【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种大口径厚壁管窄间隙激光焊接接头的制备方法，特别涉及一种大口径厚壁管道窄间隙激光焊接接头内部耐腐蚀、外部耐高温的分层设计制备方法，可以应用于石油运输管道的焊接过程，属于腐蚀与防护领域。
技术介绍
1、随着现代工艺的不断发展，对钢管的需求越来越大，而大口径厚壁管作为一种高品质、高效率的管道材料，被广泛应用于各种领域。大口径厚壁管具有高强度、高刚性、耐磨、耐压、耐腐蚀等优点，因此在能源化工领域被广泛应用于石油、天然气、化学原料等长距离输送管道的建设。此类运输管道特殊的服役环境对其内部和外部的性能分别提出了不同的要求，由于运输的石油等化工原料多为易燃、易爆、易腐蚀物质，因此需要管道内部具有优异的耐腐蚀性，同时由于运输管道往往需要承受高压、高温等恶劣环境，因此需要管道外部具备较好的耐高温性能。然而管道间焊接部位由于经历了快速的加热熔化和冷却凝固过程，其化学成分和组织形态均发生变化，导致管道焊接接头部位往往会出现明显的性能损失现象，成为运输管道的性能薄弱部位，从而严重限制了石油管道的使用寿命和安全性。
2、借助分层设计的概念对大口径厚壁管窄间隙激光焊接接头的内部和外部性能进行设计，分别采用激光增材技术在管道内部制备耐腐蚀增材层、采用激光熔覆技术在管道外部制备耐高温熔覆层，并依次与管道中间焊缝填充层紧密结合，形成“增材-焊接-熔覆”复合窄间隙激光成形接头，实现大口径厚壁管窄间隙激光焊接接头不同区域性能的针对性提升。
技术实现思路
1、针对现有技术存在的问题，本专利技
2、本专利技术通过下述技术方案实现：
3、本专利技术提供一种分层设计的大口径厚壁管窄间隙激光焊接接头制备方法，其特征在于，该制备方法包括如下步骤：
4、(1)采用激光扫描仪采集待焊不锈钢管道坡口几何尺寸并进行图像处理，构建相对应的不锈钢管道坡口模型；
5、(2)基于所述管道坡口模型确定激光焦点作用位置，输入耐腐蚀打底层增材工艺参数，完成耐腐蚀增材打底层制备，获取相应的耐腐蚀增材打底层高度；
6、(3)基于所述耐腐蚀增材打底层高度计算焊接填充层激光焦点偏移高度，完成所述激光焦点位置的调整，输入填充层焊接工艺参数，完成焊接填充层制备，获取相应的焊缝填充层高度，计算焊缝总高度，当焊缝总高度大于坡口高度时，进行下一步，反之则重复焊缝填充层焊接过程；
7、(4)基于焊缝盖面层高度计算耐高温熔覆盖面层激光焦点偏移高度，完成所述激光焦点位置的调整，输入耐腐蚀盖面层熔覆工艺参数，完成耐腐蚀熔覆盖面层制备；
8、进一步地，所述耐腐蚀增材打底层/焊接填充层/耐高温熔覆盖面层尺寸模型为单道增材/焊缝/熔覆层的截面积、熔宽及余高分别与送丝/送粉速度、激光功率和扫描/焊接/熔覆速度之间的关系模型，其数学表达公式如下：
9、sd＝a1p+b1vw+c1vf
10、hd＝a2p+b2vw+c2vf
11、dd＝a3p+b3vw+c3vf
12、其中，sd、hd、dd、p、vw和vf分别为单道增材/焊缝/熔覆层截面积、余高、熔宽、激光功率、扫描/焊接/熔覆速度和送丝/送粉速度，a1、a2、a3、b1、b2、b3、c1、c2和c3为常数且与材质有关；
13、进一步地，所述打底层增材/填充层焊接/盖面层熔覆工艺参数的输入通过相互关联的增材工艺知识库、焊接工艺知识库和熔覆工艺知识库实现，并基于工艺参数建立相应的打底层/填充层/盖面层尺寸模型，以获取对应的增材/焊缝/熔覆层高度，包括：
14、基于建立的管道坡口模型提取坡口的钝边和坡口间隙大小，查询所述激光增材工艺知识库，获取所述耐腐蚀打底层增材工艺参数；
15、基于所述耐腐蚀打底层增材/填充层焊接/耐高温盖面层熔覆工艺参数建立所述耐腐蚀增材打底层/焊接填充层/耐高温熔覆盖面层尺寸模型用以获取所述耐腐蚀增材打底层/焊接填充层/耐高温熔覆盖面层高度；
16、进一步地，所述耐腐蚀增材打底层高度和焊接填充层激光焦点偏移高度根据以下方程式求解，具体方程如下：
17、
18、hl1＝h1
19、其中，dd1、sd1、d、h1和hl1分别表示为增材打底层熔宽、增材打底层截面积、坡口底部宽度、耐腐蚀增材打底层高度和焊接填充层激光焦点偏移高度；
20、进一步地，所述焊接填充层高度和下一焊接填充层激光焦点偏移高度根据以下方程求解，具体方程如下：
21、
22、hli＝h1+i
23、其中，dd1+i、ddi、h1+i、sd1+i和hli分别表示为第i层焊接填充层熔宽、第i-1层焊接填充层熔宽、第i层焊接填充层焊缝高度、第i层焊接填充层截面积和下一焊接填充层激光焦点偏移高度；
24、进一步地，所述焊缝总高度根据以下方程求解，具体方程如下：
25、h＝∑hii＝1，2，3.....，n
26、其中，h表示为焊缝总高度。
27、进一步地，所述焊缝总高度满足h≥hh时，完成填充层的焊接过程；
28、进一步地，所述焊接盖面层高度和耐高温熔覆盖面层激光焦点偏移高度根据以下方程式求解，具体方程如下：
29、hln＝h1+n
30、其中，h1+n和hln分别表示为焊接盖面层高度和耐高温熔覆盖面层激光焦点偏移高度；
31、进一步地，所述管道坡口模型主要包括：坡口底部宽度d、坡口高度hh和钝边h0。
32、进一步地，所述耐腐蚀增材打底层主要通过激光增材过程添加微量纳米ta颗粒制备而成。
33、进一步地，所述耐高温熔覆盖面层主要通过激光熔覆tic纳米焊丝制备而成。
34、进一步地，所述耐腐蚀增材打底层、焊接填充层、耐腐蚀熔覆盖面层均简化为梯形。
35、本专利技术的有益效果：针对大口径厚壁管窄间隙激光焊接接头性能损失导致该性能薄弱部位无法满足运输管道内部需耐腐蚀、外部需耐高温的复杂服役要求，该方法分别采用激光增材技术在管道内部制备耐腐蚀增材层、采用激光熔覆技术在管道外部制备耐高温熔覆层，并依次与管道中间焊缝填充层紧密结合，形成“增材-焊接-熔覆”复合窄间隙激光成形接头，实现大口径厚壁管窄间隙激光焊接接头不同区域性能的针对性提升，从而提高其服役性能。
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1.一种分层设计的大口径厚壁管窄间隙激光焊接接头制备方法，其特征在于，该制备方法包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种分层设计的大口径厚壁管窄间隙激光焊接接头制备方法，其特征在于，所述耐腐蚀增材打底层/焊接填充层/耐高温熔覆盖面层尺寸模型为单道增材/焊缝/熔覆层的截面积、熔宽及余高分别与送丝/送粉速度、激光功率和扫描/焊接/熔覆速度之间的关系模型，其数学表达公式如下：
3.根据权利要求1所述的一种分层设计的大口径厚壁管窄间隙激光焊接接头制备方法，其特征在于，所述管道坡口模型主要包括：坡口底部宽度d、坡口高度Hh和钝边h0。
4.根据权利要求1所述的一种分层设计的大口径厚壁管窄间隙激光焊接接头制备方法，其特征在于，所述耐腐蚀增材打底层主要通过激光增材过程添加微量纳米Ta颗粒制备而成。
5.根据权利要求1所述的一种分层设计的大口径厚壁管窄间隙激光焊接接头制备方法，其特征在于，所述耐高温熔覆盖面层主要通过激光熔覆TiC纳米焊丝制备而成。
6.根据权利要求1所述的一种分层设计的大口径厚壁管窄间隙激光焊接接头制备方法，其特征
...【技术特征摘要】
1.一种分层设计的大口径厚壁管窄间隙激光焊接接头制备方法，其特征在于，该制备方法包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种分层设计的大口径厚壁管窄间隙激光焊接接头制备方法，其特征在于，所述耐腐蚀增材打底层/焊接填充层/耐高温熔覆盖面层尺寸模型为单道增材/焊缝/熔覆层的截面积、熔宽及余高分别与送丝/送粉速度、激光功率和扫描/焊接/熔覆速度之间的关系模型，其数学表达公式如下：
3.根据权利要求1所述的一种分层设计的大口径厚壁管窄间隙激光焊接接头制备方法，其特征在于，所述管道坡口模型主要包括：坡口底部宽度d...
【专利技术属性】
技术研发人员：王建峰，许珍木，占小红，卜珩倡，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：
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