CN106735779A - 一种哈氏合金管材焊接方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种哈氏合金管材焊接方法，步骤包括：焊前准备、全面焊接、焊后焊缝清理以及焊缝修补。该哈氏合金管材焊接方法能够顺利完成哈氏合金管材的焊接，取得了较高的焊接质量，焊缝的合格率达到99％。

Description

一种哈氏合金管材焊接方法
技术领域
本发明涉及一种焊接方法，尤其是一种哈氏合金管材的焊接方法。
背景技术
哈氏合金的导电率和导热系数要比低碳钢低得多，而电阻率和膨胀率都比低碳钢高得多，熔池流动性差，润湿性差，穿透力小，熔深浅，所以容易产生气孔、裂纹、未焊透、未熔合、夹渣等缺陷。
目前，在进行哈氏合金焊接过程中，焊缝缺陷产生原因一般包括：
气孔产生原因：镍基合金液态金属的流动性比较差，在液态下气体来不及逸出；镍基合金固液相的温度间距小，氧气二氧化碳和氢气等气体在液态镍中的溶解度比较大，但当焊缝冷却时，溶解度明显减小，熔池中的气体来不及逸出形成气孔。
裂纹产生原因：在高温下镍与硫、磷极易形成低熔点共晶体；当焊接热输入较大时，会导致焊接接头晶粒粗大，晶粒间会存在较多的碳化物和促进液化裂纹的金属间化合物，增大热裂纹倾向。
未焊透产生原因：C-276焊接时热输入不能过大且C-276焊缝熔池的流动性差，另外其焊缝金属的熔深浅，所以容易形成未焊透缺陷。
夹渣倾向大产生原因：由于材料的导热性差，焊道两侧容易产生夹沟或咬边影响下道焊道的焊接，熔池前方和母材处的熔化速度较慢，焊道表面形状缺陷不容易熔化，处理不当造成层间夹渣。
发明内容
本发明要解决的技术问题是现有的哈氏合金常常出现焊缝缺陷。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种哈氏合金管材焊接方法，包括如下步骤：
步骤1，焊前准备，具体步骤为：
步骤1.1，坡口制作，将管材焊接位置制作为大角度和小钝边形式的坡口；
步骤1.2，焊前清理，对管材内、外表面的坡口两侧20mm范围内的油污、毛刺、锈斑以及氧化皮进行清理；
步骤1.3，焊口组对，将待焊接管材进行焊缝组对，确保内壁平齐，且错边量低于壁厚的10％；
步骤1.4，安装氩气保护装置，在待管材的焊缝组对处的内部安装氩气保护装置，对焊缝背面进行充氩保护；
步骤1.5，进行定位焊，利用加入脱氧元素的焊接材料等间隔进行定位焊接且定位焊缝的长度为10～15mm，定位焊的焊接厚度为2～4mm且低于壁厚的2/3；
步骤2，进行全面焊接，采用与定位焊相同的焊接参数进行焊接，焊接时焊丝受热端处于氩气保护中，利用短弧焊接且控制层间温度低于100℃，在每焊完一层后清除焊道表面的夹沟和氧化膜，在焊接过程中要控制母材熔入量，确保母材金属与填充金属各占50％，焊接后要在背面焊缝形成凸形，收弧时需将弧坑填满且滞后30s停止氩气保护；
步骤3，焊后焊缝清理，对焊接或热处理时产生的氧化物进行表面刷除，再利用酸洗膏进行酸洗，最后用清水冲洗干净；
步骤4，焊缝修补，具体步骤为：
步骤4.1，焊缝表面修补，利用角向磨光机对表面缺陷进行清除，且在表面缺陷清除后焊缝厚度不低于最小焊接厚度，若焊缝厚度小于最小焊接厚度，则进行焊缝修补，并最终将焊缝表面打磨平整圆滑；
步骤4.2，焊缝内部修补，利用射线检测判定焊缝在缺陷清除是否合格，若不合格则进行焊接修补，利用角向磨光机对缺陷进行打磨清除，且打磨应间断进行，焊缝内部修补完毕后按照原检查程序进行外观检查和无损检测。
采用焊前清理步骤能够将施焊区域的油、水等会引起气孔的杂质去除干净，同时采用可以加入锰、钛和铌等脱氧元素的焊接材料进行焊接，同时在焊接过程中对焊接熔池进行气体保护能够有效避免气孔的缺陷；采用层间温度低于100℃的控制能够有效避免产生裂纹；采用为大角度和小钝边形式的坡口能够有效防止未焊透的缺陷；采用在每焊完一层后清除焊道表面的夹沟和氧化膜能够有效防止夹渣；采用氩气保护装置能够有效防止焊缝根部氧化和成型不良。
作为本发明的进一步限定方案，步骤1.1中，制作的坡口角度为35±2.5°，小钝边的尺寸为0.5mm。该坡口尺寸是针对哈氏合金C-276专门研究设定的，只有在该尺寸条件下才能够确保完全焊透。
作为本发明的进一步限定方案，步骤1.2中，使用丙酮溶剂清洗去除油污、锈斑以及氧化皮。采用丙酮溶剂清洗去除油污、锈斑以及氧化皮，能够避免气孔和裂纹的产生。
作为本发明的进一步限定方案，步骤1.5中进行定位焊时，在定位焊缝的两端打磨成带斜坡的凹槽。采用将定位焊缝的两端打磨成带斜坡的凹槽，能够便于正式焊接时接头部位能良好的熔合。
作为本发明的进一步限定方案，步骤1.4中的氩气保护装置包括两个限位挡气机构、两根对拉螺杆以及一根进气管；限位挡气机构包括两块限位板、一块可溶纸板以及四个限位螺母；可溶纸板夹持在两块限位板之间，且可溶纸板的边缘突出两块限位板的边缘外；两根对拉螺杆的两端贯穿两个限位挡气机构，并通过限位螺母将对拉螺杆的端部固定在限位挡气机构上；两个限位挡气机构的可溶纸板相互平行；进气管的端部贯穿一个限位挡气机构后伸入两个限位挡气机构之间。采用两个限位挡气机构能够在组对后的焊缝背面形成保护气腔，确保氩气的充分利用，维持一个较长的保护周期；采用两块限位板夹持可溶纸板，既增强了可溶纸板的结构强度，又能够方便通过对拉螺杆调节保护气腔的大小。
作为本发明的进一步限定方案，在进气管的端部设有两个限位挡圈；两个限位挡圈夹持在限位挡气机构的两侧。采用限位挡圈能够方便将进气管固定在限位挡气机构上，从而方便通过进气管将氩气保护装置送入管材内进行定位安装。
作为本发明的进一步限定方案，氩气保护装置还包括一个环绕在组对焊缝外围的密封胶带。采用密封胶带能够对焊缝进行封闭，防止大面积漏气，确保氩气充满保护气腔。
作为本发明的进一步限定方案，可溶纸板为圆形或方形，可溶纸板的边缘贴紧管材的内壁。采用将可溶纸板的边缘贴紧管材的内壁能够尽量避免氩气漏出。
作为本发明的进一步限定方案，步骤2中的焊接参数为：第一层焊接时，焊接电流60～90A，焊接电压为10～16V，焊接速度为60～70mm/min，正面Ar流量为6～8L/min，背面Ar流量为10～12L/min；第二层焊接时，焊接电流65～95A，焊接电压为10～16V，焊接速度为70～80mm/min，正面Ar流量为6～8L/min，背面Ar流量为10～12L/min；第三层焊接时，焊接电流65～100A，焊接电压为10～16V，焊接速度为70～90mm/min，正面Ar流量为6～8L/min，无需背面通氩气。只有在该焊接参数的条件下才能够确保哈氏合金管材的正常可靠焊接。
本发明的有益效果在于：(1)采用焊前清理步骤能够将施焊区域的油、水等会引起气孔的杂质去除干净，同时采用可以加入锰、钛和铌等脱氧元素的焊接材料进行焊接，同时在焊接过程中对焊接熔池进行气体保护能够有效避免气孔的缺陷；(2)采用层间温度低于100℃的控制能够有效避免产生裂纹；(3)采用为大角度和小钝边形式的坡口能够有效防止未焊透的缺陷；(4)采用在每焊完一层后清除焊道表面的夹沟和氧化膜能够有效防止夹渣；(5)采用氩气保护装置能够有效防止焊缝根部氧化和成型不良。
附图说明
图1为本发明的方法流程图；
图2为本发明的氩气保护装置结构示意图。
图中：1、限位板，2、对拉螺杆，3、限位螺母，4、可溶纸板，5、进气管，6、限位挡圈，7、密封胶带，8、管材。
具体实施方式
如图1所示，本发明公开的哈氏合金管材焊接方法，包括如下步骤：
步骤1，焊前准备，具体步骤为：
步骤1.1，坡口制作，将管材焊接位置制作为大角度和小钝边形式的坡口；
步骤1.2，焊前清理，对管材内、外表面的坡口两侧20mm范围内的油污、毛刺、锈斑以及氧化皮进行清理；
步骤1.3，焊口组对，将待焊接管材进行焊缝组对，确保内壁平齐，且错边量低于壁厚的10％；
步骤1.4，安装氩气保护装置，在待管材的焊缝组对处的内部安装氩气保护装置，对焊缝背面进行充氩保护；
步骤1.5，进行定位焊，利用加入脱氧元素的焊接材料等间隔进行定位焊接且定位焊缝的长度为10～15mm，定位焊的焊接厚度为2～4mm且低于壁厚的2/3；
步骤2，进行全面焊接，采用与定位焊相同的焊接参数进行焊接，焊接时焊丝受热端处于氩气保护中，利用短弧焊接且控制层间温度低于100℃，在每焊完一层后清除焊道表面的夹沟和氧化膜，在焊接过程中要控制母材熔入量，确保母材金属与填充金属各占50％，焊接后要在背面焊缝形成凸形，收弧时需将弧坑填满且滞后30s停止氩气保护；
步骤3，焊后焊缝清理，对焊接或热处理时产生的氧化物进行表面刷除，再利用酸洗膏进行酸洗，最后用清水冲洗干净；
步骤4，焊缝修补，具体步骤为：
步骤4.1，焊缝表面修补，利用角向磨光机对表面缺陷进行清除，且在表面缺陷清除后焊缝厚度不低于最小焊接厚度，若焊缝厚度小于最小焊接厚度，则进行焊缝修补，并最终将焊缝表面打磨平整圆滑；
步骤4.2，焊缝内部修补，利用射线检测判定焊缝在缺陷清除是否合格，若不合格则进行焊接修补，利用角向磨光机对缺陷进行打磨清除，且打磨应间断进行，焊缝内部修补完毕后按照原检查程序进行外观检查和无损检测。
其中，步骤1.1中，制作的坡口角度为35±2.5°，小钝边的尺寸为0.5mm。该坡口尺寸是针对哈氏合金C-276专门研究设定的，只有在该尺寸条件下才能够确保完全焊透。
步骤1.2中，使用丙酮溶剂清洗去除油污、锈斑以及氧化皮。采用丙酮溶剂清洗去除油污、锈斑以及氧化皮，能够避免气孔和裂纹的产生。
步骤1.5中进行定位焊时，在定位焊缝的两端打磨成带斜坡的凹槽。采用将定位焊缝的两端打磨成带斜坡的凹槽，能够便于正式焊接时接头部位能良好的熔合。
步骤2中的焊接参数如下表，只有在下表中的焊接参数条件下才能够具有99％的焊缝的合格率。
如图2所示，步骤1.4中的氩气保护装置包括两个限位挡气机构、两根对拉螺杆2以及一根进气管5；限位挡气机构包括两块限位板1、一块可溶纸板4以及四个限位螺母3；可溶纸板4夹持在两块限位板1之间，且可溶纸板4的边缘突出两块限位板1的边缘外；两根对拉螺杆2的两端贯穿两个限位挡气机构，并通过限位螺母3将对拉螺杆的端部固定在限位挡气机构上；两个限位挡气机构的可溶纸板4相互平行；进气管5的端部贯穿一个限位挡气机构后伸入两个限位挡气机构之间；在进气管5的端部设有两个限位挡圈6；两个限位挡圈6夹持在限位挡气机构的两侧；氩气保护装置还包括一个环绕在组对焊缝外围的密封胶带7；可溶纸板4为圆形或方形，可溶纸板4的边缘贴紧管材8的内壁。
本发明在步骤2中进行全面焊接的注意事项如下：
(1)焊接时选用较少的线能量，焊丝前端(受热端)必须处于气体保护中，以连续送丝为宜，杜绝断续送丝，同时焊接时钨极应避免与熔池和焊丝接触，防止夹钨，
(2)焊接时应注意避免用焊丝搅拌熔池。
(3)焊接全过程均宜采用短弧焊接，控制好层间温度应低于100℃。
(4)每焊完一层，用砂轮或不锈钢丝刷清除焊道表面的夹沟、氧化膜等杂物，保证下道焊道焊接的顺利进行。
(5)焊接时严禁在坡口外的母材处起弧和引弧，防止在焊缝以外产生弧坑裂纹。
(6)焊接时金属的粘性明显较大，要比典型的碳钢和不锈钢难焊透，因此要使焊枪尽量垂直于焊件，使焊接电弧集中，确保彻底融化基本金属和焊丝。
(7)在焊接过程中，焊丝中含有改善抗裂性和控制气孔的元素，但由于焊缝中至少要含有50％的填充金属量时这些元素才能起着有效的作用。因此在焊接时要控制母材熔入量，确保母材金属与填充金属各占50％。
(8)焊接时焊丝的尖端一定要在保护气中，防止氧化。
(9)焊接时要使背面焊缝达到凸形，因为凹形焊缝有可能在根部焊接时开裂。
(10)哈氏合金在收弧位置容易开裂，因此收弧时将弧坑填满，且滞后30s停气，防止热裂纹产生。
(11)焊接结束时要在电弧断掉之前轻轻的回拉补充焊丝，彻底填补弧坑。
(12)注意观察焊后焊缝的成色情况，应该形成光亮的表面，有利于钝化膜的形成，提高耐腐蚀性能。

Claims (9)

1.一种哈氏合金管材焊接方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1，焊前准备，具体步骤为：
步骤1.1，坡口制作，将管材焊接位置制作为大角度和小钝边形式的坡口；
步骤1.2，焊前清理，对管材内、外表面的坡口两侧20mm范围内的油污、毛刺、锈斑以及氧化皮进行清理；
步骤1.3，焊口组对，将待焊接管材进行焊缝组对，确保内壁平齐，且错边量低于壁厚的10％；
步骤1.4，安装氩气保护装置，在待管材的焊缝组对处的内部安装氩气保护装置，对焊缝背面进行充氩保护；
步骤1.5，进行定位焊，利用加入脱氧元素的焊接材料等间隔进行定位焊接且定位焊缝的长度为10～15mm，定位焊的焊接厚度为2～4mm且低于壁厚的2/3；
步骤2，进行全面焊接，采用与定位焊相同的焊接参数进行焊接，焊接时焊丝受热端处于氩气保护中，利用短弧焊接且控制层间温度低于100℃，在每焊完一层后清除焊道表面的夹沟和氧化膜，在焊接过程中要控制母材熔入量，确保母材金属与填充金属各占50％，焊接后要在背面焊缝形成凸形，收弧时需将弧坑填满且滞后30s停止氩气保护；
步骤3，焊后焊缝清理，对焊接或热处理时产生的氧化物进行表面刷除，再利用酸洗膏进行酸洗，最后用清水冲洗干净；
步骤4，焊缝修补，具体步骤为：
步骤4.1，焊缝表面修补，利用角向磨光机对表面缺陷进行清除，且在表面缺陷清除后焊缝厚度不低于最小焊接厚度，若焊缝厚度小于最小焊接厚度，则进行焊缝修补，并最终将焊缝表面打磨平整圆滑；
步骤4.2，焊缝内部修补，利用射线检测判定焊缝在缺陷清除是否合格，若不合格则进行焊接修补，利用角向磨光机对缺陷进行打磨清除，且打磨应间断进行，焊缝内部修补完毕后按照原检查程序进行外观检查和无损检测。
2.根据权利要求1所述的哈氏合金管材焊接方法，其特征在于，步骤1.1中，制作的坡口角度为35±2.5°，小钝边的尺寸为0.5mm。
3.根据权利要求1或2所述的哈氏合金管材焊接方法，其特征在于，步骤1.2中，使用丙酮溶剂清洗去除油污、锈斑以及氧化皮。
4.根据权利要求1或2所述的哈氏合金管材焊接方法，其特征在于，步骤1.5中进行定位焊时，在定位焊缝的两端打磨成带斜坡的凹槽。
5.根据权利要求1或2所述的哈氏合金管材焊接方法，其特征在于，步骤1.4中的氩气保护装置包括两个限位挡气机构、两根对拉螺杆(2)以及一根进气管(5)；限位挡气机构包括两块限位板(1)、一块可溶纸板(4)以及四个限位螺母(3)；可溶纸板(4)夹持在两块限位板(1)之间，且可溶纸板(4)的边缘突出两块限位板(1)的边缘外；两根对拉螺杆(2)的两端贯穿两个限位挡气机构，并通过限位螺母(3)将对拉螺杆(2)的端部固定在限位挡气机构上；两个限位挡气机构的可溶纸板(4)相互平行；进气管(5)的端部贯穿一个限位挡气机构后伸入两个限位挡气机构之间。
6.根据权利要求5所述的哈氏合金管材焊接方法，其特征在于，在进气管(5)的端部设有两个限位挡圈(6)；两个限位挡圈夹持在限位挡气机构的两侧。
7.根据权利要求5所述的哈氏合金管材焊接方法，其特征在于，氩气保护装置还包括一个环绕在组对焊缝外围的密封胶带(7)。
8.根据权利要求5所述的哈氏合金管材焊接方法，其特征在于，可溶纸板(4)为圆形或方形，可溶纸板(4)的边缘贴紧管材的内壁。
9.根据权利要求1或2所述的哈氏合金管材焊接方法，其特征在于，步骤2中的焊接参数为：第一层焊接时，焊接电流60～90A，焊接电压为10～16V，焊接速度为60～70mm/min，正面Ar流量为6～8L/min，背面Ar流量为10～12L/min；第二层焊接时，焊接电流65～95A，焊接电压为10～16V，焊接速度为70～80mm/min，正面Ar流量为6～8L/min，背面Ar流量为10～12L/min；第三层焊接时，焊接电流65～100A，焊接电压为10～16V，焊接速度为70～90mm/min，正面Ar流量为6～8L/min，无需背面通氩气。
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