本发明涉及一种基于激光熔覆解决石油管道焊接时防腐熔化失效的方法。
背景技术：
：自20世纪50年代开始，油气管道的防腐技术就在不断发展，其主要原因在于石油与天然气管道大多数为低碳钢制材料，在使用过程中原油、天然气所含的h2o、o2、h2s、o2等易与金属材料发生化学反应，此外，原油中夹带的砂砾对管道产生冲刷磨损，导致管道穿孔及泄露，给生产企业带来严重的财产损失，同时也会给公共环境带来巨大损害。因此，为了减少腐蚀造成的这些严重后果，增强油气管道的使用寿命，进一步提高油气管道的防腐技术是十分重要的。符合油气管道的内涂层用的防腐涂料很多，性能各异。较为常用的有液体环氧涂料、粉末环氧涂料、酚醛环氧树脂和煤焦油环氧树脂等。随着技术的发展，这些防腐涂料的附着力、耐磨耐蚀性能、承压能力等各项性能得到了较大的提高。但上述各防腐涂料有一个共同的缺点，就是耐高温性能较差。在管道铺设施工时，采用焊接成型，在管道对接区焊口及其两端50mm范围内的内防腐涂层容易受热融化失效、损伤而造成过早腐蚀穿孔。申请号为cn201710925399.8的中国发明公开了“一种防腐防垢的油田管道”，包括管道主体，管道主体的内壁上设有内保护层，管道主体的外壁上设有外保护层，外保护层的厚度大于内保护层的厚度；内保护层和外保护层均由保护涂料刷涂而成，保护涂料的组成成份按重量份数计如下：聚丙烯树脂15-20份、1，3-丁二烯1.5-2份、二氧化钛3-5份、三元乙丙橡胶15-20份、白炭黑5-10份、玻璃微珠1-6份、二硫化四甲基秋兰姆3-8份、硬脂酸锌6-12份、二甲苯15-22份。该发明存在的问题是：其保护涂料与油田管道之间的结合强度不高，耐高温性较差，因此耐磨、防腐效果均不佳，在管道焊接时保护涂料容易熔化失效。技术实现要素：本发明要解决的技术问题是提供一种基于激光熔覆解决石油管道焊接时防腐熔化失效的方法，能有效解决石油管道焊接时因热影响导致管道内部防腐涂料熔化失效的问题。为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种基于激光熔覆解决石油管道焊接时防腐熔化失效的方法，包括以下步骤：s1.取两根相同型号的石油管道，将石油管道的端部打磨成角度为45度的坡口，然后对石油管道进行预处理；s2.用光纤激光器对石油管道的内壁激光熔覆合金粉末形成熔覆层一，熔覆层一与坡口的距离为100mm，熔覆层一的厚度为0.7-1.5mm，激光功率为2800-3600kw，光斑直径为2mm，扫描速度为600-1000mm/min，搭接率为50％，送粉量为20-50g/min，激光熔覆过程中通氩气保护，氩气流量为15l/min；s3.用光纤激光器对石油管道坡口处的内壁激光熔覆合金粉末形成熔覆层二，熔覆层二的厚度为0.7-1.5mm，激光功率为2000-2800kw，光斑直径为5mm，扫描速度为1000-1400mm/min，搭接率为50％，送粉量为30-50g/min，激光熔覆过程中通氩气保护，氩气流量为16l/min；s4.对石油管道的内壁进行防腐涂料处理；s5.将两根石油管道的坡口靠在一起形成v字口，使用与合金粉末组分相同的合金焊条对v字口进行第一道焊接，然后用普通焊条在合金焊条的外侧进行第二道焊接形成整体。进一步地，本发明所述步骤s1中，预处理的过程为：①对石油管道内待激光熔覆的地方进行磨削加工，去除表面锈蚀；②用丙酮对石油管道进行除油处理；③对石油管道的端部进行黑化处理；④用热风机对石油管道的加工面进行烘干处理。进一步地，本发明所述合金粉末由重量比为99∶1的基料和辅料混合而成，基料为镍基合金，其重量百分比组成为：铬16％，硼5％，硅4％，碳12％，钴6％，其余为镍；辅料的制备方法为：将硝酸钇、硝酸铈、硝酸铁加入于蒸馏水中，溶解均匀后加入pva、六亚甲基四胺、柠檬酸，静置2h后加热至85℃，磁力搅拌均匀后形成溶胶，将溶胶取出放入干燥箱中，110℃下干燥形成干凝胶，将干凝胶放入电炉中煅烧，以1℃/min的速度升温至300℃后保温1h，然后以2℃/min的速度升温至800℃后保温1h，自然冷却至室温后取出，研磨后即得辅料。进一步地，本发明所述辅料的制备方法中，硝酸钇、硝酸铈、硝酸铁的摩尔比为1∶1∶3。进一步地，本发明所述步骤s2中，光纤激光器的功率为5kw。进一步地，本发明所述步骤s3中，光纤激光器的功率为3kw。进一步地，本发明所述步骤s4中，防腐涂料由重量比为15∶1的环氧树脂涂料和poss混合而成；poss的制备方法为：将三氯化铁、浓盐酸、甲醇、石油醚、二氯甲烷加入反应瓶中，搅拌1h得到混合液，将乙烯基三氯硅烷加入石油醚中，搅拌至完全溶解后滴加入混合液中，搅拌48h得到反应液，将反应液过滤得到滤液一，将滤液一置于分液漏斗中分液得到上层液体，将碳酸钠、氯化钙加入上层液体中，继续搅拌24h得到混合溶液，将混合溶液过滤得到滤液二，将滤液二旋转蒸发至有晶体析出时停止旋转蒸发，用二氯甲烷对旋转蒸发后的滤液二重结晶，烘干后即得poss。进一步地，本发明所述poss的制备方法中，三氯化铁、乙烯基三氯硅烷、碳酸钙、氯化钙的重量比为4∶2.5∶1∶1。与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：1)本发明主要采用光纤激光器在石油管道的端部熔覆合金粉末，与石油管道内壁产生冶金结合形成合金层，该合金层具有耐腐蚀、耐冲击、耐磨损、抗氧化、耐高温等特性，有效解决了现有防腐涂层在焊接时表现出的耐热性差、老化磨损严重以及抗冲击性能弱的问题。2)本发明在合金粉末中添加了辅料，该辅料是以硝酸钇、硝酸铈、硝酸铁为主要原料通过溶胶凝胶法制备而成的，其成分包括氧化钇、氧化铈和氧化铁，能进一步提高合金层的耐腐蚀、抗氧化老化以及抗冲击的性能。3)本发明在防腐涂料里添加了poss(笼型倍半聚硅氧烷)，该poss能有效提高输油管表面与防腐涂料之间的界面结合强度，因此能进一步提高石油管道的耐腐蚀性能，此外，poss还能进一步提高石油管道的耐磨损和耐高温性能。4)本发明在焊接步骤中采用了两道焊接工序，第一道焊接所使用的合金焊条与激光熔覆合金粉末的组分相同，这样能消除电位差腐蚀，从而进一步提高合金层的耐腐蚀性能。具体实施方式下面将结合具体实施例来详细说明本发明，在此本发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。实施例1基于激光熔覆解决石油管道焊接时防腐熔化失效的方法，包括以下步骤：s1.取两根相同型号的石油管道，将石油管道的端部打磨成角度为45度的坡口，然后对石油管道进行预处理，预处理的过程为：①对石油管道内待激光熔覆的地方进行磨削加工，去除表面锈蚀；②用丙酮对石油管道进行除油处理；③对石油管道的端部进行黑化处理；④用热风机对石油管道的加工面进行烘干处理。；s2.用功率为5kw的光纤激光器对石油管道的内壁激光熔覆合金粉末形成熔覆层一，熔覆层一与坡口的距离为100mm，熔覆层一的厚度为0.7mm，激光功率为2800kw，光斑直径为2mm，扫描速度为600mm/min，搭接率为50％，送粉量为20g/min，激光熔覆过程中通氩气保护，氩气流量为15l/min；s3.用功率为3kw的光纤激光器对石油管道坡口处的内壁激光熔覆合金粉末形成熔覆层二，熔覆层二的厚度为0.7mm，激光功率为2000kw，光斑直径为5mm，扫描速度为1000mm/min，搭接率为50％，送粉量为30g/min，激光熔覆过程中通氩气保护，氩气流量为16l/min；s4.对石油管道的内壁进行防腐涂料处理；s5.将两根石油管道的坡口靠在一起形成v字口，使用与合金粉末组分相同的合金焊条对v字口进行第一道焊接，然后用普通焊条在合金焊条的外侧进行第二道焊接形成整体。实施例2基于激光熔覆解决石油管道焊接时防腐熔化失效的方法包括以下步骤：s1.取两根相同型号的石油管道，将石油管道的端部打磨成角度为45度的坡口，然后对石油管道进行预处理，预处理的过程为：①对石油管道内待激光熔覆的地方进行磨削加工，去除表面锈蚀；②用丙酮对石油管道进行除油处理；③对石油管道的端部进行黑化处理；④用热风机对石油管道的加工面进行烘干处理。；s2.用功率为5kw的光纤激光器对石油管道的内壁激光熔覆合金粉末形成熔覆层一，熔覆层一与坡口的距离为100mm，熔覆层一的厚度为1mm，激光功率为3200kw，光斑直径为2mm，扫描速度为800mm/min，搭接率为50％，送粉量为40g/min，激光熔覆过程中通氩气保护，氩气流量为15l/min；s3.用功率为3kw的光纤激光器对石油管道坡口处的内壁激光熔覆合金粉末形成熔覆层二，熔覆层二的厚度为1mm，激光功率为2400kw，光斑直径为5mm，扫描速度为1200mm/min，搭接率为50％，送粉量为40g/min，激光熔覆过程中通氩气保护，氩气流量为16l/min；s4.对石油管道的内壁进行防腐涂料处理；s5.将两根石油管道的坡口靠在一起形成v字口，使用与合金粉末组分相同的合金焊条对v字口进行第一道焊接，然后用普通焊条在合金焊条的外侧进行第二道焊接形成整体。实施例3基于激光熔覆解决石油管道焊接时防腐熔化失效的方法包括以下步骤：s1.取两根相同型号的石油管道，将石油管道的端部打磨成角度为45度的坡口，然后对石油管道进行预处理，预处理的过程为：①对石油管道内待激光熔覆的地方进行磨削加工，去除表面锈蚀；②用丙酮对石油管道进行除油处理；③对石油管道的端部进行黑化处理；④用热风机对石油管道的加工面进行烘干处理。；s2.用功率为5kw的光纤激光器对石油管道的内壁激光熔覆合金粉末形成熔覆层一，熔覆层一与坡口的距离为100mm，熔覆层一的厚度为1.5mm，激光功率为3600kw，光斑直径为2mm，扫描速度为1000mm/min，搭接率为50％，送粉量为50g/min，激光熔覆过程中通氩气保护，氩气流量为15l/min；s3.用功率为3kw的光纤激光器对石油管道坡口处的内壁激光熔覆合金粉末形成熔覆层二，熔覆层二的厚度为1.5mm，激光功率为2800kw，光斑直径为5mm，扫描速度为1400mm/min，搭接率为50％，送粉量为50g/min，激光熔覆过程中通氩气保护，氩气流量为16l/min；s4.对石油管道的内壁进行防腐涂料处理；s5.将两根石油管道的坡口靠在一起形成v字口，使用与合金粉末组分相同的合金焊条对v字口进行第一道焊接，然后用普通焊条在合金焊条的外侧进行第二道焊接形成整体。实施例4基于激光熔覆解决石油管道焊接时防腐熔化失效的方法包括以下步骤：s1.取两根相同型号的石油管道，将石油管道的端部打磨成角度为45度的坡口，然后对石油管道进行预处理，预处理的过程为：①对石油管道内待激光熔覆的地方进行磨削加工，去除表面锈蚀；②用丙酮对石油管道进行除油处理；③对石油管道的端部进行黑化处理；④用热风机对石油管道的加工面进行烘干处理。；s2.用功率为5kw的光纤激光器对石油管道的内壁激光熔覆合金粉末形成熔覆层一，熔覆层一与坡口的距离为100mm，熔覆层一的厚度为1.2mm，激光功率为3300kw，光斑直径为2mm，扫描速度为900mm/min，搭接率为50％，送粉量为30g/min，激光熔覆过程中通氩气保护，氩气流量为15l/min；s3.用功率为3kw的光纤激光器对石油管道坡口处的内壁激光熔覆合金粉末形成熔覆层二，熔覆层二的厚度为1.2mm，激光功率为2500kw，光斑直径为5mm，扫描速度为1100mm/min，搭接率为50％，送粉量为45g/min，激光熔覆过程中通氩气保护，氩气流量为16l/min；s4.对石油管道的内壁进行防腐涂料处理；s5.将两根石油管道的坡口靠在一起形成v字口，使用与合金粉末组分相同的合金焊条对v字口进行第一道焊接，然后用普通焊条在合金焊条的外侧进行第二道焊接形成整体。实施例1-4中的合金粉末由重量比为99∶1的基料和辅料混合而成，基料为镍基合金，其重量百分比组成为：铬16％，硼5％，硅4％，碳12％，钴6％，其余为镍；辅料的制备方法为：将摩尔比为1∶1∶3的硝酸钇、硝酸铈、硝酸铁加入于蒸馏水中，溶解均匀后加入pva、六亚甲基四胺、柠檬酸，静置2h后加热至85℃，磁力搅拌均匀后形成溶胶，将溶胶取出放入干燥箱中，110℃下干燥形成干凝胶，将干凝胶放入电炉中煅烧，以1℃/min的速度升温至300℃后保温1h，然后以2℃/min的速度升温至800℃后保温1h，自然冷却至室温后取出，研磨后即得辅料。实施例1-4的步骤s4中，防腐涂料由重量比为15：1的环氧树脂涂料和poss混合而成；poss的制备方法为：将三氯化铁、浓盐酸、甲醇、石油醚、二氯甲烷加入反应瓶中，搅拌1h得到混合液，将乙烯基三氯硅烷加入石油醚中，搅拌至完全溶解后滴加入混合液中，搅拌48h得到反应液，将反应液过滤得到滤液一，将滤液一置于分液漏斗中分液得到上层液体，将碳酸钠、氯化钙加入上层液体中，继续搅拌24h得到混合溶液，将混合溶液过滤得到滤液二，将滤液二旋转蒸发至有晶体析出时停止旋转蒸发，用二氯甲烷对旋转蒸发后的滤液二重结晶，烘干后即得poss，三氯化铁、乙烯基三氯硅烷、碳酸钙、氯化钙的重量比为4∶2.5∶1∶1。对比实施例1与实施例2不同的是合金粉末中不包含辅料。对比实施例2与实施例2不同的是防腐涂料中不包含poss。对比实施例3与实施例2不同的是步骤s5中不包含第一道焊接工序。对照例对照例是申请号为cn201710925399.8的中国发明的实施例一。实验例一：耐腐蚀性能测试将实施例1-4、对比实施例1-3以及对照例处理后两根石油管道的焊接处采用48小时中性盐雾试验方法在盐雾腐蚀试验箱中进行测试，其中氯化钠溶液的质量分数为5％，ph值为7.0，喷雾压力为120kpa，温度为35℃，喷雾时间为48小时，计算出失重率，失重率＝(测试前重量-测试后重量)/测试前重量×100％，失重率越小表明耐腐蚀性能越好。测试结果如表1所示：失重率(％)实施例10.16实施例20.15实施例30.16实施例40.16对比实施例10.21对比实施例20.18对比实施例30.20对照例0.28表1表1显示出，经过实施例1-4处理后的两根石油管道焊接处的失重率均小于对照例，表明耐腐蚀性能很好，其中实施例2的耐腐蚀性能最好。对比实施例1-4的部分步骤与实施例2不同，对比实施例1、3的失重率均有上升，说明合金粉末中的辅料以及第一道焊接工序均能有效提高两根石油管道焊接处的耐腐蚀性能；对比实施例2的失重率略有上升，说明防腐涂料中的poss对耐腐蚀性能也能起到一定的提高作用。实验例二：抗冲击性能测试测试方法为：参考gb/t229-2007测试实施例1-4、对比实施例1-3以及对照例处理后两根石油管道的焊接处的冲击功，冲击功数值越大表明抗冲击性能越好，测试结果如表2所示：表2表2显示出，经过实施例1-4处理后的两根石油管道的焊接处的冲击功数值均大于对照例，表明抗冲击性能很好，其中实施例2的抗冲击性能最好。对比实施例1-4的部分步骤与实施例2不同，对比实施例1的冲击功数值降低了不少，说明合金粉末中的辅料能有效提高两根石油管道焊接处的抗冲击性能；对比实施例2、3的冲击功数值与实施例1-4持平，说明防腐涂料中的poss以及第一道焊接工序对抗冲击性能没有影响。实验例三：耐磨损性能测试用万能磨损机进行磨损试验并测试出实施例1-4、对比实施例1-3以及对照例处理后两根石油管道的焊接处的减重率，摩擦副材料为gcr15，摩擦载荷为300n，转速为100rpm，温度为25℃，摩擦时间为1小时，减重率＝(测试前重量-测试后重量)/测试前重量×100％，减重率越小表明耐磨损性能越好。测试结果如表3所示：减重率(％)实施例10.092实施例20.096实施例30.097实施例40.095对比实施例10.096对比实施例20.109对比实施例30.118对照例0.131表3表3显示出，经过实施例1-4处理后的两根石油管道的焊接处的减重率均大于对照例，表明耐磨损性能很好，其中实施例2的耐磨损性能最好。对比实施例1-4的部分步骤与实施例2不同，对比实施例2、3的减重率均上升了一些，说明防腐涂料中的poss以及第一道焊接工序均能有效提高两根石油管道焊接处的耐磨损性能；对比实施例1的减重率与实施例1-4持平，说明合金粉末中的辅料对耐磨损性能没有影响。实验例四：抗氧化老化性能测试将实施例1-4、对比实施例1-3以及对照例处理后两根石油管道的焊接处置于1200℃的空气中保温6h，计算出增重率，增重率＝(测试后重量-测试前重量)/测试前重量×100％，增重率越小表明抗氧化老化性能越好。测试结果如表4所示：增重率(％)实施例10.304实施例20.309实施例30.313实施例40.306对比实施例11.455对比实施例20.307对比实施例30.310对照例3.032表4表4显示出，经过实施例1-4处理后的两根石油管道的焊接处的增重率均小于对照例，表明抗氧化老化性能很好，其中实施例2的抗氧化老化性能最好。对比实施例1-4的部分步骤与实施例2不同，对比实施例1的增重率上升了不少，说明合金粉末中的辅料能有效提高两根石油管道焊接处的抗氧化老化性能；对比实施例2、3的增重率与实施例1-4持平，说明防腐涂料中的poss以及第一道焊接工序对抗氧化老化性能没有影响。实验例五：耐高温性能测试参照sy/t5324-94测定石油管道的实施例1-4、对比实施例1-3以及对照例处理后两根石油管道的焊接处的视导热系数，视导热系数分为从1到5五个等级，等级越高表明视导热系数越小，耐高温性能越好。测试结果如表5所示：视导热系数等级实施例14实施例24实施例34实施例44对比实施例14对比实施例23对比实施例34对照例2表5表5显示出，经过实施例1-4处理后的两根石油管道的焊接处的视导热系数等级均高于对照例两个等级，表明耐高温性能很好。对比实施例1-4的部分步骤与实施例2不同，对比实施例1、3的视导热系数等级与实施例1-4相当，说明合金粉末中的辅料以及第一道焊接工序对耐高温性能没有影响；对比实施例2的视导热系数等级则低于对实施例1-4一个等级，说明防腐涂料中的poss对两根石油管道焊接处的耐高温性能起到一定的提高作用。上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属
技术领域：
中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。当前第1页12