CN106862787B - 膜式壁机动焊机焊接镍基合金管屏的工艺方法 - Google Patents

膜式壁机动焊机焊接镍基合金管屏的工艺方法 Download PDF

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Abstract

本发明是一种膜式壁机动焊机焊接镍基合金管屏的工艺方法，该工艺方法所采用的焊接方式为熔化极气体保护焊；所用受热管为碳钢管表面堆焊了耐磨耐高温的镍基合金焊层，堆焊层的厚度为0.5～2.5mm；所采用的管间连接板为镍基合金板；受热管表面镍基合金堆焊层及镍基合金连接板的化学成分为（质量百分比）Ni：60～64%，Cr：20～24%，Mo：9～10%，Fe：3.5～4.0%；所采用镍基合金焊丝的化学成分与母材相匹配，焊丝直径为1.0～1.2mm；所采用保护气体为Ar89 w%～92w%与CO28 w%～11 w%的混合气，气体流量为15～20L/min；焊接速度为55～60cm/min；焊丝伸出长度要不大于焊丝直径的10倍。

Description

膜式壁机动焊机焊接镍基合金管屏的工艺方法
技术领域
本发明涉及一种膜式水冷壁焊接工艺方法，是一种针对特种金属材料实现膜式壁机动焊接的高效率的工艺方法。
背景技术
通常意义上的膜式水冷壁气体保护机动焊接一般是针对低碳钢和低合金钢管的焊接；针对镍基合金材质通常的做法是采用人工组对手工焊接生产加工。
采用镍基合金堆焊管和镍基合金连接板制作的膜式水冷壁，具有耐磨、耐高温、高强度、高硬度、刚性大的特性，用此材料制作的余热锅炉设备，使用寿命大大延长，但同时也给制作加工带来了很大的难度，主要表现在：1.由于强度高刚性大导致焊前人工组对难度大，靠手工操作很难做到焊接间隙、连接板和受热管相对位置等要素的均匀一致，且组对过程中的定位焊点太多，影响最终焊道成型；2.焊接难度大，由于所采用的镍基合金的焊接特性：焊接熔深浅，液态熔敷金属浸润性差，流动性差等，而导致手工焊操作难度大，焊缝成型差，焊脚大小和焊道宽窄波动大，接头众多等等问题，使得焊缝外观难以做到均匀一致。并且由于此种镍基合金硬度高，打磨返修很困难。所以手工制作方式返修率高，效率低下。
发明内容
本发明的目的在于提供一种膜式壁机动焊机焊接镍基合金管屏的工艺方法，用以克服人工组对手工焊接制作难度大、焊接质量不易保证、效率低下等问题，所要解决的技术问题是：通过操作方法的调整和工艺参数的选择，实现对镍基合金材料的模式壁高效率的机动焊接。
为了解决上述技术问题，本发明采用了以下技术方案：
膜式壁机动焊机焊接镍基合金管屏的工艺方法，采用的焊接方法为熔化极气体保护焊，其特征在于按照以下步骤进行：
一、镍基合金堆焊管、镍基合金连接板和焊丝准备与选择：
1)、在管径φ25～76mm，壁厚3～8mm的碳钢管上堆焊好镍基合金堆焊层，堆焊层的厚度不得大于2.5mm；
2)、选择镍基合金连接板，镍基合金连接板的厚度3～6mm，宽度不小于8mm，沿板长方向两侧开对称型坡口，坡口角度符合50±2°，钝边符合0～0.5mm要求；
3)、焊丝选择：焊丝直径为φ1.0～1.2mm；
堆焊层、镍基合金连接板以及焊丝的化学成分应符合以下要求：Ni：60～64％，Cr：20～24％，Mo：9～10％，Fe：3.5～4.0％，Nb：3.0～4.0％，余量为少量的如下组分中的一种或一种以上：C、Mn、P、S、Si、Cu、Al、Ti、Pb；以上均为质量百分比；
二、将按镍基合金堆焊管外径定做的合金钢矫正轮装配到膜式壁焊接设备上，并调试完成；
三、焊接工艺参数调整：
1)、调整焊枪倾斜角度，以焊枪竖直方向为0°为基准，上枪：30～35°，下枪：20～25°；
2)、调整保护气体体积配比为Ar89％～92％与CO28％～11％混合气，流量设定为气体流量为15～20升/分钟；
四、4根清理好的管和3条连接板相互间隔地放置在膜式壁焊接设备前的滚轮输送架上，利用工装卡具将4管3板的端部按要求进行组对定位，要保证板和管间的组对间隙在0.3～0.6mm之间，要保证4根管在同一水平面上，要保证连接板位于管的水平中心线上；用手工电弧焊将管和连接板的端部点焊定位，形成4管3板预组管屏；
五、将预组管屏定位焊好的端部置入第一组矫正轮，启动矫正机构将预组管屏压紧，使之依次进入1到4组矫正轮进行矫直对正；在预组管屏矫正送进过程中，要注意观察焊枪所正对坡口处间隙和位置的变化情况，要在所允许的范围内；
在预组管屏矫正和试运行过程中，按照坡口的位置调整六把上枪和六把下枪的位置，使焊枪导电嘴到坡口的距离，保证焊丝伸出长度控制在10倍焊丝直径以内，使露出导电嘴端部的焊丝头对正坡口中心；
六、将矫正和试运行过的预组管屏退回到始焊位置，正式进行焊接，起弧后，根据熔合情况对焊接参数进行微调，参数范围为：上枪200～230A，下枪190～220A；电压：上枪21～24V，下枪20～23V；焊接速度：55～60cm/min；
七、焊接结束，切割去除始端和末端的预留长度，清理残留飞溅完成膜式壁管屏的焊接。
优选地，步骤三焊接工艺参数调整之2)调整保护气体体积配比为Ar92％与CO28％。
优选地，步骤二所用的合金钢为20CrMnTi合金钢。
本发明的积极效果在于：通过本发明的工艺，克服了镍基合金膜式壁人工制作过程中，由于镍基合金堆焊管和镍基合金连接板的高强度和高硬度造成的组对困难且组对质量难保证的难题，实现了高质量高效率的机械组对；克服了镍基合金手工焊接操作难度大，外观成型差，质量难保证的难题，实现了高质量高效率机动焊操作，质量稳定，且焊缝外观质量均匀一致。
本发明膜式壁焊接设备的矫正轮用合金钢制作，膜式壁焊接设备焊前的矫正轮用四组来完成对镍基合金堆焊管的矫正，模式壁焊接设备的矫正轮的轮槽尺寸要根据镍基堆焊管的实测外径尺寸确定，这些技术措施保证了矫正后的镍基合金堆焊管和连接板组对后的坡口相对于焊枪位置固定，避免了镍基合金堆焊管和连接板在送进过程中，由于本身具有的高弹性在焊枪位置出现的左右晃动。在这是保证焊接顺利进行的重要条件之一。
具体实施方式
下面结合具体实施例进一步说明本发明。
膜式壁机动焊机焊接镍基合金管屏的制作工艺方法实施例,采用的焊接方法为熔化极气体保护焊(GMAW)：
一、镍基合金堆焊管、镍基合金连接板和焊丝准备与选择：
1)、在φ38×4的20G碳钢管上堆焊好镍基合金堆焊层，检查堆焊层的厚度不得大于2.5mm，堆焊层厚度差不得大于0.15mm；
2)、选择Inconel625镍基合金连接板，板厚为6mm，宽度为15mm，沿板长方向两侧开对称K型坡口，坡口角度符合50±2°，钝边符合0～0.5mm要求；
3)、焊丝选择ERNiCrMo-3，直径φ1.14mm；
将堆焊好的镍基合金堆焊管表面及镍基合金连接板坡口处的杂质用不锈钢钢丝轮清理干净；
镍基合金堆焊管和镍基合金连接板之间组对间隙要控制在0.3～0.6mm；
堆焊层的化学成分、Inconel625镍基合金连接板的化学成分以及焊丝的化学成分均应符合以下要求：Ni：60～64％，Cr：20～24％，Mo：9～10％，Fe：3.5～4.0％，CbNb：3.0～4.0％，余量为少量的如下组分中的一种或一种以上：C、Mn、P、S、Si、Cu、Al、Ti、Pb；(以上均为质量百分比)；
二、将按镍基合金堆焊管外径定做的20CrMnTi合金钢矫正轮装配到膜式壁焊接设备上，并调试完成；
三、焊接工艺参数调整：
1)、调整焊枪倾斜角度，上枪：30～35°，下枪：20～25°(焊枪竖直方向为0°)；
2)、调整保护气体配比为Ar89w％～92w％与CO28w％～11w％混合气，流量设定为气体流量为15～20升/分钟；
四、4根清理好的管和3条连接板相互间隔地放置在膜式壁焊接设备前的滚轮输送架上，利用工装卡具将4管3板的端部按要求进行组对定位，要保证板和管间的组对间隙在0.3～0.6mm之间，要保证4根管在同一水平面上，要保证连接板位于管的水平中心线上。用手工电弧焊将管和连接板的端部点焊定位，形成4管3板预组管屏(以下简称预组管屏)；
五、将预组管屏定位焊好的端部置入第一组矫正轮，启动矫正机构将预组管屏压紧，使之依次进入1到4组矫正轮进行矫直对正。在预组管屏矫正送进过程中，要注意观察焊枪所正对坡口处间隙和位置的变化情况，要在所允许的范围内；
在预组管屏矫正和试运行过程中，按照坡口的位置调整六把上枪和六把下枪的位置，使焊枪导电嘴到坡口的距离，保证焊丝伸出长度在10倍焊丝直径以内，使露出导电嘴端部的焊丝头对正坡口中心；
六、将矫正和试运行过的预组管屏退回到始焊位置，正式进行焊接，起弧后，根据熔合情况迅速对焊接参数进行微调，参数范围为：上枪200～230A，下枪190～220A；电压：上枪21～24V，下枪20～23V；焊接速度：55～60cm/min；
七、焊接结束，切割去除始端和末端的预留长度，清理残留飞溅完成膜式壁管屏的焊接。
为了有利于将焊丝伸出长度缩短到10倍焊丝直径以内，并便于观察电弧的融合情况，要将焊枪端部的气体保护罩磨短3mm。
以下是镍基合金管屏焊后检测实例(所采用的检测方法为已经公开的标准方法，检测方法名称代号GB/T16507.5水管锅炉第五部分制造附录B)。
宏观金相检测的结果如下：
对膜式壁焊接质量的检测实例一
①S＝4.75mm，δ＝6mm，a1+a2＝8.5mm，t＝2.2mm，b＝3.7mm，k1＝4.3mm，k2＝4.4mm；
②S＝4.75mm，δ＝6mm，a1+a2＝9.0mm，t＝2.1mm，b＝3.5mm，k1＝4.5mm，k2＝4.4mm；
③S＝4.75mm，δ＝6mm，a1+a2＝8.6mm，t＝2.5mm，b＝3.3mm，k1＝4.1mm，k2＝4.3mm；
④S＝4.74mm，δ＝6mm，a1+a2＝8.6mm，t＝2.3mm，b＝3.5mm，k1＝4.2mm，k2＝4.5mm。
对膜式壁焊接质量的检测实例二
①S＝4.78mm，δ＝6mm，a1+a2＝8.0mm，t＝2.6mm，b＝3.4mm，k1＝4.6mm，k2＝4.4mm；
②S＝4.78mm，δ＝6mm，a1+a2＝8.7mm，t＝2.8mm，b＝3.6mm，k1＝4.4mm，k2＝4.5mm；
③S＝4.76mm，δ＝6mm，a1+a2＝8.5mm，t＝2.3mm，b＝3.2mm，k1＝4.3mm，k2＝4.6mm；
④S＝4.77mm，δ＝6mm，a1+a2＝8.6mm，t＝2.2mm，b＝3.3mm，k1＝4.5mm，k2＝4.5mm。
对膜式壁焊接质量的检测实例三
①S＝4.68mm，δ＝6mm，a1+a2＝8.3mm，t＝2.0mm，b＝3.5mm，k1＝4.4mm，k2＝4.6mm；
②S＝4.69mm，δ＝6mm，a1+a2＝8.4mm，t＝2.2mm，b＝3.7mm，k1＝4.7mm，k2＝4.6mm；
③S＝4.68mm，δ＝6mm，a1+a2＝8.6mm，t＝2.1mm，b＝3.4mm，k1＝4.5mm，k2＝4.5mm；
④S＝4.68mm，δ＝6mm，a1+a2＝8.3mm，t＝2.1mm，b＝3.3mm，k1＝4.6mm，k2＝4.6mm。
以下通过对比实验比较焊丝伸出长度对焊接效果的影响。实验对比结果见表1。
表1、影响因素测验一，焊丝伸出长度的影响
由表1可见，焊丝伸出长度10倍于焊丝直径时熔焊效果最佳。
以下通过对比实验比较不同成分保护气体对焊接效果的影响。实验对比结果见表2。
表2、影响因素测验二，保护气体成分配比的影响
由表2可见，Ar:CO2＝92:8效果最佳。
以下是对镍基合金膜式壁管屏制作人工焊和机动焊效率的检测实例，检测结果见表3至表5。
表3、镍基合金膜式壁管屏制作人工焊和机动焊效率的检测实例一
表4、镍基合金膜式壁管屏制作人工焊和机动焊效率的检测实例二
表5、镍基合金膜式壁管屏制作人工焊和机动焊效率的检测实例三
由表3-5可见，本发明实现了对镍基合金材料的模式壁高效率机动焊接。

Claims (3)

1.膜式壁机动焊机焊接镍基合金管屏的工艺方法，采用的焊接方法为熔化极气体保护焊，其特征在于按照以下步骤进行：
一、镍基合金堆焊管、镍基合金连接板和焊丝准备与选择：
1）、在管径φ25～76mm，壁厚3～8mm的碳钢管上堆焊好镍基合金堆焊层，堆焊层的厚度不得大于2.5mm；
2）、选择镍基合金连接板，镍基合金连接板的厚度3～6mm，宽度不小于8mm，沿板长方向两侧开对称型坡口，坡口角度符合50±2°，钝边符合0～0.5mm要求；
3）、焊丝选择：焊丝直径为φ1.0～1.2mm；
堆焊层、镍基合金连接板以及焊丝的化学成分应符合以下要求：Ni：60～64%，Cr：20～24%，Mo：9～10%，Fe：3.5～4.0%，Nb：3.0～4.0%，余量为少量的如下组分中的一种或一种以上：C、Mn、P、S、Si、Cu、Al、Ti、Pb；以上均为质量百分比；
二、将按镍基合金堆焊管外径定做的合金钢矫正轮装配到膜式壁焊接设备上，并调试完成；
三、焊接工艺参数调整：
1）、调整焊枪倾斜角度，以焊枪竖直方向为0°为基准，上枪：30～35°，下枪：20～25°；
2）、调整保护气体体积配比为Ar89%～92%与CO28%～11%混合气，流量设定为气体流量为15～20升/分钟；
四、4根清理好的管和3条连接板相互间隔地放置在膜式壁焊接设备前的滚轮输送架上，利用工装卡具将4管3板的端部按要求进行组对定位，要保证板和管间的组对间隙在0.3～0.6mm之间，要保证4根管在同一水平面上，要保证连接板位于管的水平中心线上；用手工电弧焊将管和连接板的端部点焊定位，形成4管3板预组管屏；
五、将预组管屏定位焊好的端部置入第一组矫正轮，启动矫正机构将预组管屏压紧，使之依次进入1到4组矫正轮进行矫直对正；在预组管屏矫正送进过程中，要注意观察焊枪所正对坡口处间隙和位置的变化情况，要在所允许的范围内；
在预组管屏矫正和试运行过程中，按照坡口的位置调整六把上枪和六把下枪的位置，使焊枪导电嘴到坡口的距离，保证焊丝伸出长度控制在10倍焊丝直径以内，使露出导电嘴端部的焊丝头对正坡口中心；
六、将矫正和试运行过的预组管屏退回到始焊位置，正式进行焊接，起弧后，根据熔合情况对焊接参数进行微调，参数范围为：上枪200～230A，下枪190～220A；电压：上枪21～24V，下枪20～23V；焊接速度：55～60cm/min；
七、焊接结束，切割去除始端和末端的预留长度，清理残留飞溅完成膜式壁管屏的焊接。
2.如权利要求1所述的膜式壁机动焊机焊接镍基合金管屏的工艺方法，其特征在于：步骤三焊接工艺参数调整之2）调整保护气体配比为Ar92%与CO28%。
3.如权利要求1或2所述的膜式壁机动焊机焊接镍基合金管屏的工艺方法，其特征在于：步骤二所用的合金钢为20CrMnTi合金钢。
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