CN101623790B

CN101623790B - 白铜焊件焊接方法

Info

Publication number: CN101623790B
Application number: CN2009101838250A
Authority: CN
Inventors: 崔定龙; 胡秋英; 黄小刚; 陈申付; 吴银志; 张伟波
Original assignee: China National Chemical Engineering No14 Construction Co Ltd
Current assignee: China National Chemical Engineering No14 Construction Co Ltd
Priority date: 2009-07-31
Filing date: 2009-07-31
Publication date: 2011-12-14
Anticipated expiration: 2029-07-31
Also published as: CN101623790A

Abstract

一种白铜焊件焊接方法，步骤包括：1)对焊件的焊接接头坡口进行加工：根据焊件的厚度确定坡口的间隙和坡口的角度；2)确定组对时的固定焊缝形式；3)选取焊丝，清理焊丝及焊件表面，按照焊接工艺和操作要求进行焊接。本方法有良好的经济效益和社会效益。

Description

白铜焊件焊接方法

技术领域

本专利技术涉及一种焊接方法，具体是一种白铜焊件焊接方法。

背景技术

含镍量低于50％的铜镍合金称为白铜，在海水、有机酸和各种盐溶液中具有很高的化学稳定性，具有优良的耐蚀性能和冷、热加工性，广泛应用于化工、精密机械、海洋工程中。

由于镍无限固溶于铜，白铜具有单一的α相组织，塑性好，易加工。白铜的力学性能和物理性能如下表：

其导热性能接近于碳钢，其焊接性能比紫铜、黄铜、青铜好，其焊接时易存在如下问题：

A、熔池金属流动性差，焊缝金属易产生气孔；

白铜焊接时，熔池金属表面张力大，熔池金属不活跃，熔池处于静止状态，流动性差。随着温度的下降，白铜中气体(H₂、CO₂)的溶解度发生突变，固态白铜中气体溶解度远低于液态白铜中气体溶解度，在熔池凝固时，气体来不及逸出，极易形成气孔。白铜焊接气孔主要是氢气孔和CO₂气孔。

B、焊接变形和焊接应力

由于白铜的线膨胀系数大、导热性能好，焊接时，热量不容易集中，焊接热影响区加宽，极易产生焊接变形，刚性固定约束时，易产生焊接应力。

C、未熔合和未焊透

由于白铜的导热性能好，焊接时，热量不容易集中，焊接时容易产生未熔合、未焊透缺陷，特别是焊接接头组对时存在错边缺陷时，极易产生未焊透缺陷。

D、低熔点共晶与热裂纹

白铜在液化状态时，其Cu易氧化生成CuO₂，CuO₂与Cu可生成熔点为1060℃的共晶，与CuS生成熔点为1067℃共晶，与Pb生成熔点为326℃的Cu+Pb共晶，与Bi生成熔点为270℃的共晶；其Ni与S、P易生成低熔点共晶体，在晶界形成易熔夹层，，在焊接应力作用下，易产生焊接热裂纹。

E、焊接接头的塑性、韧性

焊缝及热影响区受热循环后，晶粒变粗，各种脆性的低熔点共晶出现在晶界，从而使焊接接头的塑性和韧性显著下降。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提出了一种新的白铜焊件焊接方法，具体技术方案如下：

一种白铜焊件焊接方法，步骤包括：1)对焊件的焊接接头坡口进行加工：根据焊件的厚度确定坡口的间隙和坡口的角度；2)确定组对时的固定焊缝形式；3)选取焊丝，清理焊丝及焊件表面，按照焊接工艺和操作要求进行焊接。

所述焊接工艺要求包括：

1)电源极性采用直流正极；

2)预热温度和层间温度：焊件厚≤9mm的，不预热；焊件厚＞9mm的，焊前预热100～150℃；多层焊时，层间温度≥100℃；

3)焊接层数及焊缝高度：焊件厚≤4mm的，采用单层焊；焊件厚＞4mm的，采用多层焊，每层焊缝高度控制在3～4mm范围内；

4)保护气体：焊件必须进行充气保护，保护气体流量控制在8～16L/min；

5)焊接线能量：焊接线能量控制在20KJ/cm以下；

6)焊接工艺参数：焊接工艺参数如下表：

所述焊接操作要求包括：

1)焊接方向：采用左焊法，即焊接方向从右向左；

2)根层焊接采用“下月牙形”操作，摆动频率为12～16次/分钟；

3)焊接位置：预制焊件焊口焊接位置为立焊向上爬坡到平焊位置，固定焊口采用垂直固定横焊位置；

4)焊枪与焊件切线的夹角为50°～70°，焊丝与焊件切线的夹角为10°～20°；

5)根层焊接送丝采用“中间送丝法”，即根层焊接时在接头中心送丝；填充层和盖面层送丝采用“两侧送丝法”，即填充层焊和盖面层焊接时，在接头的坡口两侧送丝；

6)引弧、熄弧：采用电子脉冲引弧，引弧前提前送保护气体15-20秒；熄弧时缓慢熄弧，即熄弧前缓慢抬起电弧，待弧坑填满后再熄弧，防止弧坑气孔的产生。熄弧后延迟送保护气体25～30秒。

所述步骤1)中，根据焊件的厚度确定坡口的间隙和坡口的角度如下表：

焊件的厚度mm	坡口的间隙mm	钝边mm	坡口的角度°
				1.5～5	1.0～2.0	≤1.0	70～80
5～10	1.5～2.5	≤1.0	70～80
				10～20	2.0～3.5	≤1.0	65～75

所述步骤2)中，组对时的固定焊缝形式：接头组对时，固定焊缝采用“弓形桥接法”，即在接头组对固定焊时，采用外部桥接法，使固定焊缝焊接在坡口外部，形成弓形。

所述步骤3)中，焊丝是纯镍焊丝或白铜焊丝或ERCuNi焊丝，其中优选ERCuNi焊丝。所述电极是钨极。所述保护气体是氩气，纯度≥99.95％，优选是99.99％。

焊接前还需对焊件及每道焊缝的表面的清理，焊件坡口两侧清理的范围是至少40mm；每道焊层结束后，打磨焊缝表面。如果母材较短，还需在母材的首部或尾部连接导热器材。

工程应用实例及有益效果：

本方法在某接收站工程的海水管道中，试验使用，取得了良好的经济效益和社会效益。该海水管道，采用由南非进口的ASTM B466白铜管道，管线长度400多米，管道规格为1/2″-4″，焊口总数达1600时。采用本方法，由2名焊工在短短的35个工作日内，全部完成管道焊接工作，焊口无损探伤(X射线)全部一次合格。

附图说明

图1是实施例中，坡口形式及尺寸示意图；

图2是左焊法示意图；

图3是实施例中预制转动管，从下向上立焊示意图；

图4是左焊法下月牙形操作法示意图；

图5是针对图3，转动管下月牙形操作法示意图；

图2～图5中，图中箭头所指方向为焊接的方向；

图6是焊接、焊丝与管道的相对位置示意图；

图7是中间送丝法示意图；

图8是两侧送丝法示意图；

焊件(白铜管)1、切线2、焊丝3、氩弧4、焊枪(钨极/喷嘴)5、熔滴6、夹角a、坡口的间隙b。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步说明。

作为焊件，白铜管道的焊接难度比平板状焊件和焊接难度大，下面例子中，焊件选用白铜管道。保护气体在现有技术中应用比较多的是惰性气体如氩气、CO₂或氮气等，下面例子中，采用比较典型的氩气作为保护气体。焊接采用的电极为现有技术中比较典型的钨极。

一种白铜焊件焊接方法，步骤包括：1)对焊件的焊接接头坡口进行加工：根据焊件的厚度确定坡口的间隙和坡口的角度；2)组对时的固定焊缝形式；3)选取焊丝，清理焊丝及焊件表面，按照焊接工艺和操作要求进行焊接。

焊丝及焊件表面清理：

在清除焊件及焊丝表面氧化膜前，采用丙酮、酒精、汽油等有机溶剂，将焊丝、焊接件坡口及两侧各30mm范围内的油污、脏物清理干净，并烘干。

在角向磨光机上安装钢丝轮，用机械方法对焊丝、焊件坡口及两侧各30mm范围内进行打磨，清除表面氧化物，直至露出金属光泽。清理后的焊接应及时施焊。

焊接接头坡口形式

白铜焊接时，由于其导热性能良好，焊接时易产生未熔合、未焊透缺陷。因此在接头坡口加工时，注意加大坡口角度，减小钝边。白铜手工钨极氩弧焊坡口形式及尺寸如图1以及下表所示：

坡口形式及尺寸表

焊件的厚度δmm	坡口的间隙bmm	钝边kmm	坡口的角度α
				1.5～5	1.0～2.0	≤1.0	70～80°
5～10	1.5～2.5	≤1.0	70～80°
				10～20	2.0～3.5	≤1.0	65～75°

焊接材料选择

白铜手工钨极氩弧焊的焊丝，国内有选择纯镍焊丝，也有选择与母材相近的白铜焊丝的。通过焊接工艺评定试验，本例优选采用ERCuNi焊丝。

组对时的固定焊缝形式

接头组对时，固定焊缝采用“弓形桥接法”，即在接头组对固定焊时，采用外部桥接法，使固定焊缝焊接在坡口外部，形成弓形，在正式焊接到固定焊缝处时，采用角向磨光机清除该固定焊缝，避免由于固定焊缝缺陷影响正式焊缝质量。

焊接工艺包括：

1)电源极性：采用直流正极。

2)预热温度和层间温度：壁厚≤9mm的薄壁管道可不预热，壁厚＞9mm的厚壁管道焊前预热100-150℃；多层焊时，层间温度不低于100℃。

3)焊接层数及焊缝高度：壁厚≤4mm的管道，采用单层焊，壁厚＞4mm的管道，采用多层焊，每层焊缝高度控制在3-4mm范围内。

4)保护气体：管内必须进行充气保护，管外不需要气体保护罩。保护气体采用氩气，纯度为99.99％，管内保护气体流量控制在10-16L/min范围内。

5)焊接线能量：焊接线能量控制在20KJ/cm以下。

6)焊接工艺参数：焊接工艺参数如下表：

焊接操作要求包括：

1)焊接方向，如图2、3所示：管道预制采用转动口向上立焊方向，垂直固定横焊采用左焊法，即焊接方向从右向左运动，焊接过程中就能够便于观察溶池，从而提高焊接质量。

2)焊接操作手法，如图4、5所示：根层焊接采用“下月牙形”操作手法，摆动频率为12～16次/分钟，增加熔池高温停留时间，使熔池中的气体容易逆出，从而避免气孔的产生。

3)焊接位置：加大管道焊接的预制工程量，预制管道焊口焊接位置为立焊向上爬坡到平焊位置，固定焊口采用垂直固定横焊位置，避免水平固定全位置焊接(仰焊位置的焊接质量不易保证)。

4)焊接、焊丝与管道的相对位置，如图6所示：焊枪与母材切线的夹角b为50°～70°；焊丝与母材切线的夹角a为10°～20°。

5)送丝方式，如图7、8：根层焊接送丝采用“中间送丝法”，即根层焊接时在接头中心送丝；填充层和盖面层送丝采用“两侧送丝法”，即填充层焊和盖面层焊接时，在接头的坡口两侧送丝。图中“一”即为第一层，“二”即为第二层。

6)引弧、熄弧：本例采用ZX7-400焊接设备，用电子脉冲引弧，引弧前提前送保护氩气15-20秒；熄弧时注意缓慢熄弧，即熄弧前缓慢抬起电弧，待弧坑填满后再熄弧，防止弧坑气孔的产生。熄弧后延迟送保护氩气25-30秒，确保高温焊缝金属受到氩气保护，防止焊缝金属表面氧化。

例1，对于规格为φ73×7.01mm的白铜管道，

1)对焊件的焊接接头坡口进行加工：焊件的厚度δ＝7.01mm、坡口的间隙b＝2.0mm、钝边k＝0.8mm、坡口的角度α＝75°；

2)组对时的固定焊缝形式；固定焊缝采用“弓形桥接法”；

3)选取焊丝，清理焊丝及焊件表面，按照焊接工艺和操作要求进行焊接：

焊接工艺包括：

1)电源极性：采用直流正极。

2)预热温度和层间温度：不预热，层间温度120℃。

3)焊接层数及焊缝高度：采用3层焊，每层焊缝高度控制在3.5mm左右。

4)保护气体：管内必须进行充气保护，管外不需要气体保护罩。保护气体采用氩气，纯度为99.99％，管内保护气体流量控制在10-14L/min范围内。

5)焊接线能量：白铜管道手工钨极氩弧焊，焊接线能量控制在20KJ/cm以下。

焊接层数	钨极直径 mm	焊丝直径 mm	焊接电流 A	焊接电压 V	焊接速度 mm/min	氩气流量 L/min
							第一层	φ3.0	φ2.0	130-140	13-15	80-100	10-14
第二层	φ3.0	φ2.5	140-160	14-16	100-120	10-14
							第三层	φ3.0	φ2.5	140-160	14-16	80-100	10-14

焊接操作要求包括：

1)焊接方向，管道预制采用转动口向上立焊方向，垂直固定横焊采用左焊法，即焊接方向从右向左运动，焊接过程中就能够便于观察溶池，从而提高焊接质量。

2)焊接操作手法，根层焊接采用“下月牙形”操作手法，摆动频率约14次/分钟。

4)焊接、焊丝与管道的相对位置，如图6所示：焊枪与母材切线的夹角b约为60°；焊丝与母材切线的夹角a约为15°。

5)送丝方式，根层焊接送丝采用“中间送丝法”，即根层焊接时在接头中心送丝；填充层和盖面层送丝采用“两侧送丝法”，即填充层焊和盖面层焊接时，在接头的坡口两侧送丝。

6)引弧、熄弧：本例采用ZX7-400焊接设备，用电子脉冲引弧，引弧前提前送保护氩气约18秒；熄弧时注意缓慢熄弧，即熄弧前缓慢抬起电弧，待弧坑填满后再熄弧，防止弧坑气孔的产生。熄弧后延迟送保护氩气约28秒，确保高温焊缝金属受到氩气保护，防止焊缝金属表面氧化。

例2，对于规格为φ60×3.8mm的白铜管道，

1)对焊件的焊接接头坡口进行加工：焊件的厚度δ＝3.8mm、坡口的间隙b＝1.5mm、钝边k＝0.3mm、坡口的角度α＝70°；

2)组对时的固定焊缝形式；固定焊缝采用“弓形桥接法”；

焊接工艺包括：

1)电源极性：采用直流正极。

2)预热温度和层间温度：不预热。

3)焊接层数及焊缝高度：采用单层焊。

4)保护气体：管内必须进行充气保护，管外不需要气体保护罩。保护气体采用氩气，纯度为99.99％，管内保护气体流量控制在8～12L/min范围内。

5)焊接线能量：焊接线能量控制在10KJ/cm以下。

6)焊接工艺参数如下表：

焊接层数

钨极直径 mm

焊丝直径 mm

焊接电流 A

焊接电压 V

焊接速度 mm/min

氩气流量 L/min

一层

φ3.0

φ2.0

130-140

13-15

80-100

8-12

焊接操作要求包括：

1)焊接方向，管道预制采用转动口向上立焊方向，垂直固定横焊采用左焊法。

2)焊接操作手法，根层焊接采用“下月牙形”操作手法，摆动频率为12次/分钟。

4)焊接、焊丝与管道的相对位置，焊枪与母材切线的夹角b为50°；焊丝与母材切线的夹角a为10°。

5)送丝方式，如图7、8：根层焊接送丝采用“中间送丝法”，即根层焊接时在接头中心送丝。

6)引弧、熄弧：本例采用ZX7-400焊接设备，用电子脉冲引弧，引弧前提前送保护氩气15秒；熄弧时注意缓慢熄弧，即熄弧前缓慢抬起电弧，待弧坑填满后再熄弧，防止弧坑气孔的产生。熄弧后延迟送保护氩气25秒，确保高温焊缝金属受到氩气保护，防止焊缝金属表面氧化。

例3，对于规格为φ100×15mm的白铜管道，

1)对焊件的焊接接头坡口进行加工：焊件的厚度δ＝15mm、坡口的间隙b＝3mm、钝边k＝1mm、坡口的角度α＝65°；

2)组对时的固定焊缝形式；固定焊缝采用“弓形桥接法”；

焊接工艺包括：

1)电源极性：采用直流正极。

2)预热温度和层间温度：焊前预热130℃；多层焊时，层间温度不低于140℃。

3)焊接层数及焊缝高度：采用5层焊，每层焊缝高度控制在约3.8mm。

5)焊接线能量：焊接线能量控制在20KJ/cm以下。

6)焊接工艺参数：焊接工艺参数如下表：

焊接层数	钨极直径 mm	焊丝直径 mm	焊接电流 A	焊接电压 V	焊接速度 mm/min	氩气流量 L/min
							第一层	φ3.0	φ2.5	130-140	13-15	80-100	10-14
第二层	φ3.0	φ2.5	140-160	14-16	100-120	10-14
							第三层	φ3.0	φ3.0	150-170	15-17	100-120	10-14
第四层	φ3.0	φ3.0	150-170	15-17	90-110	10-14
							第五层	φ3.0	φ3.0	150-170	15-17	80-100	10-14

焊接操作要求包括：

2)焊接操作手法，根层焊接采用“下月牙形”操作手法，摆动频率为16次/分钟，增加熔池高温停留时间，使熔池中的气体容易逆出，从而避免气孔的产生。

4)焊接、焊丝与管道的相对位置，焊枪与母材切线的夹角b为70°；焊丝与母材切线的夹角a为20°。

6)引弧、熄弧：本例采用ZX7-400焊接设备，用电子脉冲引弧，引弧前提前送保护氩气20秒；熄弧时注意缓慢熄弧，即熄弧前缓慢抬起电弧，待弧坑填满后再熄弧，防止弧坑气孔的产生。熄弧后延迟送保护氩气30秒，确保高温焊缝金属受到氩气保护，防止焊缝金属表面氧化。

Claims

1.一种白铜焊件焊接方法，步骤包括：1)对焊件的焊接接头坡口进行加工：根据焊件的厚度确定坡口的间隙和坡口的角度；2)确定组对时的固定焊缝形式；3)选取焊丝，清理焊丝及焊件表面，按照焊接工艺和操作要求进行焊接；

其特征是所述焊接工艺要求包括：

1)电源极性采用直流正极；

5)焊接线能量：焊接线能量控制在20KJ/cm以下；

6)焊接工艺参数：焊接工艺参数如表1：

表1

所述焊接操作要求包括：

1)焊接方向：采用左焊法，即焊接方向从右向左；

6)引弧、熄弧：采用电子脉冲引弧，引弧前提前送保护气体15-20秒；熄弧时缓慢熄弧，即熄弧前缓慢抬起电弧，待弧坑填满后再熄弧，防止弧坑气孔的产生；熄弧后延迟送保护气体25～30秒；

所述步骤1)中，根据焊件的厚度确定坡口的间隙和坡口的角度如表2：

表2

焊件的厚度mm 坡口的间隙mm 钝边mm 坡口的角度° 1.5～5 1.0～2.0 ≤1.0 70～80 5～10 1.5～2.5 ≤1.0 70～80 10～20 2.0～3.5 ≤1.0 65～75 。

2.根据权利要求1所述的白铜焊件焊接方法，其特征是所述步骤2)中，组对时的固定焊缝形式：接头组对时，固定焊缝采用“弓形桥接法”，即在接头组对固定焊时，采用外部桥接法，使固定焊缝焊接在坡口外部，形成弓形。

3.根据权利要求1所述的白铜焊件焊接方法，其特征是所述步骤3)中，焊丝是纯镍焊丝或白铜焊丝。

4.根据权利要求3所述的白铜焊件焊接方法，其特征是所述步骤3)中，焊丝是ERCuNi焊丝。

5.根据权利要求1所述的白铜焊件焊接方法，其特征是所述步骤3)中，电极是钨极。

6.根据权利要求1所述的白铜焊件焊接方法，其特征是所述步骤3)中，所述保护气体是氩气，纯度≥99.95％。

7.根据权利要求6所述的白铜焊件焊接方法，其特征是所述步骤3)中，氩气纯度是99.99％。

8.根据权利要求1所述的白铜焊件焊接方法，其特征是所述步骤3)中，焊接前还需对焊件及每道焊缝的表面的清理，焊件坡口两侧清理的范围是至少40mm；每道焊层结束后，打磨焊缝表面。

9.根据权利要求1所述的白铜焊件焊接方法，其特征是所述步骤3)中，如果母材较短，还需在母材的首部或尾部连接导热器材。