CN102941397B - 一种镍基合金的钨极氩弧焊焊接方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种镍基合金的钨极氩弧焊焊接方法，包括：（一）焊材选取；（二）焊前准备，坡口制备；（三）焊接，采用多层多道焊接的方式，控制焊接层间温度不超过150℃；并设定了具体的焊接工艺参数；（四）焊后检验。本发明解决了Inconel 601镍基合金焊接易产生热裂纹、熔透不佳、夹钨等问题，并有效控制了焊缝中气孔的生成，能保证形成力学性能好、抗腐蚀且美观的焊接接头，为Inconel 601镍基合金的手工钨极氩弧焊焊接提供了良好的焊接工艺方法。

Description

一种镍基合金的钨极氩弧焊焊接方法

技术领域

本发明涉及焊接工艺技术领域，具体说是一种镍基合金的手工钨极氩弧焊焊接方法。

背景技术

Inconel 601是一种耐热耐腐蚀的镍基合金，较高的Cr含量提供了抗各种腐蚀介质及高温环境的性能，Al含量的增添使其能在高温含硫气氛中具有出色的抗氧化性，同时碳含量和晶粒尺寸的控制又使该材料具有较高的蠕变断裂强度。由于Inconel 601合金优良的高温力学性能和抗腐蚀性，易于加工成形，其作为一种可焊接的结构材料在石油化工、核电、工业加热等领域得到了广泛的应用。

镍基耐热耐蚀合金的焊接性能与奥氏体不锈钢相似，极易产生热裂纹、气孔等缺陷。在Inconel 601合金成份中，Ni 和S， P， N， O 等都能形成低熔点共晶物质，在焊接应力的作用下很容易被拉裂形成热裂纹。Inconel 601合金焊接时如果热输入较高，晶粒的长大及过度的成份偏析，会更加增大热裂纹倾向，并降低耐腐蚀性；焊接时在熔池中融入的氧，在高温下易与金属液态熔池中的成份经过一系列的反应形成水气，水气在液态熔池凝固前来不及逸出从而产生气孔。

另外，镍基合金焊接时熔池液态流动性差，极易产生未焊透现象。

发明内容

本发明目的在于提供一种适用于Inconel 601镍基合金的手工钨极氩弧焊焊接工艺方法，克服焊接缺陷，提高焊缝的稳定性，高效地生产出合格的产品。

为实现上述目的，本发明是这样实现的：

一种镍基合金的钨极氩弧焊焊接方法，包括：

（一）焊材选取

选用符合要求的焊丝，焊丝中元素的成分重量百分比具体为：C≤0.2%、Mn≤0.25%、Si≤0.5%、Cu≤0.1%、Al 1.5%-2.4%、Ti 0.1%-0.2%、Ni≥58%、Cr 21%-25%、Fe余量；

焊丝直径为1.2mm和2.4mm两种规格；

钨电极直径2.4mm，电极端部磨尖，尖部直径0.4mm；

保护气体选用纯度≥99.99％的高纯氩；

（二）焊前准备

坡口制备：机械加工对接坡口呈V形，V形夹角为70±5°，V形坡口底部与两块对接板材边沿形成钝边；

焊件清理：用不锈钢丝刷清理焊丝及工件，并擦干；

（三）焊接

采用多层多道焊接的方式，控制焊接层间温度不超过150℃；

焊接工艺参数如下：打底焊电流90-105A，电压10-12V，焊接速度80-90mm/min，氩气流量为8-10L/min；正面填充盖面焊接电流110-130A，电压12-15V，焊接速度90-100mm/min，氩气流量为10-12L/min；反面盖面焊接电流120-135A，电压12-15V，焊接速度90-100mm/min，氩气流量为10-12L/min；

本发明中，施焊时要摆动焊丝，但摆动的幅度不能大于焊丝直径的2倍；

在V形坡口上方正面焊完3层后进行反面清根，使用砂轮机打磨出金属光泽，焊道坡口均匀平直；

本发明中，每焊完一层均需要使用不锈钢丝刷将焊缝及焊缝两侧杂质清理干净；

（四）焊后检验

每焊完一层需进行着色渗透或超声波检验，处理合格后方可进行下一层的焊接；

所有焊缝焊接完成后进行100%全焊道X射线探伤检验。

更进一步的方案是：在进行步骤（二）焊前准备时，如果室温低于15℃，需将工件对接接头两侧250至300mm区域预热至15至20℃。

更进一步的方案是：为控制焊接热输入、减小焊接变形量、增强焊缝背面气体保护效果，打底焊焊前需在点焊固定合格工件的反面垫带凹形槽的衬垫，施焊时在凹形槽中通氩气作为背保护气体，气体流量为15-20L/min。

更进一步的方案是：焊接采用氩弧焊机，所述的氩弧焊机带水冷式氩弧焊枪。

更进一步的方案是：焊接采用直流正接法的方式进行。

在本发明中，应选用符合要求的焊丝，焊丝中合金元素的成分百分比应略大于Inconel 601镍基合金母材，严格控制S、P等有害杂质元素的含量。如可以选用牌号为ERNiCrFe-11的直焊丝。

焊丝长度以1m为宜。打底焊焊丝直径φ1.2mm，填充盖面焊焊丝直径φ2.4mm。

在焊件清理时，使用不锈钢丝刷清理焊丝及工件坡口和坡口两侧内外表面20mm范围内的油脂、污物、氧化膜和各种记号，清洗干净后表面应有明显的金属光泽，然后用干净的布擦干。

焊接时，焊接电流是影响焊缝质量的关键因素：焊接电流过小，缺少足够的线能量，不能使焊缝两侧的母材金属充分熔化，易形成未融合与未焊透；焊接电流过大，焊缝热裂纹敏感性增强，易产生夹钨及金属氧化物夹杂等缺陷。

本发明中，施焊时应仔细观察熔池，控制氩弧焊枪喷嘴与工件的距离，避免夹钨。

本发明中，焊接场地应清洁，无浮尘杂质污染、气体强对流等不利于氩弧焊焊接的环境因素，避免母材及焊缝与碳钢接触。

本发明解决了Inconel 601镍基合金焊接易产生热裂纹、熔透不佳、夹钨等问题，并有效控制了焊缝中气孔的生成，能保证形成力学性能好、抗腐蚀且美观的焊接接头，为Inconel 601镍基合金的手工钨极氩弧焊焊接提供了良好的焊接工艺方法。

附图说明

图1为焊缝坡口形式结构示意图。

图2为焊接顺序示意图。

具体实施方式

下面通过附图结合具体的实施方式对Inconel 601镍基合金的手工钨极氩弧焊焊接工艺作进一步详细的说明。

焊接材料的选取

使用合金分析仪测出Inconel 601镍基合金材料的实际合金元素含量，选用合金元素成分百分比略大于母材且S、P等有害杂质元素相对少的直焊丝——牌号为ERNiCrFe-11，长度为1m，打底焊焊丝直径φ1.2mm，填充盖面焊焊丝直径φ2.4mm；焊丝中主要元素重量百分比含量如下：C≤0.2%、Mn≤0.25%、Si≤0.5%、Cu≤0.1%、Al 1.5%-2.4%、Ti 0.1%-0.2%、Ni≥58%、Cr 21%-25%、Fe余量。

坡口制备：

如图1所示，将工件1和工件2通过机械加工成对接坡口，对接坡口呈V形，夹角α为70±5°、钝边3为0.5mm，工件1、工件2的厚度为7mm。

焊前准备

钨极磨尖：磨尖直径为φ2.4mm钨电极的一端，尖部直径约0.4mm，夹角应为30至60°。

使用带水冷式焊枪、全数字化的专用氩弧焊机施焊，电源直流正接，保护气体选用纯度≥99.99％的高纯氩，接好线路及通气管路。

焊件清理：使用不锈钢丝刷清理焊丝及工件坡口和坡口两侧内外表面20mm范围内的油脂、污物、氧化膜和各种记号，清洗干净后表面应有明显的金属光泽，然后用干净的布擦干。

预热：室温较低时（低于15℃），焊接前需将工件对接接头两侧250至300mm区域预热至15至20℃。

点焊：将待焊工件的对接接口间隙调整均匀，如图1，两个工件的钝边之间缝隙距离为1.5至2mm，从背面进行点焊；有必要时在工件接口两端设引弧板和熄弧板及防变形措施。

焊接

多层多道焊焊接顺序如图2所示。

第一层打底焊（即图中的A标注的焊接区域）：在点焊固定合格工件的反面垫带凹形槽的铜衬垫，插入背保护气接管，设置气体流量为15-20L/min；设置焊接电流90-105A，电压10-12V，氩气流量8-10L/min；施焊时焊接速度约80-90mm/min；打底焊缝的熔透性、变形量、是否有裂纹气孔等缺陷是影响整个Inconel 601镍基合金对接焊缝质量的关键因素。

正面填充焊（图中A区域上方的2、3层，即B、C、D三个区域）：设置正面填充焊接电流110-130A，电压12-15V，氩气流量为10-12L/min；施焊时焊接速度90-100mm/min。

反面盖面焊（图中A区域下方的E区域）：正面焊完约3层后即可进行反面清根，使用砂轮机将焊道坡口打磨出金属光泽；Inconel 601镍基合金液态流动性差，清根后反面焊接的电流较填充焊应略大10%，以利于脱渣并获得良好的熔透；设置反面盖面焊接电流120-135A，电压12-15V，氩气流量为10-12L/min；施焊时焊接速度90-100mm/min。

正面盖面焊（图中F、G两个区域）：设置正面填充盖面焊接电流110-130A，电压12-15V，氩气流量为10-12L/min；施焊时焊接速度90-100mm/min；层间的焊接接头应错开15-20mm，盖面焊接电流应略小，以利于焊缝表面平直，过渡均匀，无咬边，焊缝余高0.5mm左右为宜。

全部焊接顺序按照附图2中A、B、C、D、E、F、G的顺序进行。

焊接时使用红外热像仪测量焊缝及焊缝两侧约50mm范围温度，控制层间温度＜150℃；焊工施焊时应仔细观察熔池，控制氩弧焊枪喷嘴与工件的距离以避免夹钨，并适当的摆动焊丝，但要求摆动的宽度不能大于焊丝直径的2倍，焊丝每次摆动极限结束时要稍稍停顿一下，以便使粘稠的焊缝金属有时间填充咬边；每焊完一层均需要使用不锈钢丝刷将焊缝及焊缝两侧杂质清理干净。

焊后检验

每焊完一层均需进行着色渗透或超声波检验，处理合格后方可进行下一层的焊接；对接工件所有焊缝焊接完成后按JB/T 4730-2005进行100%全焊道X射线探伤检验，Ⅰ级合格。

本发明所述的具体实施方式仅为一种较佳案例，相关从事本技术领域的人员可以对本发明的内容作优化改进与润饰，但这些改进与润饰也应属于本发明的权利保护范畴。

Claims (4)

1.一种镍基合金的钨极氩弧焊焊接方法，其特征在于包括：

（一）焊材选取

选用符合要求的焊丝，焊丝中元素的成分重量百分比具体为：C≤0.2%、Mn≤0.25%、Si≤0.5%、Cu≤0.1%、Al 1.5%-2.4%、Ti 0.1%-0.2%、Ni≥58%、Cr 21%-25%、Fe余量；

焊丝直径为1.2mm和2.4mm两种规格；

钨电极直径2.4mm，电极端部磨尖，尖部直径0.4mm；

保护气体选用纯度≥99.99％的高纯氩；

（二）焊前准备

坡口制备：机械加工对接坡口呈V形，V形夹角为70±5°，V形坡口底部与两块对接板材边沿形成钝边；

焊件清理：用不锈钢丝清理焊丝及工件，并擦干；

（三）焊接

采用多层多道焊接的方式，控制焊接层间温度不超过150℃；

焊接工艺参数如下：打底焊电流90-105A，电压10-12V，焊接速度80-90mm/min，氩气流量为8-10L/min；正面填充盖面焊接电流110-130A，电压12-15V，焊接速度90-100mm/min，氩气流量为10-12L/min；反面盖面焊接电流120-135A，电压12-15V，焊接速度90-100mm/min，氩气流量为10-12L/min；

施焊时要摆动焊丝，但摆动的幅度不能大于焊丝直径的2倍；

在V行坡口上方正面焊完3层后进行反面清根，使用砂轮机打磨出金属光泽，焊道坡口均匀平直；

每焊完一层均需要使用不锈钢丝刷将焊缝及焊缝两侧杂质清理干净；

（四）焊后检验

每焊完一层需进行着色渗透或超声波检验，处理合格后方可进行下一层的焊接；

所有焊缝焊接完成后进行100%全焊道X射线探伤检验；

焊前准备时，如果室温低于15℃，需将工件对接接头两侧250至300mm区域预热至15至20℃；

所述镍基合金为Inconel 601镍基合金。

2.根据权利要求1所述镍基合金的钨极氩弧焊焊接方法，其特征在于：打底焊焊前需在点焊固定合格工件的反面垫带凹形槽的衬垫，施焊时在凹形槽中通氩气作为背保护气体，气体流量为15-20L/min。

3.根据权利要求1所述镍基合金的钨极氩弧焊焊接方法，其特征在于：焊接采用氩弧焊机，所述的氩弧焊机带水冷式氩弧焊枪。

4.根据权利要求1所述镍基合金的钨极氩弧焊焊接方法，其特征在于：焊接采用直流正接法的方式进行。