔化焊接研究結(jié)果并結(jié)合復(fù)合鋼管樣件的實(shí)際焊接情況,選定復(fù)合鋼管陶瓷層熔化焊工藝參數(shù)為:激光功率1000W,離焦0mm,焊接速度1200mm/min,保護(hù)其流量30L/min He氣,并分別利用成分為(Cr 15wt%,Mo5wt%,Fe 9wt%,B 2.5wt%,Si 1.5wt%,Ni余量)的Ni-Cr-Mo粉末、成分為(Ni10wt%,Cr 20wt%,B 2.5wt%,Si 1.5wt%,Fe余量)的Fe-Cr-Ni粉末以激光熔覆的方式對復(fù)合鋼管的坡口進(jìn)行填充,進(jìn)一步增強(qiáng)焊縫耐蝕性的同時達(dá)到管件的強(qiáng)度連接,為了防止焊縫區(qū)與45#鋼因化學(xué)成分差異而形成原電池,加速鋼管外表面的腐蝕,設(shè)計一種與45#鋼成分相近的Fe基合金粉末Fe-45#,利用激光熔覆的方式對管件坡口進(jìn)行蓋面,切開鋼管,觀察陶瓷焊縫背面整體形貌,結(jié)果表明在陶瓷焊縫背面出現(xiàn)了明顯的瓢狀凸起,實(shí)現(xiàn)了陶瓷層的熔化對接,陶瓷層上部的熔覆層無裂紋、氣孔等缺陷,并與鋼管形成良好的冶金結(jié)合,熔覆層與陶瓷焊縫之間為緊密的物理連接。
【關(guān)鍵詞】：陶瓷內(nèi)襯復(fù)合鋼管 熔化焊 激光熔覆 自熔性合金粉末 耐腐蝕
【學(xué)位授予單位】：北京工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TE973.3;TG456.7
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-11
• 第1章 緒論11-19
• 1.1 引言11-12
• 1.2 陶瓷內(nèi)襯復(fù)合鋼管12-16
• 1.2.1 陶瓷內(nèi)襯復(fù)合鋼管的制備12-14
• 1.2.2 陶瓷內(nèi)襯復(fù)合鋼管的應(yīng)用14
• 1.2.3 陶瓷內(nèi)襯復(fù)合鋼管的焊接14-16
• 1.3 研究內(nèi)容及技術(shù)路線16-19
• 第2章 實(shí)驗(yàn)材料和方法19-33
• 2.1 實(shí)驗(yàn)材料及焊前處理19-21
• 2.1.1 基本材料及樣品尺寸19-20
• 2.1.2 熔覆材料20
• 2.1.3 管件焊前處理20-21
• 2.2 實(shí)驗(yàn)儀器與設(shè)備21-23
• 2.2.1 焊接系統(tǒng)21
• 2.2.2 工裝設(shè)計21-22
• 2.2.3 激光熔覆送粉系統(tǒng)22-23
• 2.3 試驗(yàn)方法23-25
• 2.4 檢測分析設(shè)備25-26
• 2.4.1 體視顯微鏡25
• 2.4.2 掃描電鏡和能譜分析25-26
• 2.4.3 滲透探傷26
• 2.5 熔覆層腐蝕性能測試26-28
• 2.5.1 6wt%FeCl_3腐蝕介質(zhì)26
• 2.5.2 含CO_2的Cl~-腐蝕介質(zhì)26-27
• 2.5.3 含CO_2/H_2S的Cl~-腐蝕介質(zhì)27-28
• 2.5.4 不同H_2S含量的含CO_2的Cl~-腐蝕介質(zhì)28
• 2.5.5 不同溫度下含CO_2/H_2S的Cl~-腐蝕介質(zhì)28
• 2.6 腐蝕實(shí)驗(yàn)28-33
• 2.6.1 失重腐蝕試驗(yàn)28-30
• 2.6.2 電化學(xué)試驗(yàn)30-33
• 第3章 復(fù)合鋼管陶瓷層熔化焊工藝研究33-43
• 3.1 引言33
• 3.2 陶瓷層過渡層組織結(jié)構(gòu)分析33-34
• 3.3 陶瓷層熔化焊34-41
• 3.3.1 試驗(yàn)材料及其方案35
• 3.3.2 激光功率對焊縫的影響35-37
• 3.3.3 焊接速度對焊縫的影響37-39
• 3.3.4 陶瓷焊縫微觀組織分析39-41
• 3.4 小結(jié)41-43
• 第4章 激光熔覆材料的組織及耐腐蝕性能研究43-57
• 4.1 引言43
• 4.2 實(shí)驗(yàn)材料及其方案43-44
• 4.3 激光熔覆層的組織分析44-45
• 4.4 激光材料耐腐蝕性能分析45-54
• 4.4.1 熔覆材料在 6wt%FeCl_3中的腐蝕行為45-48
• 4.4.2 熔覆層在含CO_2的介質(zhì)腐蝕行為研究48-50
• 4.4.3 熔覆層在含CO_2/H_2S介質(zhì)腐蝕行為研究50-51
• 4.4.4 H_2S濃度對熔覆層在H_2S/CO_2介質(zhì)中腐蝕行為的影響51-52
• 4.4.5 溫度對熔覆層在H_2S/CO_2介質(zhì)中腐蝕行為的影響52-54
• 4.5 小結(jié)54-57
• 第5章 復(fù)合鋼管激光焊接57-63
• 5.1 引言57
• 5.2 復(fù)合鋼管陶瓷層熔化焊接57-58
• 5.3 復(fù)合鋼管坡口激光熔覆58-60
• 5.4 滲透探傷60
• 5.5 焊縫截面形態(tài)分析60-61
• 5.6 小結(jié)61-63
• 結(jié)論63-65
• 參考文獻(xiàn)65-69
• 攻讀碩士學(xué)位區(qū)間完成的學(xué)術(shù)成果69-71
• 致謝71

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  本文關(guān)鍵詞：基于自蔓延高溫合成技術(shù)陶瓷內(nèi)襯復(fù)合鋼管的激光焊接，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

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本文編號：282001