管道貫穿缺陷的摩擦疊焊修復結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開管道貫穿缺陷的摩擦疊焊修復結(jié)構(gòu)，在管壁裂縫上設(shè)置與管道同心的搭接板，沿搭接板的四條邊依次設(shè)置盲孔，所述盲孔貫穿搭接板，且深入管壁，前后相鄰的盲孔彼此搭接，在盲孔內(nèi)固定設(shè)置塞棒。與現(xiàn)有技術(shù)相比，相比于常規(guī)摩擦疊焊修復缺陷的方法，本實用新型是圍繞搭接板四周打孔，這樣就避免了直接在缺陷處打孔，而且焊接完成后，貫穿缺陷被搭接板完全覆蓋住，就實現(xiàn)了對貫穿缺陷的修復，也就克服了常規(guī)摩擦疊焊修復方法不能對貫穿缺陷修補這一不足。
【專利說明】
管道貫穿缺陷的摩擦疊焊修復結(jié)構(gòu)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本實用新型屬于管道缺陷修復技術(shù)領(lǐng)域，更加具體地說，涉及一種水下管道缺陷 的固相焊修復結(jié)構(gòu)，特別涉及基于摩擦疊焊管道貫穿缺陷的水下焊接修復結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著海洋資源的不斷開發(fā)，海底鋼鐵結(jié)構(gòu)不斷增多，特別是深水的海底管道。由于 傳統(tǒng)的焊接方法受水深的限制，因而產(chǎn)生了摩擦疊焊技術(shù)。摩擦疊焊(Friction Stitch Welding，F(xiàn)SW)屬于摩擦焊接技術(shù)的一種，是英國焊接研究所繼1991年左右實用新型攪拌摩 擦焊技術(shù)以來在固相連接技術(shù)領(lǐng)域的又一重大貢獻，是以海洋平臺和海底管道修復為主要 目的的一種固相焊接方法。
[0003] 由于摩擦疊焊的特點，使得其在水下焊接以及惡劣環(huán)境下焊接具有很大的優(yōu)勢， 可廣泛應用于海洋平臺、海底管道、船體修理等眾多水下，尤其是深水鋼結(jié)構(gòu)的修復。傳統(tǒng) 熔焊方法修復水下鋼結(jié)構(gòu)缺陷，會存在很多弊端，比如，能見度差，焊縫含氫量高，不能修復 深水鋼結(jié)構(gòu)等。而摩擦疊焊可有效避免這些弊端。摩擦疊焊除了具有摩擦焊的一些優(yōu)點之 外，還具有對水深不敏感，易于實現(xiàn)自動化，環(huán)保，焊速快等優(yōu)點。摩擦疊焊焊接過程簡單的 來說是用旋轉(zhuǎn)金屬棒材(塞棒)填充在管壁上預鉆盲孔的過程。
[0004] 目前，應用摩擦疊焊技術(shù)修復水下管道，一般只適用于非貫穿缺陷的修補，這是由 該技術(shù)本身特點所決定的，即通過在管壁上鉆盲孔的辦法去除掉管壁上的裂紋缺陷，然后 用塞棒填充盲孔，焊接過程的初始階段對焊接質(zhì)量的影響很大，而初始階段是旋轉(zhuǎn)的塞棒 的底面與盲孔底面的摩擦接觸產(chǎn)熱，產(chǎn)生的熱量使材料發(fā)生塑性流動，進而進行接下來的 焊接過程。但是如果管壁上的缺陷是貫穿缺陷，即裂紋缺陷貫穿了管壁的整個厚度方向，為 了修補缺陷，就要將預鉆在管壁上的孔洞貫穿管壁，這樣預鉆孔就沒有底面，就無法實現(xiàn)塞 棒底面與孔的底面的摩擦生熱，也就無法進行焊接。 【實用新型內(nèi)容】
[0005] 本實用新型克服了現(xiàn)有技術(shù)中的缺點，提供一種管道貫穿缺陷的摩擦疊焊修復結(jié) 構(gòu)，旨在能夠滿足水下施工條件的要求，方便快捷地實現(xiàn)對管道貫穿缺陷的修復，同時又能 夠較少的調(diào)整現(xiàn)有摩擦疊焊的工藝參數(shù)。
[0006] 為了解決上述技術(shù)問題，本實用新型是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：
[0007] -種管道貫穿缺陷的摩擦疊焊修復結(jié)構(gòu)，在管壁裂縫上設(shè)置與管道同心的搭接 板，沿搭接板的四條邊依次設(shè)置盲孔，所述盲孔貫穿搭接板，且深入管壁，前后相鄰的盲孔 彼此搭接，在盲孔內(nèi)固定設(shè)置塞棒。
[0008] 其中，所述的搭接板完全覆蓋管壁裂縫，使裂縫位于搭接板的中間位置。
[0009] 其中所述塞棒的整體為柱形。
[0010] 其中在搭接板的表面上，所述前后相鄰的盲孔之間彼此搭接，兩個盲孔的重疊面 積為盲孔面積的1 /5-1 /4。
[0011] 其中盲孔深入管壁的深度為管壁厚度的三分之一到二分之一。
[0012] 其中盲孔和塞棒的形狀尺寸相匹配。
[0013] 基于摩擦疊焊管道貫穿缺陷的水下焊接修復方法:按照下列步驟進行：
[0014]步驟1:將與管道同心的搭接板放置于管壁的貫穿缺陷處，使搭接板完全覆蓋管壁 的貫穿缺陷處；
[0015]步驟2:在搭接板邊緣處打盲孔，盲孔貫穿搭接板并深入管壁，在盲孔中插入一根 直徑比孔徑略小的塞棒，同時在塞棒上施加向下的軸向力并保持進給速度，當塞棒的消耗 量達到預設(shè)值時，塞棒停止旋轉(zhuǎn)同時給塞棒頂鍛力并維持；
[0016]步驟3:沿著搭接板的四條邊的邊緣重復步驟2中的打盲孔操作，使后一個盲孔與 前一個盲孔有一部分面積相重疊，直至相連的盲孔繞搭接板的四周首尾相接，即可實現(xiàn)管 道貫穿缺陷的摩擦疊焊修復結(jié)構(gòu)。
[0017]在上述技術(shù)方案中，在步驟2中，所述的盲孔的直徑為9-20mm。
[0018] 在上述技術(shù)方案中，在步驟2中，所述的頂鍛力大于軸向力。
[0019] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的有益效果是:相比于常規(guī)摩擦疊焊修復缺陷的方 法，本實用新型是圍繞搭接板四周打孔，這樣就避免了直接在缺陷處打孔，而且焊接完成 后，貫穿缺陷被搭接板完全覆蓋住，就實現(xiàn)了對貫穿缺陷的修復，也就克服了常規(guī)摩擦疊焊 修復方法不能對貫穿缺陷修補這一不足。
【附圖說明】
[0020]圖1為本實用新型的結(jié)構(gòu)不意圖。
[0021] 圖2為塞棒結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022] 圖3為塞棒與搭接板連接處局部示意圖。
[0023]圖4為焊接局部結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]圖5為實施例中測定硬度的曲線。
[0025]其中1為管壁，2為搭接板，3為盲孔，4為塞棒，5為焊縫，6為熱影響區(qū)，7為內(nèi)飛邊，8 為外飛邊，a為塞棒上部圓柱直徑，b為塞棒下部圓柱直徑，c為塞棒底部錐柱錐度，d為塞棒 底部錐柱高度，e為塞棒底部拐角處過渡圓弧的半徑，f為盲孔錐度，g為搭接板平面上的盲 孔圓形直徑，h為搭接板厚度，i為塞棒伸入管壁的厚度，j為盲孔底部拐角處過渡圓弧的半 徑。
【具體實施方式】
[0026]下面結(jié)合附圖與具體的實施方式對本實用新型作進一步詳細描述：
[0027]如附圖1 一4所示，一種管道貫穿缺陷的摩擦疊焊修復結(jié)構(gòu)，在管壁裂縫上設(shè)置與 管道同心的搭接板，沿搭接板的四條邊依次設(shè)置盲孔，所述盲孔貫穿搭接板，且深入管壁， 前后相鄰的盲孔彼此搭接，在盲孔內(nèi)固定設(shè)置塞棒。
[0028] 其中，所述的搭接板完全覆蓋管壁裂縫，使裂縫位于搭接板的中間位置。
[0029] 其中，所述的前后的盲孔之間的重疊面積為孔面積的1/4。
[0030] 基于摩擦疊焊管道貫穿缺陷的水下焊接修復方法:按照下列步驟進行：
[0031]步驟1:將與管道同心的搭接板放置于管壁的貫穿缺陷處，使搭接板完全覆蓋管壁 的貫穿缺陷處，
[0032] 步驟2:在搭接板邊緣處打盲孔，盲孔貫穿搭接板并深入管壁一定距離，在盲孔中 插入一根直徑比孔徑略小的塞棒，同時在塞棒上施加一個向下的軸向力并保持一定的進給 速度，當塞棒的消耗量達到預設(shè)值時，塞棒停止旋轉(zhuǎn)同時給塞棒一個頂鍛力，頂鍛力維持一 定時間，
[0033] 步驟3:沿著搭接板的四條邊的邊緣重復步驟2中的打盲孔操作，使后一個盲孔與 前一個盲孔有一部分面積相重疊，直至相連的盲孔繞搭接板的四周首尾相接。
[0034] 在上述技術(shù)方案中，在步驟2中，所述的盲孔的直徑為10mm。采用上述技術(shù)方案進 行實際測試如下：
[0035] 1.鋼管材料
[0036]試驗所用鋼管為上海寶鋼生產(chǎn)的X65M〇鋼管，實際測試的化學成分如下表所示。
[0037]
[0038] 表1X65MO鋼管化學成分
[0039] 2.塞棒與盲孔的形狀與尺寸
[0040] 試驗所用的塞棒及盲孔的形狀如圖2和圖3所示，其中塞棒上部圓柱直徑a為20mm， 塞棒下部圓柱直徑b為16mm，塞棒底部錐柱錐度c為18°，塞棒底部錐柱高度d為25mm，塞棒底 部拐角處過渡圓弧的半徑e為2mm，盲孔錐度f為20°，搭接板平面上的盲孔圓形直徑g為 18mm，搭接板厚度h為15mm，塞棒伸入管壁的厚度i為10mm，盲孔底部拐角處過渡圓弧的半徑 j 為 2mm〇
[0041] 3.硬度測試
[0042] 根據(jù)Offshore Standard DNV-0S-F101 :Metallographic examination and hardness testing標準，在摩擦疊焊焊機上進行搭接實驗，焊接深25mm、直徑18mm的盲孔， 用直徑16mm的塞棒，通過型號為432SVD型自動轉(zhuǎn)塔數(shù)顯維氏硬度計對焊接接頭的硬度進行 測試。實驗中設(shè)置的工藝參數(shù)如表2所示，試驗測試了焊接接頭的硬度分布，整體強度，搭接 面處焊縫的抗拉強度，焊縫在0 °C下的沖擊韌性。
[0044] 表2摩擦錐塞焊焊接參數(shù)
[0045] 如圖4中所示，L1為焊接接頭縱向中心線，L2距上表面2mm，L3距焊接接頭底部2mm， 硬度值如圖5所示。母材的硬度值在215HV10左右，由于強烈的機械攪拌作用，使焊縫中心線 的硬度值波動較大，硬度最高值出現(xiàn)在中心偏下位置。觀察L2、L3硬度值可知，由焊縫中心 至熔合線位置硬度值一直增加，隨后硬度值降低。在高溫熱影響區(qū)，由于焊接過程中該處溫 度較高，使晶粒明顯變大，導致硬度值較低;低溫熱影響區(qū)晶粒較小，硬度值升高。在圖5中 L2，L3表現(xiàn)為硬度值在熔合線之后劇烈降低，隨后升高。
[0046] 以上對本實用新型進行了詳細說明，但所述內(nèi)容僅為本實用新型的較佳實施例， 不能被認為用于限定本實用新型的實施范圍。凡依本實用新型申請范圍所作的均等變化與 改進等，均應仍歸屬于本實用新型的專利涵蓋范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1. 一種管道貫穿缺陷的摩擦疊焊修復結(jié)構(gòu)，其特征在于，在管壁裂縫上設(shè)置與管道同 心的搭接板，沿搭接板的四條邊依次設(shè)置盲孔，所述盲孔貫穿搭接板，且深入管壁，前后相 鄰的盲孔彼此搭接，在盲孔內(nèi)固定設(shè)置塞棒。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種管道貫穿缺陷的摩擦疊焊修復結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的 搭接板完全覆蓋管壁裂縫，裂縫位于搭接板的中間位置。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種管道貫穿缺陷的摩擦疊焊修復結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述塞 棒的整體為柱形。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種管道貫穿缺陷的摩擦疊焊修復結(jié)構(gòu)，其特征在于，在搭接 板的表面上，所述前后相鄰的盲孔之間彼此搭接，兩個盲孔的重疊面積為盲孔面積的1/5-1/4〇5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種管道貫穿缺陷的摩擦疊焊修復結(jié)構(gòu)，其特征在于，盲孔深 入管壁的深度為管壁厚度的三分之一到二分之一。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種管道貫穿缺陷的摩擦疊焊修復結(jié)構(gòu)，其特征在于，盲孔和 塞棒的形狀尺寸相匹配。
【文檔編號】B23K20/12GK205684900SQ201620615081
【公開日】2016年11月16日
【申請日】2016年6月16日 公開號201620615081.0, CN 201620615081, CN 205684900 U, CN 205684900U, CN-U-205684900, CN201620615081, CN201620615081.0, CN205684900 U, CN205684900U
【發(fā)明人】呂小青, 賈清松, 徐連勇, 韓永典, 荊洪陽
【申請人】天津大學