CN104646796B - 一种低稀释率的堆焊方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种低稀释率的堆焊方法，采用脉冲熔化极惰性气体保护焊焊接电源，采用立向下焊接方式，焊枪斜向上，与竖直方向的夹角呈75～80度，电弧始终吹向熔池，熔化的熔池在重力和电弧的托力作用下始终处于电弧下方，焊枪高速摆动，摆动频率为8～16次/秒，焊接电流为120～160A，焊接电压为22～25V，焊接速度为600～800毫米/分钟。可以获得稀释率极低，焊缝非常美观的堆焊结构。稀释率可以控制在3%～5%左右，甚至可以达到2%～4%的标准。同时加大了熔池的宽度，得到了一个均匀的焊缝，焊缝的厚度范围可以达到1～1.2毫米，节约了大量的贵重材料。
Description
技术领域
本发明涉及一种堆焊方法。
背景技术
随着制造业从高投入、高消耗、高污染的传统模式向提高生产效率，最大限度地利用资源，和最低限度地产出废物的可持续发展模式转变，近年来表面工程和再制造工程得到迅猛发展。而堆焊是表面工程和再制造工程的重要技术手段。堆焊技术有如下特点：堆焊层与母材能实现冶金结合；堆焊获得的表面层厚度最大；所用的设备相对比较简单；易于实现工地现场施工；并且在技术上也较为成熟。因此，目前堆焊技术已广泛应用于矿山、冶金、农机、建筑、电站、铁路、车辆、石油化工设备、核动力及工具、模具等的制造、修复中，并已成为近年来应用最广泛的表面技术之一。
堆焊技术较为常用的应用是针对热交换器的管或管屏，由于锅炉的水冷壁, 特别是超临界锅炉、CFB锅炉、垃圾焚烧锅炉和废热锅炉,内部有大量的高温腐蚀介质, 或者有大量的颗粒状烟尘,在高速流动下,会对锅炉向火面或迎风面的管壁造成极大的高温腐蚀、化学腐蚀或磨损腐蚀,一般每年的管壁减薄量都在1.5～3毫米左右,恶劣情况下,管子在半年后就会出现爆管等现象, 有可能会出现安全隐患, 使锅炉不得不经常停下来进行检修，每次检修的直接或间接损失有几十万甚至上百万, 给锅炉运行企业带来了巨大的损失。
现在大部分锅炉运行企业都采用锅炉水冷壁内表面喷涂来解决管壁壁厚损失的问题,但是由于喷涂的致密性及和管壁的结合力很差, 只能解决部分管壁壁厚损失的问题, 对于高温腐蚀及化学腐蚀等较复杂的服役环境, 基本上不能解决问题。
现在国外解决该类问题的方式是在管壁上360度堆焊一层耐腐蚀的材料,然后再焊接成水冷壁，通常的堆焊金属是INCO622或INCO625, 该类合金由于含有22%的Cr，10～15%的Mo，其余的大部分合金都是Ni，所以该材料有非常好的抗腐蚀性能。但是这种堆焊方式的外观成型不够美观，堆焊焊缝不均匀，稀释率一般只能控制在10%左右，熔敷率大，焊接质量低，使堆焊层的冶金性能大打折扣。同时，由于材料价格非常昂贵，而传统的堆焊方式有很大一部分是非必要的，造成了很大程度的材料浪费。
发明内容
为了克服现有的堆焊技术外观成型不够美观，堆焊焊缝不均匀，稀释率过高，材料浪费较大的不足，本发明提供一种低稀释率的堆焊方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种低稀释率的堆焊方法，采用脉冲熔化极惰性气体保护焊焊接电源，采用立向下焊接方式，焊枪斜向上，与竖直方向的夹角呈75～80度，电弧始终吹向熔池，熔化的熔池在重力和电弧的托力作用下始终处于电弧下方，焊枪高速摆动，摆动频率为8～16次/秒，焊接电流为120～160A，焊接电压为22～25V，焊接速度为600～800毫米/分钟。
进一步，干伸长度设置为12～15毫米。可以保证焊接过程的稳定性，从而获得一个宽度均均, 成型美观的焊缝。
进一步，堆焊采用脉冲过渡方式。
采用合适的焊接气体配比，可以获得一个焊接稳定、热输入量合适并且熔池浸润性好的焊接熔池，也是获得良好焊缝的关键。在具体实施方式中，焊接气体包括按照一定比例进行配比的氦气、氩气和二氧化碳。
为了使堆焊具有更好的结构性能，能够抵御高温侵蚀，在具体实施方式中，首先使用焊道熔化覆盖材料，形成熔敷在焊件上的第一焊道部分；第一焊道部分依次排列并部分重叠形成夹层，重叠交界处形成槽；使用焊道熔化覆盖材料，形成熔敷在夹层上的第二焊道部分，第二焊道部分依次排列，并向下沉淀填满第一焊道部分重叠交界处的槽，形成表面相对平滑的覆盖层。
第一焊道部分和第二焊道部分宽度均匀，为15～20毫米。
进一步，第一焊道部分的重叠部分宽度设置为3～5毫米。或者，第一焊道部分的重叠部分宽度占第一焊道部分宽度的15%～20%。这样就少于传统重叠宽度的30%～50%。这样产生的热量少于传统的堆焊方法，制造夹层的时间也延迟了覆盖层的制造，有利于产生的热量慢慢排出。由于控制了热量的产生，能减少高合金覆盖材料的稀释。
进一步，第一焊道部分和第二焊道部分形成平行直焊道。
本发明的有益效果是：熔化的熔池在重力和电弧的托力作用下始终处于电弧下方，电弧始终吹向熔池，即焊接始终处在熔化的熔池上，这样得到的电弧非常稳定，可以获得稀释率极低，焊缝非常美观的堆焊结构；电弧没有直接吹向管壁，也可以得到一个熔深很浅、稀释率极低的焊缝，稀释率可以控制在3%～5%左右，甚至可以达到2%～4%的标准，而现有技术的稀释率只能控制在10%左右；采用高速摆动方式，使焊接热量分散开，使熔池不至于太大，并且加大了熔池的宽度，得到了一个均匀的焊缝，焊缝的厚度范围可以达到1～1.2毫米，节约了大量的贵重材料。
具体实施方式
在下列具体实施方式中，针对锅炉水冷壁进行堆焊。
首先，焊接水冷壁，将水冷壁强制装配到工装上，确保水冷壁的平面度和侧弯不大于2毫米。
然后，采用脉冲熔化极惰性气体保护焊焊接电源，即PULSE-MIG，进行焊接，采用脉冲过渡方式。焊接方式为立向下焊接，按照一定的层道布置和焊接顺序进行焊接。
其技术要点是：1、立向下焊接方式，焊枪斜向上，与竖直方向的夹角呈75～80度，保证电弧托力始终在电弧的下方。
2、电弧始终吹向熔池，熔化的熔池在重力和电弧的托力作用下始终处于电弧下方，即焊接始终在熔化的熔池上, 这样得到的电弧非常稳定，而且电弧没有直接吹向管壁，所以可以得到一个熔深很浅，稀释率极低的焊缝。稀释率可以控制在3-5%左右，现有技术的稀释率一般只能控制在10%左右。
3、焊枪高速摆动，摆动频率为8～16次/秒，使焊接热量分散开，不至于熔池太大，以至于电弧力托不住熔池，同时也可以加宽熔池的宽度，得到一个均匀的焊缝。
4、焊接电流为120～160A，焊接电压为22～25V，焊接速度为600～800毫米/分钟。通过脉冲频率、电流的基值、峰值等合适参数的搭配, 可以得到稳定的焊缝成型。
5、干伸长度设置为12～15毫米，保证焊接过程的稳定性，从而获得一个宽度均均,成型美观的焊缝。
6、采用合适的焊接气体配比，可以获得一个焊接稳定、热输入量合适并且熔池浸润性好的焊接熔池，也是获得良好焊缝的关键。通常采用氦气、氩气和二氧化碳等按照一定比例进行配比。
通过以上6个技术要点，可以获得一个非常均匀的堆焊焊缝，厚度范围可以达到1～1.2毫米, 稀释率可以达到2%～4%。
为了使堆焊具有更好的结构性能，能够抵御高温侵蚀，在本具体实施方式中，首先使用焊道熔化覆盖材料，形成熔敷在焊件上的第一焊道部分；第一焊道部分依次排列并部分重叠形成夹层，重叠交界处形成槽；使用焊道熔化覆盖材料，形成熔敷在夹层上的第二焊道部分，第二焊道部分依次排列，并向下沉淀填满第一焊道部分重叠交界处的槽，形成表面相对平滑的覆盖层。第一焊道部分和第二焊道部分形成平行直焊道。
第一焊道部分和第二焊道部分宽度均匀，为15～20毫米。
进一步，第一焊道部分的重叠部分宽度设置为3～5毫米。或者，第一焊道部分的重叠部分宽度最好占第一焊道部分宽度的15%～20%。这样产生的热量少于传统的堆焊方法，制造夹层的时间也延迟了覆盖层的制造，有利于产生的热量慢慢排出。由于控制了热量的产生，能减少高合金覆盖材料的稀释。
第一焊道部分的覆盖材料可以不同于第二焊道部分的覆盖材料，但最好的方式是第一焊道部分的覆盖材料与第二焊道部分的覆盖材料都使用相同的焊接材料。
第一焊道部分使用的焊头可以不同于第二焊道部分使用的焊头，但最好的方式是第一焊道部分使用的焊头与第二焊道部分使用的焊头相同。
另外，夹层使用的焊接参数可以不同于覆盖层使用的焊接参数，因此，可以进一步减少投入的热量，控制焊接材料的稀释并优化堆焊的质地。
这种堆焊方式的优点是在夹层重叠交界处的槽里放置覆盖层，能形成接近100%的焊道重叠，并且形成厚度较为一致的光滑表面。因此，最小厚度能够达到少于1.5毫米，甚至少于1.3毫米。由于厚度更薄并且更均匀，可以减少堆焊的表面高温，有利于表面的光滑，尤其通过减少腐蚀疲劳裂纹的产生来提高堆焊的耐用性。
实施例1：焊枪斜向上，与竖直方向的夹角呈75度，焊枪高速摆动，摆动频率为8次/秒，焊接电流为120A，焊接电压为22V，焊接速度为600毫米/分钟，干伸长度设置为12毫米，第一焊道部分和第二焊道部分宽度控制在15毫米，第一焊道部分的重叠部分宽度设置为3毫米。
实施例2：焊枪斜向上，与竖直方向的夹角呈80度，焊枪高速摆动，摆动频率为16次/秒，焊接电流为160A，焊接电压为25V，焊接速度为800毫米/分钟，干伸长度设置为15毫米，第一焊道部分和第二焊道部分宽度控制在20毫米，第一焊道部分的重叠部分宽度设置为3毫米。
当然，本发明除了上述实施方式之外，还可以有其它结构上的变形，这些等同技术方案也应当在其保护范围之内。
Claims (9)
1.一种低稀释率的堆焊方法，其特征在于：采用脉冲熔化极惰性气体保护焊焊接电源，采用立向下焊接方式，焊枪斜向上，与竖直方向的夹角呈75～80度，电弧始终吹向熔池，熔化的熔池在重力和电弧的托力作用下始终处于电弧下方，焊枪高速摆动，摆动频率为8～16次/秒，焊接电流为120～160A，焊接电压为25V，焊接速度为800毫米/分钟。
2.根据权利要求1所述的一种低稀释率的堆焊方法，其特征在于：干伸长度设置为12～15毫米。
3.根据权利要求1所述的一种低稀释率的堆焊方法，其特征在于：堆焊采用脉冲过渡方式。
4.根据权利要求1所述的一种低稀释率的堆焊方法，其特征在于：焊接气体包括氦气、氩气和二氧化碳。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的一种低稀释率的堆焊方法，其特征在于：使用焊道熔化覆盖材料，形成熔敷在焊件上的第一焊道部分；第一焊道部分依次排列并部分重叠形成夹层，重叠交界处形成槽；使用焊道熔化覆盖材料，形成熔敷在夹层上的第二焊道部分，第二焊道部分依次排列，并向下沉淀填满第一焊道部分重叠交界处的槽，形成表面相对平滑的覆盖层。
6.根据权利要求5所述的一种低稀释率的堆焊方法，其特征在于：第一焊道部分和第二焊道部分宽度均匀，为15～20毫米。
7.根据权利要求5所述的一种低稀释率的堆焊方法，其特征在于：第一焊道部分的重叠部分宽度为3～5毫米。
8.根据权利要求5所述的一种低稀释率的堆焊方法，其特征在于：第一焊道部分的重叠部分宽度占第一焊道部分宽度的15%～20%。
9.根据权利要求5所述的一种低稀释率的堆焊方法，其特征在于：第一焊道部分和第二焊道部分形成平行直焊道。
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20170119 Address after: The three District Du Ruan Zhen Song Yuan Village Industrial Zone Pengjiang District Guangdong city of Jiangmen Province, No. 1 529000 Applicant after: Li Haisheng Address before: 529000 Guangdong Province, Jiangmen Jianghai WAIHAI Street Office Road No. 8 berth forward Applicant before: Lin Defu |
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| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20190613 Address after: 529728 No. 8 Gongying Road, Gonghe Town, Heshan City, Jiangmen City, Guangdong Province Patentee after: Pourin Welding Engineering Co., Ltd. Address before: 529000 Songyuan Village Industrial Zone No.1, Duruan Town, Pengjiang District, Jiangmen City, Guangdong Province Patentee before: Li Haisheng |
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| TR01 | Transfer of patent right | ||
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of invention: Surfacing welding method with low dilution rate Effective date of registration: 20200422 Granted publication date: 20170811 Pledgee: Heshan Branch of China Construction Bank Co., Ltd. Pledgor: JIANGMEN POURIN WELDING ENGINEERING Co.,Ltd. Registration number: Y2020440000090 |
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| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right | ||
| CP01 | Change in the name or title of a patent holder |
Address after: 529728 8 Gongying Road, Gonghe Town, Heshan, Jiangmen, Guangdong Patentee after: Guangdong Boying Welding Technology Co., Ltd Address before: 529728 8 Gongying Road, Gonghe Town, Heshan, Jiangmen, Guangdong Patentee before: JIANGMEN POURIN WELDING ENGINEERING Co.,Ltd. |
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| CP01 | Change in the name or title of a patent holder | ||
| PC01 | Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right |
Date of cancellation: 20210126 Granted publication date: 20170811 Pledgee: Heshan Branch of China Construction Bank Co.,Ltd. Pledgor: JIANGMEN POURIN WELDING ENGINEERING Co.,Ltd. Registration number: Y2020440000090 |
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| PC01 | Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right |