CN104084670A - 多点系泊装置铬镍合金堆焊焊接工艺 - Google Patents

多点系泊装置铬镍合金堆焊焊接工艺 Download PDF

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Abstract

本发明涉及多点系泊装置铬镍合金堆焊焊接工艺。多点系泊装置铬镍合金堆焊焊接工艺,其特征在于包括以下步骤:(1)焊前对母材的清理;(2)焊前对母材预热,预热温度不小于93℃;(3)选取焊材:ENiCrMo-3焊条,使用前对其进行烘干处理,然后用保温桶插电使用;(4)采用手工电弧焊的焊接方法,严格控制层间温度不大于165℃,焊接参数如下:电流极性是DCEP,电流范围是103~151A,电压范围是22~28V,焊接速度是152-187mm/min,热输入0.73-1.67kj/mm。本发明可以有效避免气孔和裂纹的产生,且保证堆焊层中的各化学元素含量符合要求,适用于在特殊环境下工作的FPSO多点系泊装置,本发明的焊接过程稳定,便于控制,实用性强,能够产生较大的经济效益和社会效益。

Description

多点系泊装置铬镍合金堆焊焊接工艺
技术领域
本发明涉及船舶修造领域,尤其涉及多点系泊装置铬镍合金堆焊焊接工艺。
背景技术
铬镍合金材料作为一种高强度、高温抗氧化和耐磨、耐腐蚀的材料,在轴系和发动机等领域很受人们的青睐,但是由于其材料成本高,加工难度大,所以在一般的结构中很多时候人们都采用在母体材料上面堆焊的方式,在母体材料上面敷上一层铬镍合金材料,从而使母体材料达到使用的要求。但是该种材料的焊接难度比较大,对焊接的控制要求比较高,同时在焊接的过程中极易产生各种缺陷,特别是裂纹。
FPSO(Floating Production Storage&Offloading的缩写,中文译名是“浮式生产储油卸油装置”),作为海上大型的浮式生产储存卸货平台长期在在海上作业,系泊系统的可靠性直接影响到FPSO的正常生产运作和使用的安全性。在海上作业的过程中系泊系统无时无刻不在受着海水从各个方向的冲击力,使得锚链导向支座在不断地收到冲击与摩擦,为了提高支撑面的耐磨能力,延长设备的使用周期,所以在支撑面上堆焊一层耐磨材料。FPSO的特殊的工作环境使得对堆焊层的质量要求特别严格,除了要达到规定的物理性能之外,对堆焊层的各种化学元素也作出严格的要求(见下表1),任何元素都不能超出规定的范围。
表1堆焊层中各化学元素含量(重量百分含量)要求范围表
由于镍基材料具有较高的热裂纹敏感性,对母材表面的杂质元素、焊接热输入量比较敏感,液态熔敷金属流动性差和焊缝金属熔深浅的特点,这些特性对焊缝的质量会造成较大的影响,会导致气孔及裂纹的产生,且现有技术对堆焊层中各化学元素含量的控制也颇为不易。
发明内容
本发明针对现有技术的不足,提供一种多点系泊装置铬镍合金堆焊焊接工艺,通过该焊接工艺得到的铬镍合金堆焊层,可避免气孔及裂纹或将这些缺陷降到最低,且堆焊层中的各化学元素含量也在控制范围内,其焊接质量达到FPSO多点系泊装置的要求。
本发明是通过以下技术方案实现的:
多点系泊装置铬镍合金堆焊焊接工艺,其特征在于包括以下步骤:
(1)焊前对母材的清理:堆焊前将母材表面打磨干净或抛光,并用丙酮溶液将表面擦干净。由于镍基焊接材料对焊件表面的油污、湿锈等的杂质非常敏感,同时氧气、氢气、二氧化碳气体在熔化的液态镍基合金中溶解度极大,而在固态溶解度大大减小,镍基合金焊接过程中从高温变冷时,气体在熔敷的溶解度也随之下降,游离出来的气体在流动性较差的液态镍中不能再镍基合金焊缝凝固前完全逸出二形成气孔,因此,将母材表面清理干净防止上述情况发生。
(2)焊前对母材预热,预热温度不小于93℃,防止在第一层焊接的过程中冷却速度过快造成热裂纹。
(3)选取焊材:ENiCrMo-3焊条,使用前对其进行烘干处理,然后用保温桶插电使用。
(4)采用手工电弧焊的焊接方法,严格控制层间温度不大于165℃,焊接参数如下:电流极性是DCEP,电流范围是103~151A,电压范围是22~28V,焊接速度是152-187mm/min,热输入0.73-1.67kj/mm。由于镍基材料导热性差,如果焊接电流过大,电弧电压过高,焊接速度较慢及层间温度过高都易使焊接接头过热,产生粗大的晶粒,在粗大的柱状晶粒边界上集中了一些低熔点共晶体,他们的强度低,脆性大,在焊接应力的作用下很容易形成裂纹。因此在保证熔合良好的情况下,选用上述的焊接参数(较小的焊接电流、较低的电弧电压和较快的焊接速度,同时严格控制好层间温度)。
进一步地,所述母材是厚度为50mm的EH36D的Z向钢。
进一步地,所述焊材是直径为4mm的ENiCrMo-3焊条。
进一步地,所述第(4)步骤焊接时控制熔敷金属厚度不低于8mm。
优选地,所述第(4)步骤的焊接过程中,当出现凹槽时将凹槽打磨光顺填平后再进行下一层的焊接。这是因为镍基材料焊缝的熔深比较浅,便于焊接的过程中保证焊缝的平整度。
优选地,所述第(4)步骤的焊接过程中,在每焊下一道焊前将焊道上面的焊渣和其他杂质清理干净,并保证每道焊缝的接头错开。
优选地,所述第(4)步骤的焊接过程中同一焊层的焊接参数相同。以保证焊材中的合金元素在每一层都能够均匀的分布,防止元素偏析,从而影响堆焊层的使用性能。
优选地,所述第(4)步骤的焊接过程中,当局部有少量气孔或者裂纹产生,使用打磨机将缺陷全部打磨掉,并做着色探伤,探伤合格后再补焊,补焊完成后再对该区域进行着色探伤。
通过本发明的多点系泊装置铬镍合金堆焊焊接工艺,可以有效避免气孔和裂纹的产生,且可以保证堆焊层中的各化学元素含量符合要求,该堆焊层作为耐磨层适用于在特殊环境下工作的FPSO多点系泊装置,本发明的焊接过程稳定,便于控制,实用性强,能够产生较大的经济效益和社会效益。
附图说明
图1是本发明在母材上的堆焊施焊顺序示意图;
其中,各标注表示的含义是:
a-母材,h-熔敷金属厚度。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明,应当理解,此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明,并不用于限定本发明。
实施例1
本实施例的多点系泊装置铬镍合金堆焊焊接工艺,其特征在于包括以下步骤:
(1)焊前对母材的清理,具体包括:堆焊前将母材a表面打磨干净或抛光,并用丙酮溶液将表面擦干净,本实施例中母材a选用厚度为50mm的EH36D的Z向钢。
(2)焊前用烤枪对母材a进行预热,预热温度为93℃,防止在第一层焊接的过程中冷却速度过快造成热裂纹。
(3)选取焊材:直径为4mm的ENiCrMo-3焊条,使用前对其进行烘干处理,然后用保温桶插电使用;
(4)采用手工电弧焊的焊接方法,严格控制层间温度不大于165℃,焊接参数如下:电流极性是DCEP,电流范围是103~151A,电压范围是22~28V,焊接速度是152-187mm/min,热输入0.73-1.67kj/mm。本实施例中,熔敷金属厚度h是8mm。如图1所示,为本发明的施焊顺序示意图。焊接过程中,当出现凹槽时将凹槽打磨光顺填平后再进行下一层的焊接。在每焊下一道焊前将焊道上面的焊渣和其他杂质清理干净,并保证每道焊缝的接头错开。并保证同一焊层的焊接参数相同,以保证焊材中的合金元素在每一层都能够均匀的分布,防止元素偏析,从而影响堆焊层的使用性能。当局部有少量气孔或者裂纹产生,使用打磨机将缺陷全部打磨掉,并做着色探伤,探伤合格后再补焊,补焊完成后在对该区域进行着色探伤。
实施例2
本实施例的多点系泊装置铬镍合金堆焊焊接工艺,其特征在于包括以下步骤:
(1)焊前对母材的清理,具体包括:堆焊前将母材a表面打磨干净或抛光,并用丙酮溶液将表面擦干净,本实施例中母材a选用厚度为50mm的EH36D的Z向钢。
(2)焊前用烤枪对母材a进行预热,预热温度为95℃,防止在第一层焊接的过程中冷却速度过快造成热裂纹。
(3)选取焊材:直径为4mm的ENiCrMo-3焊条,使用前对其进行烘干处理,然后用保温桶插电使用;
(4)采用手工电弧焊的焊接方法,严格控制层间温度不大于165℃,焊接参数如下:电流极性是DCEP,电流范围是103~151A,电压范围是22~28V,焊接速度是152-187mm/min,热输入0.73-1.67kj/mm。本实施例中,熔敷金属厚度h是10mm。如图1所示,为本发明的施焊顺序示意图。焊接过程中,当出现凹槽时将凹槽打磨光顺填平后再进行下一层的焊接。在每焊下一道焊前将焊道上面的焊渣和其他杂质清理干净,并保证每道焊缝的接头错开。并保证同一焊层的焊接参数相同,以保证焊材中的合金元素在每一层都能够均匀的分布,防止元素偏析,从而影响堆焊层的使用性能。当局部有少量气孔或者裂纹产生,使用打磨机将缺陷全部打磨掉,并做着色探伤,探伤合格后再补焊,补焊完成后在对该区域进行着色探伤。
采用实施例1~2的堆焊焊接工艺焊接而成的耐磨层用于FPSO多点系泊装置中,不仅焊接质量好,且堆焊层的各化学元素也在要求范围之内,耐磨层提高了支撑面的耐磨能力,适应FPSO多点系泊装置的特殊工作环境使用,得到了船东和验船师的一致认可。
实施例3
对实施例1焊接的堆焊层熔合面向上7mm处取样(实际取样区域6.5mm~7.0mm)进行化学元素分析测试,试验的环境温度为23.5℃,58%RH,结果如下表2:
表2焊接后堆焊层化学检测结果
以上检测标准是GB/T20123-2006,GB/T23942-2009,以上结果表明,堆焊层的化学元素含量符合要求。
实施例4
对实施例1焊接的铬镍堆焊板(规格:母材厚度t=50mm),进行力学性能测试,试验的环境温度为25℃,试验结果如下表3:
表3堆焊层力学性能测试结果
检测标准是《ASME IX:2010》、《HI39621PESDMDMS885064-V1》,以上测试结果判定合格。
实施例5
取实施例2焊接的铬镍堆焊试板(规格:母材厚度t=50mm)一件,做微观焊接缺欠检查,试验的环境温度为25℃。试验方法如下:在焊接试板上截取金相试样2件,将试样磨平、磨光及抛光后在金相显微镜下观察。
试验结果:未发现有明显焊接缺欠。
检测标准是《ASME IX:2010》、《HI39621PESDMDMS885064-V1》,以上测试结果判定合格。
最后应说明的是:以上仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,尽管参照实施例对本发明进行了详细的说明,对于本领域的技术人员来说,其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换,但是凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.多点系泊装置铬镍合金堆焊焊接工艺,其特征在于包括以下步骤:
(1)焊前对母材的清理:堆焊前将母材表面打磨干净或抛光,并用丙酮溶液将表面擦干净;
(2)焊前对母材预热,预热温度不小于93℃;
(3)选取焊材:ENiCrMo-3焊条,使用前对其进行烘干处理,然后用保温桶插电使用;
(4)采用手工电弧焊的焊接方法,严格控制层间温度不大于165℃,焊接参数如下:电流极性是DCEP,电流范围是103~151A,电压范围是22~28V,焊接速度是152-187mm/min,热输入0.73-1.67kj/mm。
2.根据权利要求1所述的多点系泊装置铬镍合金堆焊焊接工艺,其特征在于,所述母材是厚度为50mm的EH36D的Z向钢。
3.根据权利要求1所述的多点系泊装置铬镍合金堆焊焊接工艺,其特征在于,所述焊材是直径为4mm的ENiCrMo-3焊条。
4.根据权利要求1所述的多点系泊装置铬镍合金堆焊焊接工艺,其特征在于,所述第(4)步骤焊接时控制熔敷金属厚度不低于8mm。
5.根据权利要求1所述的多点系泊装置铬镍合金堆焊焊接工艺,其特征在于,所述第(4)步骤的焊接过程中,当出现凹槽时将凹槽打磨光顺填平后再进行下一层的焊接。
6.根据权利要求1所述的多点系泊装置铬镍合金堆焊焊接工艺,其特征在于,所述第(4)步骤的焊接过程中,在每焊下一道焊前将焊道上面的焊渣和其他杂质清理干净,并保证每道焊缝的接头错开。
7.根据权利要求1所述的多点系泊装置铬镍合金堆焊焊接工艺,其特征在于,所述第(4)步骤的焊接过程中同一焊层的焊接参数相同。
8.根据权利要求1所述的多点系泊装置铬镍合金堆焊焊接工艺,其特征在于,所述第(4)步骤的焊接过程中,当局部有少量气孔或者裂纹产生,使用打磨机将缺陷全部打磨掉,并做着色探伤,探伤合格后再补焊,补焊完成后再对该区域进行着色探伤。
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