复合钢管（共5篇）
复合钢管 篇1
衬塑复合钢管作为近几年来的一种新型管材,由于它内壁光滑,不结垢、输送流体阻力小,可增加流量,节省能源;避免出现以往镀锌管“锈黄水”弊端,保证了水质的卫生,是较为理想的新型给水管材,已越来越广泛的应用于建筑给水领域。通过几年的施工,我们将衬塑复合钢管的施工方法进行了总结,希望在今后的施工中能得以应用。
1 特点
1)内壁光滑,不结垢、输送流体阻力小,可增加流量,节省能源。2)具有良好的耐酸,耐碱,耐盐等特点。3)对冲击,扭弯,压力以及其他外来力具有良好的承受力。4)可以避免出现以往镀锌管“锈黄水”弊端,保证水质卫生。5)适用范围广泛,规格品种齐全,连接方式可靠快捷。
2 适用范围
衬塑复合钢管具有钢管和塑管的双重优点,可广泛应用于城镇供水,纯净水,建筑给水,工业给水,空调、暖通管道系统,消防系统,医疗卫生,石油化工等管道工程,是未来管道产品发展的主流方向之一。输送流体温度为95 ℃±5 ℃。
3 工艺流程
施工准备→预制加工→管道安装→管道试压、冲洗→管道防腐和保温。
4 施工工艺
4.1 施工准备
1)熟悉“衬塑钢管”管道的施工技术文件和工艺要求,根据设计施工图进行现场测绘,并绘制管道加工预制单线图,进行加工预制。2)根据施工方案,及时对施工人员进行管道安装技术和安全交底。3)材料进场后,要及时进行检查,管道外表面不允许有分层、裂纹和影响强度的褶皱等缺陷存在,管材与管件无砂眼、气泡、裂口及显著的波纹;内壁衬塑应光滑,无裂纹、毛刺等缺陷。
4.2 预制加工
1)管材切割前,先用尺子定出所需长度,用粉笔沿管材外壁划整圆线,然后按划线位置切割。管材切割时,宜采用锯床垂直切割(也可用电动套丝机自带的割刀),禁止使用高速砂轮切割机切割。当采用盘锯切割时,其转速不得大于800 r/min。在管材切割过程中注意不能损伤和过分向内挤压内衬塑料层,应避免在切断时温度过高而破坏内衬层,影响管道的使用质量和寿命。2)套丝应采用配套的电动套丝机进行,及时调整好管道丝锥的长度和松紧度。为了避免套丝时管壁温度过高,要使用专用冷却润滑油,并由专人负责加注。3)倒角应按照衬塑厚度的1/2进行内倒角,用专用刮刀或塑料管用铰刀进行,并且用木挫刀或砂纸将管端头(衬塑)部位的毛刺清除干净。
4.3 管道安装
1)管道连接前应将丝口端部进行清洗,将端部处机油、金属与塑料粒屑清除干净并擦干。2)管道与配件安装时,先在管端涂上铅油,再缠四氟乙烯生料带或白漆麻丝,然后将管件丝扣与管端丝扣对准用手拧紧2扣～3扣,再用管钳将其紧固,丝扣外露2扣～3扣,安装完后找直找正,复核甩口的位置、方向及变径无误,清除麻头,并将所有的管口做好临时封堵。3)由于加工配管时,管道内会残留一些金属和塑料粉屑,为了便于管道冲洗时将其冲洗干净,在管道安装时,宜在管道的垂直总(干)管底部加设三通和排放阀门,以利通过管道在重力水冲洗时,将进入管道内部的金属、塑料粉屑和施工过程中进入管道内的垃圾与异物清除干净。
4.4 管道试压、冲洗
管道系统安装完后应进行水压系统试验。水压试验合格后,应对被破坏的镀锌层和外露丝扣处做好防腐处理,然后进行管道冲洗。
4.5 管道防腐与保温
应对所有支架及管道镀锌层破损处和外露丝扣处补刷防锈漆和银粉漆,并按照设计要求进行保温。
5 施工要点
1)衬塑复合钢管安装时,严禁采用焊接连接或进行局部加热、冷弯和煨弯等加工。2)管道安装一般应先装地下,后装地上,先装大管道后装小管道,先装垂直总(干)管,后装水平总(干)管、支管和机、泵房管道安装。3)给水横支管,宜设置2‰～5‰的坡度,坡向系统用水点或排放口。4)由于设计或返修造成管道局部修改,管道拆装时应对其配件进行检验,其配件内螺纹和橡塑密封垫圈应完好,否则也应更换配件或更换橡塑密封垫圈。5)管道穿越楼板和墙壁时应加设套管,当管道穿越建筑物沉降缝或伸缩缝时,应加设金属软接头。6)室外明敷时,必须采取防冻保温措施;室内明敷时,管道与热源间距不小于1 000 mm,与家用灶具间距不得小于400 mm。
6 质量要求
1)管道的内倒角与螺纹长度应符合产品技术要求,螺纹短时有时会造成管端丝口腐蚀,螺纹长时有时会造成管件的管芯部分破损,必须按照产品连接的技术要求进行检验,发现问题及时进行刀具调整,确保管道密封性能与安装质量。2)管道堆放要整齐平整,严禁随地乱扔乱放。3)现场施工时,严禁利用衬塑复合钢管做过渡接地线进行焊接施工。 本管道严禁焊接连接、加热和弯管加工。4)管道安装施工过程中,应及时封堵管道敞口,防止异物进入造成堵塞。管道安装结束进水必须在管接口施工完毕24 h后进行。5)埋地,暗敷设的管道,应在水压试验合格后再进行隐蔽工程。6)管道安装完后,对套管与管道之间的环形缝隙进行嵌缝,先在套管中部塞上油麻,再用M10膨胀水泥砂浆嵌缝至平套管。
7效益分析
1)经济效益。衬塑复合钢管的创新设计使外层钢管壁厚变薄,可以节约大量钢材,比采用国标厚度镀锌钢管平均节约钢材近20%。并且因其输送流体阻力小,在相同供水流量的情况下,可增加流量,节省能源。2)社会效益。在自来水管网中,以前使用的多为镀锌管,锈蚀问题成为水质污染的主要原因。而衬塑钢管具有良好的耐酸,耐碱,耐盐等特点,可以避免出现以往镀锌管“锈黄水”弊端,保证水质卫生及健康饮水。
参考文献
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[2]赵锂,王建军,吴子云.衬塑钢管系统在节约资源方面的思考[J].云南建筑,2009(10):134-136.
复合钢管焊缝腐蚀穿孔原因分析 篇2
关键词：钢管,腐蚀穿孔,焊接工艺,点蚀
1 事故概况
某油井日产液量241t,产油133t,产水107t,产气29.9万m 3。该井管线上使用了复合钢管(114mm×12mm的20G+内衬2mm的316L)。与复合钢管连接的绝缘法兰为316L不锈钢,采用氩弧焊工艺将复合钢管的不锈钢部分与法兰焊接起来。2008年9月20日检修时在管线上加了绝缘法兰,但当时在焊接时有2个法兰没有采用氩弧焊,只是手工电弧焊。2009年8月15日,其中一个靠近上游的法兰焊缝处发生了腐蚀穿孔,穿孔路径是由内向外。
2 穿孔原因分析
2.1 宏观形貌分析
复合钢管与不锈钢法兰焊缝腐蚀穿孔处的管段实物如图1所示。
腐蚀发生在复合钢管内层与不锈钢法兰的焊缝处及附近,形成了许多腐蚀坑和孔洞。将该管段的腐蚀穿孔处切下,并在其对面相应位置取未发生腐蚀穿孔处进行比较。从切下的复合钢管横剖面上观察不锈钢内层厚度没有变化,而外层的20G钢管壁厚发生明显的腐蚀减薄。将复合钢管与不锈钢法兰焊缝腐蚀穿孔处切分为4个分析样品,用于各项理化分析(见图2)。在20G钢管壁上有许多腐蚀产物锈并形成腐蚀坑见图在复合钢管内层与不锈钢法兰焊缝处产生了腐蚀坑和孔洞。
2.2 金相分析
分别取复合钢管与不锈钢法兰焊缝的腐蚀穿孔处(3号样块)和完好处(6号样块)作为金相样品,经预磨、抛光后,复合钢管的20G部分用4%硝酸酒精溶液腐刻,不锈钢与焊缝及法兰部分用10%草酸溶液电解腐刻,在光学显微镜下观察。
3号样块表面在焊缝处有腐蚀坑,腐蚀坑内生成大量树根状裂纹并向法兰和焊缝扩展,复合钢管中的20G外管内侧已经被腐蚀掉很大部分;腐蚀先在焊缝处形成腐蚀坑,由坑底生成的大量树根状裂纹以穿晶形式在焊缝和法兰中扩展(见图4、图5);从裂纹的形貌可以确定为不锈钢的应力腐蚀开裂。复合钢管中的316L内管上未发现明显地应力腐蚀裂纹,但有点蚀坑存在(图略)。
6号样块在焊缝处未见明显的腐蚀,焊缝与法兰、复合钢管的20G外管、316L内管的焊接熔合结合处良好,但在复合钢管的内、外管与焊缝的焊合处的焊缝处有裂纹存在;复合钢管的20G外管的金相组织为热轧状态的铁素体加珠光体,在与焊缝接合处有过热的魏氏组织存在;法兰为固溶态的奥氏体组织;复合钢管的316L内管的金相组织为变形态的奥氏体组织;在复合钢管的316L内管和焊缝内壁有点蚀坑存在(图略)。
2.3 化学成分分析
由于复合钢管焊缝处是由多种材料焊接在一起,该处除各自的金相组织不同外,其各自成分也会有所不同,这对其耐腐蚀性能会有一定的影响。借助扫描电镜能谱仪可以定性(半定量)地确定各部分材料的成分差异。分析结果表明,复合钢管的内管和法兰为Cr-Ni-Mo奥氏体不锈钢;内、外焊缝为Cr-Ni奥氏体不锈钢,不含有Mo,元素成分能谱分析如表1所示。
2.4 扫描电镜分析
借助扫描电镜对复合钢管焊缝腐蚀坑处进行微观形貌和元素成分能谱分析。
2～5号样块不同部位焊缝腐蚀形貌如图6所示(图略)。在焊缝腐蚀坑处有很多的腐蚀产物,在4a区域存在着泥状花样的形貌,这是不锈钢应力腐蚀开裂的典型特征;5号样块为复合钢管外层
钢管的内壁由于腐蚀的作用管壁减薄形成了腐蚀坑(图略)。元素成分能谱分析的结果表明,2～5号样块不同部位焊缝处O、Cl等元素的含量较高,2号样块2c处圆形球状物为金属物体。
2.5 焊缝腐蚀实验
为比较316L不锈钢采用氩气保护焊和普通手工电弧焊后焊缝在油田井下介质中的腐蚀行为,进行了实验室试验。
氩气保护焊和手工电弧焊试验样品形貌如图7所示。
腐蚀试验的水样成分如表2所示。将配置好的水样通氮气2h后,密封待用。
试验结果如表3所示,从焊缝样品腐蚀试验结果可知,采用氩气保护焊的试片腐蚀失重小于采用普通手工电弧焊,尤其是在气相环境下。
g/L
3分析及讨论
通过对复合钢管焊缝处的腐蚀形貌、金相组织及裂纹形态、复合钢管与法兰及焊缝成分、腐蚀穿孔处微观形貌及元素成分能谱分析以及对316L不锈钢采用两种不同焊接工艺的焊缝在模拟井下环境的腐蚀试验等理化检验,确认复合钢管焊缝处发生的腐蚀类型为点腐蚀和应力腐蚀,主要影响因素是焊缝处的材料及组织,油管内腐蚀性介质(Cl-)的含量,焊缝处的应力状态。
(1)复合钢管焊缝处相当于多种材料连接在一起,并具有各自不同的显微组织,从而具有不同的耐腐蚀性能。复合钢管的内层和法兰为316L不锈钢,为Cr-Ni-Mo系列,金相组织为单一固溶态奥氏体组织;而焊缝的不锈钢为Cr-Ni系列,金相组织为铸态奥氏体组织。从对Cl-耐蚀性来说,不含钼的不锈钢材料虽然表面具有较致密的氧化膜但在Cl-的作用下很容易发生坑点腐蚀,继而诱导应力腐蚀。在不锈钢材料中,加Mo的材料比不加Mo的材料在耐点腐蚀性能方面要好,Mo含量添加的越多,耐坑点腐蚀的性能越好。而点腐蚀是诱发应力腐蚀的起源,当钢中的Mo含量≥3%时,就能达到充分阻止Cl-向材料基体渗透的作用。316L不锈钢中的Mo含量在2.00%～3.00%,因此它还会发生点腐蚀和应力腐蚀,而且铸态的奥氏体组织也比单一固溶态奥氏体组织耐腐蚀性差。同时,不锈钢在焊接过程中如处理不当,往往会产生气孔、咬肉、焊瘤、夹渣、飞溅、凹陷,未焊透、未熔合及微裂纹等缺陷。由于在焊缝及熔合线造成狭小的缝隙,腐蚀介质渗入会形成浓差电池,造成点蚀或缝蚀,甚至穿孔。当在焊接时如得不到惰性气体或溶渣的有效保护,焊缝氧化会显著地降低耐蚀性。焊缝表面上形成氧化铬鳞皮,则在其下底会形成贫铬层,增加了点蚀与晶间腐蚀的敏感性。
复合钢管焊缝处的腐蚀穿孔正是首先在复合钢管内层与法兰焊接的内焊缝表面发生点腐蚀,然后由点腐蚀坑产生穿晶应力腐蚀裂纹在焊缝中扩展并沿伸至法兰的基体中。穿晶应力腐蚀裂纹在焊缝中形成网状分布,比在法兰中程度重得多。
(2)复合钢管管内接触的油气中含有很高的Cl-,会对管内金属产生腐蚀作用。任何金属材料都不同程度的存在非金属夹杂物,如硫化物、氧化物等,这些在材料表面的非金属化合物,在Cl-的腐蚀作用下将很快形成坑点腐蚀形态。而一旦形成坑点以后,由于闭塞电池的作用,坑外的Cl-将向坑内迁移,而带正电荷的坑内金属离子将向坑外迁移,从而形成电化学腐蚀。由于Cl的原子半径非常小,金属当中的任何非金属夹杂物以及焊接缺陷都将成为Cl-渗透的腐蚀源头。而且Cr-Ni系列不锈钢本身对Cl-点腐蚀和应力腐蚀相当敏感,即使是Cr-Ni-Mo系列不锈钢也不能完全抵抗得了Cl-点腐蚀和应力腐蚀[1,2,3]。
(3)焊接过程不可避免地会产生残余应力,所以对于焊接构件来讲,即使无载放置、只要存在适当的腐蚀介质,就可能产生应力腐蚀裂纹。焊接过程产生的残余应力十分复杂受到许多因素的影响,例如钢材的热物理性质,构件的形状尺寸、温度分布以及焊接的施工条件等[4]。
复合钢管通常的焊接工艺为:先用氩弧焊完成不锈钢内衬间即复层的对接焊,然后再焊接过渡层使内外管熔为一体,最后进行外层管即基层的对接焊。失效的复合钢管的焊接是将复合钢管与不锈钢法兰连接起来,用的是手工电弧焊而没有用氩弧焊,因此焊缝的质量会不及氩弧焊,产生的焊接应力也会大些。
因此,总体来说复合钢管焊缝处的腐蚀穿孔过程是这样进行的:因油管内油气中含有的氯离子腐蚀作用在复合钢管内管与法兰连接的焊缝处产生点腐蚀坑,逐渐加深到一定程度后,造成焊缝与复合钢管内管焊接处穿孔,使得管内的腐蚀介质可以进入到复合钢管的内、外层之间,该处形成了一个电偶腐蚀环境,复合钢管外层20G钢的管壁被迅速腐蚀而穿孔,最终造成复合钢管的整体穿孔而失效;同时在焊缝处产生的由氯离子腐蚀作用所形成的点腐蚀坑又成为应力腐蚀的源头,产生大量的树根状裂纹向焊缝和法兰的基体扩展。
4结论
复合钢管焊缝处的腐蚀穿孔是由于复合钢管内管与法兰焊缝处发生点腐蚀和应力腐蚀造成的。点腐蚀和应力腐蚀的发生和发展主要与焊接工艺、焊缝质量、焊缝材料、焊接应力和环境介质(氯离子含量等因素有关
参考文献
[1]吴剑.不锈钢的腐蚀破坏与防蚀技术[J].腐蚀与防护1997,18:8-42.
[2]董允,林晓娉,姜晓霞.铬、钼对不锈钢腐蚀与腐蚀磨损性能的影响[J].机械工程材料,1997,21(6):29-31.
[3]王明德.不锈钢和合金的点腐蚀及缝隙腐蚀功能材料[J].功能材料,1981,(4):3-19.
复合钢管 篇3
陶瓷内衬复合钢管技术是将自蔓延高温合成技术(Self-propagating High-temperature Synthesis,简称SHS)和离心技术相结合,利用铝热反应所产生的大量热量,使反应物料呈熔融态,在离心力的作用下熔融产物由于密度的差异而分层,冷却后密度小的陶瓷成为复合钢管的内表面涂层,能使材料表面具有耐磨、耐蚀、耐高温等不同功能,以满足各种工况和尖端技术的需要,其中离心SHS技术是应用最为广泛的技术手段之一。
1 实验
本实验研究基于以下铝热反应原理实现:
实验用管材为热轧无缝钢管,材质20钢,钢管外径准95mm,壁厚4mm,长300mm,经碱液除油污,酸液除锈。Fe2O3、Al、SiO2全部为分析纯粉末,粒度分别为100～200目、200±20目、40～70目。SiO2粉末添加重量百分比分别为1%、2%、3%、4%、5%,经铝热反应制备出5种复合陶瓷钢管。
将反应物料按配比配制完后,装入混料机混合3h后取出放入烘箱中烘干,然后将反应物料填充于一端封闭的钢管内,随后用纸板封闭钢管另一端,并将钢管安装到自制的离心机上。开动离心机,调节转速至2000r/min,待转速平稳后,用乙炔焰引燃反应,整个反应瞬间完成,反应结束后,离心机继续旋转10min,然后停机。
2 结果与分析
2.1 陶瓷层相成分分析
离心SHS技术制成的陶瓷内衬复合钢管的结构如图1所示。
利用Al+Fe2O3体系制得的陶瓷层分3层,从里到外分别为陶瓷层、铁层和基体钢管。X射线衍射结果如图2所示,陶瓷层组织为典型的枝晶形态,由α-Al2O3主相、铁铝尖晶石FeAl2O4和莫来石相3Al2O3·2SiO2所组成。在扫描电镜下,FeAl2O4相位于α-Al2O3枝晶间隙之中。
2.2 添加剂SiO2对陶瓷层孔隙度的影响
复合钢管的致密化程度用陶瓷层孔隙度评价,陶瓷层的孔隙对复合钢管的耐蚀性、耐磨性和耐高温性能等均有影响。SiO2的加入对陶瓷层的致密度具有双重作用,表现为低熔点相的生成和反应体系温度的下降。反应中生成的低熔点相3Al2O3·2SiO2分布在Al2O3枝晶间隙中,构成排气网络,为熔体结晶时气体逸出提供通道,同时又可以填充因陶瓷凝固收缩引起的细小孔隙,使陶瓷层的孔隙率降低,致密度提高。随着SiO2含量的逐渐增加,大大减少了反应热,使熔体温度下降,熔体粘度增高,流动性变差,气体难以逸出,致使陶瓷层的密度降低,反而增加陶瓷层的孔隙度。
3 结论
(1)复合钢管陶瓷层主要由α-Al2O3主相及铁铝尖晶石FeAl2O4所组成。
(2)陶瓷内衬复合钢管为3层结构,从里到外分别为陶瓷层、铁层和基体钢管。
(3)SiO2对陶瓷层致密过程具有双重影响,在SiO2含量为2%时陶瓷层相对密度出现极大值。
摘要：利用离心高温自蔓延技术制备陶瓷内衬复合钢管,用X射线衍射仪测定了陶瓷层的相成分,研究了添加剂SiO2对复合钢管陶瓷层孔隙度的影响。
关键词：离心高温自蔓延技术,陶瓷内衬复合钢管,孔隙度
参考文献
[1]狄石磊,王宁.自蔓延高温合成Al2O3陶瓷内衬复合钢管技术的现状及展望[J].材料保护,2007,40(5):48-51.
[2]李冬黎,夏天东,康龙,等.复合钢管陶瓷层相组成及致密化的研究[J].甘肃工业大学学报,1999,25(4):17-21.
复合钢管 篇4
自蔓延高温合成技术(SHS)具有合成时间短、能耗小、产品质量高、环境污染低等优点,已用于陶瓷内衬复合钢管。根据其成型工艺,可分为离心SHS技术及重力分离SHS技术。离心SHS技术制备的复合钢管具有耐高温、耐磨损、耐腐蚀等优异性能,能够满足工业应用的需求[1,2,3],其缺点是[4]:(1)只能在直管中涂覆陶瓷内衬;(2)对于小径管难以产生较大离心力,不能进行相分离而无法生产;(3)无法应用于变径管等异型管件。重力分离SHS技术的显著特点是复合钢管制备时无需高速旋转,利用铝热反应生成熔融物重力分离特性制备出钢管,属于静态自蔓延反应,弥补了离心SHS法的缺陷。但用该方法制备的复合钢管的综合性能受诸多因素的影响。为此,对重力分离SHS陶瓷内衬复合钢管的研究进展作一评述,以期为提高复合钢管综合性能提供参考。
1 提高陶瓷层结合强度
1.1 优化工艺
将交变磁场引入自蔓延反应,不同的磁感应强度电磁场对复合钢管力学性能有影响:交变磁场可以增强复合钢管的压溃强度和压剪强度,如当磁感应强度为0.20 T时,陶瓷层的压溃强度和压剪强度比未引入交变磁场时分别提高了19.1%和21.9%,达到了418 MPa和19.5 MPa[5]。在自蔓延反应中施以不同振幅与振频单自由度上下往复式机械振动,对SHS铝热燃烧及复合钢管力学性能的影响为:提高振频能有效地促进铝热燃烧过程,提高燃烧温度、燃烧速率及反应转化率,如以振幅5 mm、振频5 Hz的机械振动,可使复合管的压溃强度提高11.1%,压剪强度提高24.2%[6]。由弱反应体系TiO2+C+Al和Ni按不同比例配合, 组成预涂覆剂, 对钢管内表面进行预涂覆处理,然后采用主燃烧体系CrO3+TiO2+C+Al+NiO制备了SHS陶瓷内衬复合钢管[7],当预涂覆剂配比为TiO2+ C+ 90%(质量分数) Ni时, 燃烧合成的复合管陶瓷/钢界面结合良好, 形成了含富钛碳化物的CrNi合金过渡层, 过渡层中富钛碳化物呈梯度分布,与未采用预涂覆工艺制备的复合管相比, 梯度分布更明显, 复合管内应力分布趋于合理, 提高了金属/陶瓷结合的牢固程度, 表征界面结合强度的抗剪强度值达到46.2 MPa。
1.2 施加添加剂
根据添加剂对SHS燃烧过程的影响,一般将其分为2类:一类为参与SHS反应,对燃烧过程具有促进作用的化学激活剂;另一类为不参与SHS反应,对燃烧过程具有抑制作用的稀释剂。当施加4%新型添加剂MnO2时,压溃强度和压剪强度分别提高了18.2%和12.3%,达到了416 MPa和19.2 MPa,有效增强了陶瓷层与基体之间的锚固效果,改善了复合管的结合强度[8]。当ZnO添加量为6%时,能够有效提高复合钢管的结合强度[9]。以(CrO3+Al)为燃烧体系,通过添加并调整( TiO2+Al+C)子体系与Ni金属添加剂发现,添加适量的Ni粉,可以控制中间过渡合金层中碳化物的体积分数与分布,有利于内衬陶瓷层、中间过渡合金层与钢基体之间的连接,从而使复合钢管的压剪强度得到提高,如当金属Ni为15%时,复合钢管的压剪强度达到极大值39.8 MPa,有效提高了钢管的使用寿命[10]。
2 提高陶瓷层韧性
增加陶瓷层韧性的主要方法有弥散韧化、相变韧化、纤维韧化、协同韧化。ZrO2相变增韧是一种有效的方法,如Al2O3-ZrO2复相陶瓷的断裂韧度比粉末冶金技术制备的Al2O3陶瓷、Al2O3-20%t-ZrO2复相陶瓷和TZP陶瓷(四方氧化锆陶瓷)分别提高254.7%,99.5%和33.0%,有效地提高了复合钢管的使用寿命[11]。通过向主燃烧配系引入不同含量的ZrO2[ 4.0%(摩尔分数)Y2O3]组元,制备内衬(Al2O3-ZrO2)复相陶瓷的复合管[12]。在ZrO2含量为25%时,断裂韧性达到最大值,为15.96 MPa·m1/2。在静态自蔓延反应中施以低频机械振动,施加振频10 Hz,振幅3 mm时,能提高添加剂中ZrSiO4的分解率,ZrO2发生马氏体相变,从而进一步提高陶瓷层的韧性[13]。
3 提高陶瓷层致密度
提高陶瓷层的致密度就是要降低凝固前陶瓷熔体中气相的含量。稀释剂是复合钢管制备过程中常用的一种添加剂,可以起到降低熔池黏度和延长液相存在时间的作用,从而有效地降低陶瓷层的孔隙率。稀释剂SiO2对复合管陶瓷层的影响远大于CaF2,添加2%~4%(质量分数)可以促进陶瓷层的致密度;加入CaF2可以促进陶瓷层的致密度,但其含量变化对提高致密度的作用并不明显;同时加入SiO2和CaF2可以取得更好的效果,但SiO2的加入量不应超过CaF2的加入量,如加入4% SiO2和4% CaF2时,陶瓷层连续均匀、表面光滑、截面无明显气孔[14]。当纳米SiC添加量为3%时,陶瓷层具有最佳致密性,孔隙度在4%以内。采用1.6 g/cm3的填料密度和6% CuO+3% SiC能制备出陶瓷层均匀、致密的复合管[15]。加入适当比例的玻璃粉添加剂能够降低铝热反应温度,玻璃粉高温良好的流动性和低凝固温度有利于反应中生成的气体的排出,从而有效地提高了陶瓷层致密度[16]。适量Ni粉能促进反应进行,使体系绝热燃烧温度提高,有利于体系的气体的排出,同时促进了TiO2+Al+C体系的反应,增加了最终产物(TiC)和中间产物(Ti2O3)的生成量,提高了陶瓷的致密度。当Ni粉质量分数为19%时,陶瓷层致密度高达 96.5%[17]。
4 提高陶瓷层耐蚀性
铝热剂中加入适量的添加剂可有效改善陶瓷层的耐蚀性,随SiO2添加量增加,陶瓷层的腐蚀失重率呈先下降、再增加、后减少的变化;当添加量为2%时,耐蚀性最好[ 腐蚀失重率约为0.4 g/(m2·h)];随CrO3添加量增加,陶瓷层的腐蚀失重率呈先下降后增加的趋势[18]。以适量CuO代替Fe2O3,可有效减少陶瓷涂层中FeAl2O4的含量,有助于陶瓷层耐蚀性的提高,如CuO添加量为6%时,陶瓷层具有最佳耐蚀性[19]。将SiC添加剂拓展到纳米级,随添加量的增加,陶瓷层的耐蚀性呈现出先上升后下降的趋势;当纳米SiC为3%时,陶瓷层具有最佳耐蚀性,有效地改善了陶瓷层耐腐蚀性能[20]。
基于重力分离SHS技术制备陶瓷内衬复合管,采用铝热燃烧二次涂覆方法制备双衬陶瓷层,研究双衬陶瓷层的耐蚀性[21]发现,酸溶液中腐蚀后双衬陶瓷复合管的腐蚀失重率分别不超过1Cr18Ni9Ti不锈钢管和单衬陶瓷复合管0.5%和2.0%。双衬陶瓷复合管开创了提高钢管耐蚀性的新方法,今后应加强复合钢管新工艺的研究。
5 结 语
复合钢管 篇5
1 制造工艺与检验
(1) 该内衬不锈钢复合钢管采用旋挤压工艺方式, 要求结合强度不小于0.5MPa, 以规格型号:20#-06Cr19Ni10 (304) ￠168×5+0.6为例, 经过国家工程复合材料产品质量监督检验中心出具的检验结果, 其化学成分和结合强度达到了GB/T8163-2008《输送流体用无缝钢管》、GB/T12771-2008《流体输送用不锈钢焊接钢管》、CJ/T192-2004《内衬不锈钢复合钢管》标准规定要求, 确保了复合后不锈钢和钢管间密实、结合牢固。
1.2 严格按SY/T6623-2012的相关规定对复合管逐根进行内窥镜检验, 并按照标准SY/T4109-2005规定对端口封焊处逐根渗透探伤检测, 检测结果合格后方可使用。
1.3 水压试验
说明:最高点为2.6 M P a, 最低点为2.4MPa, 之间保持5s, 管子无渗水迹象, 管线合格。
2 施工工艺
2.1 断管
采用砂轮机切管, 切管时开始进行可加快速度, 但碰到不锈钢层时要放慢速度, 通过不锈钢层后才可加快, 不得将管材折断。
2.2 修口
坡口角度控制在30°-40°之间, 坡口时应露出内层不锈钢管并进行封口, 对口时做到不错边, 焊缝保持1mm-2mm间隙。
2.3 焊接
焊前预热去除金属中水气, 焊前预热温度150℃, 焊缝端口预热范围:50-100mm
焊接方式:氩弧焊+手工焊, 母材材质20#/304, 对口间隙2.5-3.0mm。
新管线为内衬无缝钢管, 法兰和管件 (三通、弯头、变径等) 为304不锈钢
2.3.1 管道与法兰连接
(1) 法兰的压力等级与系统的工作压力相匹配;
(2) 在焊接工程中应选用不锈钢焊条 (A307) 将法兰的内口焊接牢靠, 再焊接法兰的外圈, 在焊接过程中, 电流控制在100-110A之间。
2.3.2管道与管件
管道与管件焊接工艺:焊接前坡口清理油污铁锈, 管口内清理干净方可进行施工;根部氩弧焊打底1遍, 手工电弧焊电焊条填充一遍, 盖面一遍;打底用TGF308焊丝, 电流为80A, 氩气流量12-15ml/min, 填充电流为80-100A, 盖面电流为70-90A, 使用异种钢焊条 (A302) , 焊口焊完后清理药渣和飞溅。
3结论
通过内衬不锈钢复合钢管在热力管道中的应用, 可大幅提高管道耐蚀性能及综合性能, 并降低管道和维护成本。随着石油行业的发展趋势, 油井的深度加大、含杂质的增多, 内衬不锈钢复合钢管在集输管道领域将获得广泛认同。
摘要：介绍了内衬不锈钢复合钢管制造工艺, 并通过在热水管线维修工程中应用, 从施工技术各方面进行了归纳总结, 为今后复合钢管的施工提供参考。
关键词：内衬不锈钢复合钢管,工艺,检验,应用
参考文献