CN100450691C - 异种金属镍基合金窄间隙全位置脉冲自动氩弧焊工艺 - Google Patents

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本发明涉及一种异种金属镍基合金窄间隙全位置脉冲自动氩弧焊工艺，其特征在于，实现异种金属管对接接头镍基合金窄间隙全位置脉冲自动氩弧焊，其方法为：在低合金钢管内堆焊不锈钢，在近镍基合金隔离层堆焊的端头内堆焊至少三层不锈钢，堆焊镍基合金隔离层；加工镍基合金隔离层对接坡口，加工不锈钢管对接坡口，将低合金钢管和不锈钢管装配焊接，焊接时坡口内充氩气，安装焊接小车用导轨、焊接小车、气体保护罩和钨棒；打底焊，采用全位置窄间隙冷丝脉冲钨极氩弧焊工艺进行全位置焊接，本发明的优点是效率高、适应范围广、焊材消耗低、焊接质量稳定和过程控制相对简单，适合于异种金属镍基合金窄间隙全位置的焊接。

Description

异种金属镍基合金窄间隙全位置脉冲自动氩弧焊工艺
技术领域
本发明涉及一种异种金属镍基合金窄间隙全位置脉冲自动氩弧焊工艺，尤其涉及一种低合金钢和奥氏体不锈钢大直径厚壁管INCONEL 690镍基合金隔离层热丝氩弧焊堆焊和窄间隙全位置脉冲自动氩弧焊工艺方法，属于焊接技术领域。
背景技术
异种金属镍基合金焊接是焊接领域中的难点，特别是核岛主设备中接管安全端Mn-Ni-Mo低合金钢和奥氏体不锈钢异种金属INCONEL 690镍基合金或INCONEL600镍基合金材料的焊接，由于材料特殊，技术要求高，因而焊接难度大。异种金属接头结构主要有两种类型，一种是带有厚度6-30mm镍基合金隔离层的单面U形或双面U形常规坡口，坡口宽度为12～30mm，由于坡口较宽，镍基合金隔离层较厚，对于带隔离层的常规坡口接头，焊接效率较低，焊材消耗较大；另一种是不带隔离层的窄间隙接头，对于不带隔离层的窄间隙坡口接头，焊前需预热，焊接过程中要保持120℃以上的层间温度，稀释率较难控制，焊接质量不稳定。
发明内容
本发明的目的是提供一种效率高、适应范围广、焊材消耗低、焊接质量稳定和过程控制相对简单的异种金属镍基合金窄间隙全位置脉冲自动氩弧焊工艺。
为实现以上目的，本发明的技术方案是提供一种异种金属镍基合金窄间隙全位置脉冲自动氩弧焊工艺，其特征在于，实现异种金属管对接接头镍基合金窄间隙全位置脉冲自动氩弧焊，其方法为：
第一步：在低合金钢管内采用热丝脉冲钨极氩弧焊的方法堆焊309L/308L不锈钢堆焊层，厚度为6-8mm，在近镍基合金隔离层堆焊的端头内30-50mm的范围内堆焊308L不锈钢至少三层，使局部堆高的整圈不锈钢堆焊层厚度为12～20mm；
第二步：加工低合金钢管端面，准备堆焊镍基合金隔离层；
第三步：对低合金钢管进行预热，预热温度为120℃-150℃；
第四步：采用加拿大LIBURDI公司制造的GT-VI焊接设备，应用热丝钨极氩弧焊的工艺堆焊镍基合金隔离层，除根部外，镍基合金隔离层厚度处在3～5mm的范围；根部区域镍基合金隔离层厚度10-14mm，焊丝采用美国SMC公司生产的INCONEL Filler Metal 52M，焊丝直径1.0-1.6mm；隔离层堆焊参数；
脉冲电流150-350A、脉冲电压9-14V、基值电流100-325A、基值电压9-13V、脉冲频率2-5HZ、脉宽比0.25-3、保护气体为氩气和氦气的混合气体，混合比例氩气25-100％，氦气0-75％、保护气流量25-45L/min、热丝电流25-110A、热丝电压4～8V、送丝速度1000-6000mm/min、焊接速度50-200mm/min；
第五步：对镍基合金隔离层进行250℃-300℃×2Hr后热消氢处理；
第六步：加工镍基合金隔离层对接坡口，加工不锈钢管对接坡口，坡口形式为窄间隙单面U型；
坡口尺寸为：镍基合金隔离层的厚度T＝2-4mm；镍基合金隔离层与坡口的角度α＝2-3°；不锈钢管与坡口的角度β＝3-4°；窄间隙单面U型底端的半径R＝3-4mm；U型坡底端与不锈钢管内壁之间剩余的壁厚为D＝3-4mm；低合金钢管的不锈钢堆焊层的厚度t＝11-13mm；
第七步：将带有不锈钢堆焊层和镍基合金隔离层的低合金钢管和不锈钢管装配焊接，采用手工氩弧焊或电弧焊，固定焊缝焊在管内焊根处，焊接时坡口内充氩气，防止坡口内氧化；
第八步：安装焊接小车用导轨、焊接小车、气体保护罩和钨棒；
第九步：低合金钢管和不锈钢管管内焊根处充氩气保护；
第十步：采用脉冲氩弧填丝焊工艺全位置打底焊，焊丝采用美国SMC公司生产的INCONEL Filler Metal 52M，打底焊厚度为2mm，焊丝直径0.9-1.2mm；打底焊接参数；
脉冲电流100-200A、脉冲电压9-12V、基值电流80-150A、基值电压9-13V、频率2-5HZ、脉宽比0.25-3、保护气体为氩气和氦气的混合气体，混合比例氩气25-100％，氦气0-75％、保护气流量30-55L/min、送丝速度800-1500mm/min、焊接速度50-150mm/min；
第十一步：移出内壁焊根处氩气；
第十二步：低合金钢管和不锈钢管外壁采用全位置窄间隙冷丝脉冲钨极氩弧焊工艺进行全位置焊接，焊丝直径0.9mm-1.2mm，使用LIBURDI公司生产的气体保护罩，一层一道的焊道布置，焊接过程中采用旋转锉局部修磨焊道表面，以去除焊道表面氧化物；
焊接主参数：
脉冲电流140-280A、脉冲电压9-12V、基值电流80-220A、基值电压9-13V、频率2-5HZ、脉宽比0.25-3、保护气体为氩气和氦气的混合气体，混合比例氩气25-100％，氦气0-75％、保护气流量30-55L/min、送丝速度800-2500mm/min、焊接速度100-140mm/min；
第十三步：对低合金钢管和不锈钢管焊妥后的整个接头进行消应力热处理，热处理规范615±10℃×3-16Hr；
第十四步：低合金钢管和不锈钢管内外壁加工，内壁加工去除焊根和堆焊层余量；外壁加工去除工件余量。
本发明采用窄间隙全位置的焊接，缩小焊接坡口以及镍基合金隔离层厚度，可明显提高焊接效率，同时节约焊材。
本发明的优点是效率高、适应范围广、焊材消耗低、焊接质量稳定和过程控制相对简单，适合于异种金属镍基合金窄间隙全位置的焊接。
附图说明
图1为异种金属镍基合金窄间隙全位置脉冲自动氩弧焊工艺示意图；
图2为坡口放大示意图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
实施例
不锈钢管5尺寸：外直径为900mm，内直径676mm；低合金钢管6：内壁包括6mm/端头内壁局部整圈12mm厚不锈钢堆焊层，尺寸：外直径为900mm，内直径≤676mm；
如图1所示，为异种金属镍基合金窄间隙全位置焊接示意图，采用LIBURDI公司制造的GT-VI窄间隙焊接设备，包含F型机头和双保护效果的特殊气罩，其方法为：
第一步：在低合金钢管6内采用热丝脉冲钨极氩弧焊的方法堆焊309L/308L不锈钢堆焊层8，厚度为6mm，在近镍基合金隔离层7堆焊的端头内30mm的范围内堆焊308L不锈钢三层，使局部堆高的整圈不锈钢堆焊层其高厚度为6mm，宽度8mm，焊丝直径1.2mm；
第二步：加工低合金钢管6端面，准备堆焊镍基合金隔离层7；
第三步：对低合金钢管6进行预热，预热温度为130℃；
第四步：采用加拿大LIBURDI公司制造的GT-VI焊接设备，应用热丝氩弧焊工艺堆焊镍基合金隔离层7，除根部外，镍基合金隔离层厚度为4mm；根部区域不低于12mm，以保证可加工出坡口；焊丝采用美国SMC公司生产的INCONEL Filler Metal 52M，焊丝直径1.2mm；
隔离层堆焊参数；
脉冲电流300A、脉冲电压13V、基值电流220A、基值电压12V、频率2HZ、脉宽比0.5、保护气体为50％氩气和50％氦气的混合气体，保护气流量30L/min、热丝电流60A、热丝电压5V、送丝速度3000mm/min、焊接速度130mm/min；
第五步：对镍基合金隔离层7进行250℃×2Hr后热消氢处理；
第六步：加工镍基合金隔离层7对接坡口，加工不锈钢管5对接坡口，坡口形式为窄间隙单面U型，如图2所示：
坡口尺寸为：镍基合金隔离层7的厚度T＝2-4mm；镍基合金隔离层7与坡口的角度α＝2-3°；不锈钢管5与坡口的角度β＝3-4°；窄间隙单面U型底端的半径R＝3-4mm；U型坡底端与不锈钢管5内壁之间剩余的壁厚为D＝3-4mm；低合金钢管6的不锈钢堆焊层的厚度t＝11-13mm；
第七步：将带有不锈钢堆焊层8和镍基合金隔离层7的低合金钢管6和不锈钢管5装配焊接，采用手工氩弧焊或电弧焊，固定焊缝焊在管内焊根处，焊接时坡口9内充氩气，防止坡口9内氧化；
第八步：安装焊接小车用导轨1、焊接小车2、气体保护罩3和钨棒4；
第九步：低合金钢管6和不锈钢管5管内焊根处充氩气保护；
第十步：采用脉冲氩弧填丝焊工艺全位置打底焊，焊丝采用美国SMC公司生产的INCONEL Filler Metal 52M，焊丝直径0.9mm；
打底焊接参数：
脉冲电流160A、脉冲电压10V、基值电流100A、基值电压9V、频率2HZ、脉宽比0.5、保护气体为100％氩气，保护气流量40L/min、送丝速度800mm/min、焊接速度120mm/min；
第十一步：移出内壁焊根处氩气；
第十二步：低合金钢管6和不锈钢管5外壁采用全位置窄间隙冷丝脉冲钨极氩弧焊工艺进行全位置焊接，焊丝直径0.9mm，使用LIBURDI公司生产的双保护效果的气体保护罩3，加强焊接区域的保护效果，一层一道的焊道布置，焊接过程中采用旋转锉局部修磨焊道表面，以去除焊道表面氧化物；
焊接主参数：
脉冲电流250A、脉冲电压11V、基值电流190A、基值电压10V、频率2HZ、脉宽比0.5、保护气体为100％氩气，保护气流量40L/min、送丝速度1000-2000mm/min、焊接速度100-110mm/min；
第十三步：对低合金钢管6和不锈钢管5焊妥后的整个接头进行消应力热处理，热处理规范615±10℃×3Hr；
第十四步：低合金钢管6和不锈钢管5内外壁加工，内壁加工去除焊根和堆焊层余量；外壁加工去除工件余量。

Claims (1)

1.一种异种金属镍基合金窄间隙全位置脉冲自动氩弧焊工艺，其特征在于，实现异种金属管对接接头镍基合金窄间隙全位置脉冲自动氩弧焊，其方法为：
第一步：在低合金钢管(6)内采用热丝脉冲钨极氩弧焊的方法堆焊309L/308L不锈钢堆焊层(8)，厚度为6-8mm，在近镍基合金隔离层(7)堆焊的端头内30-50mm的范围内堆焊308L不锈钢至少三层，使局部堆高的整圈不锈钢堆焊层总厚度为12-20mm；
第二步：加工低合金钢管(6)端面，准备堆焊镍基合金隔离层(7)；
第三步：对低合金钢管(6)进行预热，预热温度为120℃-150℃；
第四步：采用加拿大LIBURDI公司制造的GT-VI焊接设备，应用热丝钨极氩弧焊的工艺堆焊镍基合金隔离层(7)，除根部外，镍基合金隔离层厚度处在3-5mm的范围；根部区域隔离层厚度10-14mm，焊丝采用美国SMC公司生产的INCONEL Filler Metal 52M，焊丝直径1.0-1.6mm；隔离层堆焊参数：
脉冲电流150-350A、脉冲电压9-14V、基值电流100-325A、基值电压9-13V、脉冲频率2-5HZ、脉宽比0.25-3、保护气体为氩气和氦气的混合气体，混合比例氩气25-100％，氦气0-75％、保护气流量25-45L/min、热丝电流25-110A、热丝电压4～8V、送丝速度1000-6000mm/min、焊接速度50-200mm/min；
第五步：对镍基合金隔离层(7)进行250℃-300℃×2Hr后热消氢处理；
第六步：加工镍基合金隔离层(7)对接坡口，加工不锈钢管(5)对接坡口，坡口形式为窄间隙单面U型；
坡口尺寸为：镍基合金隔离层(7)的厚度T＝2-4mm；镍基合金隔离层(7)与坡口的角度α＝2-3°；不锈钢管(5)与坡口的角度β＝3-4°；
窄间隙单面U型底端的半径R＝3-4mm；U型坡底端与不锈钢管(5)内壁之间剩余的壁厚为D＝3-4mm；低合金钢管(6)的不锈钢堆焊层的厚度t＝11-13mm；
第七步：将带有不锈钢堆焊层(8)和镍基合金隔离层(7)的低合金钢管(6)和不锈钢管(5)装配焊接，采用手工氩弧焊或电弧焊，固定焊缝焊在管内焊根处，焊接时坡口内充氩气，防止坡口内氧化；
第八步：安装焊接小车用导轨(1)、焊接小车(2)、气体保护罩(3)和钨棒(4)；
第九步：低合金钢管(6)和不锈钢管(5)管内焊根处充氩气保护；
第十步：采用脉冲氩弧填丝焊工艺全位置打底焊，焊丝采用美国SMC公司生产的INCONEL Filler Metal 52M，打底焊厚度为2mm，焊丝直径0.9-1.2mm；打底焊接参数：
脉冲电流100-200A、脉冲电压9-12V、基值电流80-150A、基值电压9-13V、频率2-5HZ、脉宽比0.25-3、保护气体为氩气和氦气的混合气体，混合比例氩气25-100％，氦气0-75％、保护气流量30-55L/min、送丝速度800-1500mm/min、焊接速度50-150mm/min；
第十一步：移出内壁焊根处氩气；
第十二步：低合金钢管(6)和不锈钢管(5)外壁采用全位置窄间隙冷丝脉冲钨极氩弧焊工艺进行全位置焊接，焊丝直径0.9mm-1.2mm，使用LIBURDI公司生产的气体保护罩(3)，一层一道的焊道布置，焊接过程中采用旋转锉局部修磨焊道表面，以去除焊道表面氧化物；
焊接主参数：
脉冲电流140-280A、脉冲电压9-12V、基值电流80-220A、基值电压9-13V、频率2-5HZ、脉宽比0.25-3、保护气体为氩气和氦气的混合气体，混合比例氩气25-100％，氦气0-75％、保护气流量30-55L/min、送丝速度800-2500mm/min、焊接速度100-140mm/min；
第十三步：对低合金钢管(6)和不锈钢管(5)焊妥后的整个接头进行消应力热处理，热处理规范615±10℃×3～16Hr；
第十四步：低合金钢管(6)和不锈钢管(5)内外壁加工，内壁加工去除焊根和堆焊层余量；外壁加工去除工件余量。
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Name of requester: SHANGHAI ELETRIC NUCLEAR POWER EQUIPMENT CO., LTD.

Effective date: 20091015