CN105364273B - 用于镍基板式拼接的实芯焊丝气保焊方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及气体保护焊接领域，尤其是一种用于镍基板式拼接的实芯焊丝气保焊方法，对接焊缝处开单面坡口或双面坡口，当要求全焊透时，坡口钝边高度不超过2mm；使用焊接错边控制工装将坡口的错边量控制在以下范围：对于单面坡口，错边量不超过0.8mm，对于双面坡口，错边量不超过2mm；点焊对接焊缝，拆除焊接错边控制工装；坡口两侧焊接均采用镍基实芯焊丝气保焊，先焊完其中一侧再焊另一侧，且当采用单面坡口时先焊接无坡口侧，焊接时单层焊道熔敷金属厚度不超过4mm。本发明实现了镍基材料的实芯焊丝气保焊，保护气体可以采用Ar+CO₂混合气体，降低了焊接成本，可以用于一切镍基板式对接焊缝，特别是具有较高拘束应力的镍基焊缝。

Description

用于镍基板式拼接的实芯焊丝气保焊方法

技术领域

本发明涉及一种气体保护焊接方法，尤其是一种镍基板材拼接的焊接方法。

背景技术

在气化炉中，部分部件采用镍基翅片管拼接而成，对于镍基翅片管的翅片拼接，对接焊缝存在较大拘束应力，焊接方法通常为等离子焊、焊条电弧焊或药芯焊丝气保焊。其中等离子焊的设备造价昂贵，一次投入大，大部分厂家没有该类设备；焊条电弧焊为手工焊焊接，不仅焊接质量差、效率低，而且需要焊后清渣；药芯焊丝气保焊焊接后也需要手工清渣，无法实现全自动焊接，而且镍基药芯焊丝只能进口，焊丝成本很高。

镍基翅片管在进行翅片拼接时，因其拘束应力很大和镍基材料流动性差，焊缝很容易产生热裂纹，而实芯焊丝气保焊熔深较浅，当坡口装配存在错边时更容易产生裂纹，特别是采用自动气保焊时，故行业内没有厂家在此类结构上应用镍基实芯焊丝气保焊，在其它领域，如堆焊，行业内有厂家使用镍基实芯焊丝气保焊，但保护气体都是Ar+He混合气体，He气可以加大熔深和改善焊缝成形，但是Ar+He混合气体成本高昂。如果保护气体采用Ar+CO₂混合气体，焊接对接焊缝时很容易产生热裂纹。

发明内容

为了克服现有翅片拼接焊接成本高的不足，本发明所要解决的技术问题是提供一种适用于镍基板式拼接的实芯焊丝气保焊方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：用于镍基板式拼接的实芯焊丝气保焊方法，对接焊缝处开单面坡口或双面坡口，当要求全焊透时，坡口钝边高度不超过2mm；使用焊接错边控制工装将坡口的错边量控制在以下范围：对于单面坡口，错边量不超过0.8mm，对于双面坡口，错边量不超过2mm；点焊对接焊缝，拆除焊接错边控制工装；坡口两侧焊接均采用镍基实芯焊丝气保焊，先焊完其中一侧再焊另一侧，且当采用单面坡口时先焊接无坡口侧，焊接时单层焊道熔敷金属厚度不超过4mm。

实芯焊丝气保焊的保护气体采用Ar+CO₂混合气体。

进一步的是，所述Ar+CO₂混合气体的体积比为80%～85%Ar+15%～20%CO₂。

实芯焊丝气保焊的焊接电源采用带脉冲模式的电源，焊接时采用脉冲模式。

实芯焊丝气保焊时，单层焊道熔敷金属厚度控制在2～4mm。

采用手工钨极氩弧焊点焊对接焊缝。

在对接焊缝长度方向上每隔一定距离布置一个焊接错边控制工装。

所述焊接错边控制工装包括一对相互平行设置且有间隔的刚性板，即上板和下板，上板和下板可拆卸固定连接，在上板上安装有上伸缩顶头，在下板上安装有下伸缩顶头，上伸缩顶头和下伸缩顶头的轴线对应重合，同时作用于拼接焊缝两侧的焊接部。

所述伸缩顶头为与上板或下板螺纹连接的顶紧螺栓。

所述对接焊缝位于翅片管上，上板和下板之间以需要拼接的翅片管限位，上板和下板之间通过螺杆连接固定。

本发明的有益效果是：实现了镍基材料尤其镍基翅片的实芯焊丝气保焊，保护气体可以采用工业应用中很普遍的Ar+CO₂混合气体，保证了产品焊缝的质量、降低了焊接成本，焊后无需清渣，既可以采用半自动焊接，也可以实现全自动焊焊接，保证了生产效率，可以用于一切镍基板式对接焊缝，特别是具有较高拘束应力的镍基焊缝。

附图说明

图1是本发明的焊接错边控制工装应用于平板焊接时的装配示意图。

图2是可用于图1所示装置的一种上板或下板的主视图。

图3是可用于图1所示装置的另一种上板或下板的主视图。

图4是可用于图1所示装置的一种顶盖的主视图。

图5是图4的俯视图。

图6是一种翅片管工件的主视图。

图7是本发明的焊接错边控制工装应用于图6所示工件焊接时的装配示意图。

图8是单面坡口的示意图。

图9是双面坡口的示意图。

图10是单面坡口无坡口侧焊接过程示意图。

图11是单面坡口坡口侧焊接过程示意图。

图中标记为：1-下板，2-上板，3-螺杆，4-螺母，5-垫片，6-下伸缩顶头，7-上伸缩顶头，8-顶盖，9-限位件，10-垫块，11-工件一，12-工件二，13-焊丝，14-焊枪，h-错边量，b-坡口钝边高度。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

如图1～图11所示，本发明的用于镍基板式拼接的实芯焊丝气保焊方法，对接焊缝处开单面坡口或双面坡口，当要求全焊透时，坡口钝边高度b不超过2mm，以保证焊缝全部焊透；使用焊接错边控制工装将坡口的错边量控制在以下范围：对于单面坡口，错边量不超过0.8mm，对于双面坡口，错边量不超过2mm，可以降低裂纹出现的概率，使其采用实芯焊丝气保焊焊接镍基对接焊缝成为可能；错边控制到位后，点焊对接焊缝，拆除焊接错边控制工装以免影响后续半自动或全自动焊机的工作；坡口两侧焊接均采用镍基实芯焊丝气保焊，焊接电源采用带脉冲模式的电源，采用脉冲模式，总体热输入少，基本电流时熔池冷却快，因此焊接过程高温停留时间短，可减小材料产生热裂纹的倾向，先焊完其中一侧再焊另一侧，因焊接坡口侧时电流较大，当采用单面坡口时要先焊接无坡口侧，以避免焊穿，焊接时单层焊道熔敷金属厚度不超过4mm。通过以上错边控制、焊接电源模式、焊接布道等方面控制，避免了镍基实芯焊丝气保焊采用Ar+CO₂混合气体容易产生裂纹的缺点，由此，实芯焊丝气保焊的保护气体可以采用Ar+CO₂混合气体。

Ar+CO₂混合气体的体积比推荐为80%～85%Ar+15%～20%CO₂，这是工业应用中较为常见的气体配比形式，较容易获取，成本低。

发明人经过试验发现，熔敷金属厚度在5mm以上时有较大概率产生热裂纹，当在5mm以下时产生热裂纹的概率较小，而在4mm以下时几乎不会产生热裂纹，但若焊道熔敷金属厚度过小，如小于2mm时，将大大降低焊接效率。因此，推荐实芯焊丝气保焊时，单层焊道熔敷金属厚度控制在2～4mm。

发明人经过试验发现，焊条电弧焊点焊时很容易产生裂纹，此裂纹不打磨消除的话，会致使后续的实心焊丝气保焊焊缝产生裂纹，因此，推荐采用手工钨极氩弧焊点焊对接焊缝，不易出现裂纹。

推荐在对接焊缝长度方向上每隔一定距离布置一个焊接错边控制工装，以削弱工件自重引起的挠曲对焊缝错边的影响。

如图1、图7所示，所述焊接错边控制工装包括一对相互平行设置且有间隔的刚性板，即上板2和下板1，上板2和下板1可拆卸固定连接，在上板2上安装有上伸缩顶头7，在下板1上安装有下伸缩顶头6，上伸缩顶头7和下伸缩顶头6的轴线对应重合，同时作用于拼接焊缝两侧的焊接部。这对伸缩顶头6、7同时作用于对接焊缝两侧的焊接部，上伸缩顶头7和下伸缩顶头6由装置本体提供支承和着力点，上伸缩顶头7和下伸缩顶头6的轴线对应重合，不对焊缝局部施加扭矩，防止局部因夹紧而变形，上伸缩顶头7作用于坡口的一侧，下伸缩顶头6作用于坡口的另一侧，二者相对伸出并同时夹住需要对接焊接的坡口左右工件或工件局部，就能在坡口两侧以外力作用于工件的焊接部，可以严格控制错边量。相对于现有的虽然夹持在坡口两侧，但仅能作用于其中一个工件或工件的一处焊接部的工件夹持装置而言，错边控制更加可靠。

上、下伸缩顶头相对于上板2、下板1的位置，以及上、下伸缩顶头之间的间距均可调，方便适应位于工件不同位置的焊缝。这种结构的可拆卸的焊接错边控制工装方便装配，能够适应绝大多数板式对接焊缝的焊接，尤其适合于翅片焊接。因为上板和下板的主要作用在于为伸缩顶头提供着力点，因此，其具体的形状也可不限于板式结构，但应当是具有合理刚性的结构。但是，采用板式结构来作为装置本体的组成部分时，上板和/或下板作为需要对接焊接工件的支承装置或固定装置，如图7所示，可以对长度很长的翅片管工件起到局部夹持固定作用，消除其挠度。

所述上板2和下板1之间的间距是可调节固定的，如此可以进一步适应不同规格的工件。否则，可以将上板2和下板1之间改为以连接板相互焊接连接的方式，此时，由上板2、下板1之间和连接板组成的装置本体大体为一个矩框形构造，或者，在所述矩框形构造基础上，将上板2设计为相对于装置本体为铰接的活动板，下板1设计为相对于装置本体为固定的固定板，从而上板2相对于下板1可以打开的方式。

所述伸缩顶头为与上板或下板螺纹连接的顶紧螺栓。但伸缩顶头的具体结构显然不止于此，伸缩顶头目的在于实现其作用于焊接部的工作端的直线往复运动，能够实现这些运动的现有机构都是可以用于伸缩顶头的。

由于顶紧螺栓直径尺寸有限，为适用于不同坡口形状、规格的焊缝，所述伸缩顶头6、7的工作端可以连接有顶盖8。

特别针对平板对接焊缝或翅片焊接焊缝，可设计所述的顶盖8为与伸缩顶头6、7可拆卸连接的平板，其宽度可覆盖对接焊缝坡口宽度，便于夹持固定焊接部，减少错边量。

此外，当需要对一组的三个以上工件组装焊接时，例如翅片管焊接时，需要控制的焊缝有多条，此时可相应对每一焊缝配一对伸缩顶头，即所述伸缩顶头6、7有两对以上。

此外，为保证作用力均匀一致的作用于坡口两侧，应用本发明装置时，所述伸缩顶头6、7的轴线最好与对接焊缝的中心线基本重合。

所述对接工件为翅片管，上板2和下板1之间以需要拼接的翅片管限位，上板2和下板1之间通过螺杆3连接固定，螺杆3配有垫片5和螺母4，更换不同高度限位件9，配以不同长度螺杆3，即可实现大范围间距的可调节固定，同时，当上板和下板作为需要对接焊接工件的固定装置时，限位件9可防止两块板将工件过度夹紧而造成装配拘束应力过大。

所述下板1的下方以垫块10支撑，从而使其下板1上连接的下伸缩顶头6处于悬空状态，方便于下伸缩顶头6的调节。

实施例：

以某气化炉过热器的翅片管自动焊接为例进行说明：

该气化炉翅片管材料为SB-407N08800LC，管子规格见图6，单根管子长度约为6m，制造时先采用4根或6根翅片管拼接成管屏，拼接处焊缝开单面坡口，具体工艺如下。

利用焊接错边控制工装装配4根或6根翅片管成管屏，在翅片管长度方向上每隔1.5m布置一个装配工装，共布置5个工装，将坡口错边均控制在了0.5mm及以下；

采用手工钨极氩弧焊点焊拼接焊缝，焊丝ERNiCrMo-3φ2.4，电流80A，电压14V，先点焊无坡口侧，每隔1m点焊50mm长，然后翻转管屏点焊坡口侧，每隔1m点焊20mm长；

拆除焊接错边控制工装；

采用实芯焊丝气保焊焊接焊缝的无坡口侧，采用龙门式自动焊机焊接，保护气体80%～85%Ar+15%～20%CO₂（体积比），焊丝ERNiCrMo-3φ1.2，设置焊接电流为110A，焊接电压26V，焊接速度30cm/min，焊接电源采用带脉冲模式的电源，采用脉冲模式；

采用实芯焊丝气保焊焊接焊缝的坡口侧，采用龙门式自动焊机焊接，保护气体80%～85%Ar+15%～20%CO₂（体积比），焊丝ERNiCrMo-3φ1.2，设置焊接电流为150A，焊接电压25V，焊接速度50cm/min，焊接电源采用带脉冲模式的电源，采用脉冲模式，分两层进行焊接；

打磨焊缝并进行PT检查。

通过上述工艺措施，将采用Ar+CO₂混合气体的镍基实芯焊丝气保焊成功应用到了镍基翅片拼接，不仅保证了焊接质量、实现了高效率焊接，而且降低了焊接成本。

所述焊接错边控制工装的装配过程是：

将作为伸缩顶头的顶紧螺栓旋进下板1的螺纹通孔内，旋至螺杆端部伸出钢板反面约20mm；

将下板1平放于作为垫块10使用的木方工作平台上；

将需要拼接的工件二12平放于下板1上，坡口对齐，坡口中心对准下板1上的各顶紧螺栓；

将钢板2平放于工件二12上，其螺纹通孔与下板1逐一对齐；

利用螺杆3、螺母4和垫片5将下板1和上板2固定并基本消除管子挠度；

将作为伸缩顶头的顶紧螺栓旋进钢板2的螺纹通孔内，对准坡口中心；

根据工件的实际情况来调整顶紧螺栓的旋进长度，以控制错边量的大小。

与其它焊接方法相比，本发明存在以下优点：

等离子焊设备在气化炉制造行业中普及率很低，焊机价格是同等气保焊焊机价格的3倍以上，采购该设备后利用率也很低。而气保焊机是气化炉制造行业普及率最高的焊接设备之一，焊机价格较低，焊机利用率高，大多数厂家不需要重新添置设备。

焊条电弧焊焊接效率低 ，熔敷效率约为2kg/h。实芯焊丝气保焊的熔敷效率可达到4kg/h以上，而且同等重量的熔覆金属所消耗的实芯焊丝的重量是焊条重量的58%，焊条电弧焊焊后需要清渣，增加了工人的劳动强度。

药芯焊丝气保焊所用的镍基药芯焊丝现在只能进口，价格高昂，单价约是国产镍基实芯焊丝的1.5倍，而且同等重量的熔覆金属所消耗的药芯焊丝的重量是实芯焊丝重量的1.1～1.2倍，药芯焊丝气保焊焊后需要清渣，增加了工人的劳动强度。

在行业内，镍基实芯焊丝气保焊采用Ar+He混合气体进行保护，He气可以增大熔深，即使错边达到2mm也可以避免对接焊缝产生热裂纹，但Ar+He混合气体成本高昂，每立方米单价是Ar+CO₂的50倍左右。

本发明采用普通的Ar+CO₂混合气体，从工件装点、错边控制、焊接布道、焊接电源模式等方面进行控制，成功地预防了热裂纹的产生，将采用Ar+CO₂混合气体的镍基实芯焊丝气保焊成功应用到了镍基翅片拼接。

用于平板对接时，可应用如图1所示的焊接错边控制工装，此时由于平板厚度较薄，一般要使用不同规格限位块9配合螺杆3实现上板2、下板1之间的间距调节固定。

Claims (9)

1.用于镍基板式拼接的实芯焊丝气保焊方法，对接焊缝处开单面坡口或双面坡口，其特征在于：

当要求全焊透时，坡口钝边高度(b)不超过2mm；

使用焊接错边控制工装将坡口的错边量控制在以下范围：对于单面坡口，错边量不超过0.8mm，对于双面坡口，错边量不超过2mm；

点焊对接焊缝，拆除焊接错边控制工装；

坡口两侧焊接均采用镍基实芯焊丝气保焊，先焊完其中一侧再焊另一侧，且当采用单面坡口时先焊接无坡口侧，焊接时单层焊道熔敷金属厚度不超过4mm；

实芯焊丝气保焊的保护气体采用Ar+CO₂混合气体。

2.如权利要求1所述的用于镍基板式拼接的实芯焊丝气保焊方法，其特征在于：Ar+CO₂混合气体的体积比为80％～85％Ar+15％～20％CO₂。

3.如权利要求1所述的用于镍基板式拼接的实芯焊丝气保焊方法，其特征在于：实芯焊丝气保焊的焊接电源采用带脉冲模式的电源，焊接时采用脉冲模式。

4.如权利要求1所述的用于镍基板式拼接的实芯焊丝气保焊方法，其特征在于：实芯焊丝气保焊时，单层焊道熔敷金属厚度控制在2～4mm。

5.如权利要求1所述的用于镍基板式拼接的实芯焊丝气保焊方法，其特征在于：采用手工钨极氩弧焊点焊对接焊缝。

6.如权利要求1所述的用于镍基板式拼接的实芯焊丝气保焊方法，其特征在于：在对接焊缝长度方向上每隔一定距离布置一个焊接错边控制工装。

7.如权利要求1所述的用于镍基板式拼接的实芯焊丝气保焊方法，其特征在于：所述焊接错边控制工装包括一对相互平行设置且有间隔的刚性板，即上板(2)和下板(1)，上板(2)和下板(1)可拆卸固定连接，在上板(2)上安装有上伸缩顶头(7)，在下板(1)上安装有下伸缩顶头(6)，上伸缩顶头(7)和下伸缩顶头(6)的轴线对应重合，同时作用于拼接焊缝两侧的焊接部。

8.如权利要求7所述的用于镍基板式拼接的实芯焊丝气保焊方法，其特征在于：所述伸缩顶头为与上板或下板螺纹连接的顶紧螺栓。

9.如权利要求7所述的用于镍基板式拼接的实芯焊丝气保焊方法，其特征在于：所述对接工件为翅片管，上板(2)和下板(1)之间以需要拼接的翅片管限位，上板(2)和下板(1)之间通过螺杆(3)连接固定。