CN107234360A - 一种实现金属复合管等强度拼接的焊接结构及其焊接方法 - Google Patents

一种实现金属复合管等强度拼接的焊接结构及其焊接方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及煤化工超长废热锅炉中复合管拼接焊接技术领域，特别是涉及一种实现金属复合管等强度拼接的焊接结构及其焊接方法，该焊接结构包括复合管基层和复合管复层，其坡口结构能保证单面焊双面成型且焊缝背面余高与母材基本平齐。该焊接方法中，由于复合管复层采用与复合管复层相对应的焊材，复合管基层采用与复合管基层相对应的焊材，因此，与现有技术相比，能够实现复合管等强度拼接，而且焊接接头消除了异种材料焊接引起的金相组织变化和熔合区碳迁移扩散层等不利因素，并能避免异种钢焊接接头处于经受高温等恶劣工况时发生失效，有效延长废锅的运行周期。

Description

一种实现金属复合管等强度拼接的焊接结构及其焊接方法
技术领域
本发明涉及煤化工超长废热锅炉中复合管拼接焊接技术领域，特别是涉及一种实现金属复合管等强度拼接的焊接结构及其焊接方法。
背景技术
在煤化工等领域，节能减排技术研究日益增多，急冷锅炉是回收热能工作中应用最普遍、最多的一种技术装备，对新型结构急冷锅炉的研究与推广使用，将对能源节约起极为重要的作用。
随着煤化工装置向大型化方向发展，要求装置中的关键设备废热锅炉必须往大型化、超长化方向发展。在煤化工等领域中，装置运行压力等级高且工况恶劣，废热锅炉设备制造所用管为具有耐腐蚀和高强度的复合管。目前，国内厂家只能制造小于10m长的复合管，无法满足废热锅炉必须往大型化、超长化方向发展趋势。因此，研制超长废热锅炉的复合管需采取拼接方式制造。
废热锅炉中复合管具有直径小且长度长等特点。目前常规的复合管拼接采用V型外坡口，焊材采用单一的与复层相当焊材。常规的焊接接头结构及工艺存在以下不足：①焊缝与母材为异种钢。异种材料焊接接头线膨胀系数差别较大容易引起热应力，从而易使接头产生裂纹。②异种钢焊接接头金相组织与母材不同，由于金相组织变化以及产生新的金相组织或化合物，可使焊接接头性能恶化。③异种材料焊接熔合区和热影响区间出现一个碳迁移扩散层和马氏体脆性层的熔合过渡区，熔合过渡区力学性能明显低于母材。
常规的焊接接头结构及工艺方法存在诸多不足之处，焊接质量得不到保证。如何得到高质量的复合管拼接焊接接头是废热锅炉制造的关键突破点。
发明内容
本发明的目的之一在于针对现有技术中的不足之处而提供一种实现金属复合管等强度拼接的焊接结构，该实现金属复合管等强度拼接的焊接结构不但能够实现复合管等强度拼接，而且焊接接头消除了异种材料焊接引起的金相组织变化和熔合区碳迁移扩散层等不利因素。
本发明的目的之二在于针对现有技术中的不足之处而提供一种实现金属复合管等强度拼接的焊接方法，该实现金属复合管等强度拼接的焊接方法不但能够实现复合管等强度拼接，而且焊接接头消除了异种材料焊接引起的金相组织变化和熔合区碳迁移扩散层等不利因素。
为达到上述目的之一，本发明通过以下技术方案来实现。
提供一种实现金属复合管等强度拼接的焊接结构，包括拼缝采用对接形式拼接的复合管基层和复合管复层，所述复合管基层的金属材料型号为SA-213 T12、SA-213T11或13CrMo4-5，所述复合管复层的金属材料型号为UNS N8800、UNS N08825或UNS N06625，所述焊接结构设置有坡口，所述坡口贯穿所述复合管基层并延伸至所述复合管复层，所述坡口设置为“U”型坡口，所述“U”型坡口的开口宽度大于底部宽度。
为达到上述目的之二，本发明通过以下技术方案来实现。
提供一种实现金属复合管等强度拼接的焊接结构的焊接方法，它包括以下步骤：
步骤一，复层打底焊：采用与所述复合管复层的金属材料UNS N8800、UNS N08825或UNSN06625相对应的焊材，并进行钨极氩弧焊；
步骤二，过渡层焊接：采用与所述复合管基层的金属材料相对应的焊材，并进行旋转电弧焊接；
步骤三，基层焊接：采用与所述复合管基层的金属材料相对应的焊材进行焊接。
上述技术方案中，所述步骤一的复层打底焊步骤中，所述焊材为ERNiCr-3焊材或ERNiCrMo-3焊材。
上述技术方案中，所述步骤一的复层打底焊步骤中，所述钨极氩弧焊的焊接电流为100A～150A，电弧电压为10V～15V，并设置焊接正面气体流量为9L/min~15L/min，焊接背面气体流量为8L/min~20L/min，焊接的电源极性为正极。
上述技术方案中，所述步骤二的过渡层焊接步骤中，所述焊材为ER7018-B2L焊材、ER70S-G焊材、ER7018-B2焊材或ER70S-6焊材。
上述技术方案中，所述步骤二的过渡层焊接步骤中，所述旋转电弧焊接的焊接电流为100A～160A，电弧电压为10V～15V，并设置焊接正面气体流量为9L/min~15L/min，焊接的电源极性为正极。
上述技术方案中，所述步骤三的基层焊接步骤中，所述焊材为ER8018-B2焊材或ER80S-G焊材。
上述技术方案中，所述步骤三的基层焊接步骤中，所述焊接的焊接电流为100A～160A，电弧电压为10V～15V，并设置焊接正面气体流量为9L/min~15L/min，焊接的电源极性为正极。
上述技术方案中，所述步骤一、步骤二和步骤三所采用的焊材的直径均为1.0mm~2.4mm。
本发明的有益效果：
（1）本发明提供的一种实现金属复合管等强度拼接的焊接结构，由于复合管基层的金属材料型号为SA-213 T12、SA-213T11或13CrMo4-5，复合管复层的金属材料型号为UNSN8800、UNS N08825或UNS N06625，且坡口贯穿复合管基层并延伸至复合管复层，坡口设置为“U”型坡口，“U”型坡口的开口宽度大于底部宽度，因此，该“U”型坡口能保证单面焊双面成型且焊缝背面余高与母材基本平齐，并且，该实现金属复合管等强度拼接的焊接结构能够实现复合管等强度拼接，而且焊接接头消除了异种材料焊接引起的金相组织变化和熔合区碳迁移扩散层等不利因素，并能避免异种钢焊接接头处于经受高温等恶劣工况时发生失效，有效延长废锅的运行周期。
（2）本发明提供的一种实现金属复合管等强度拼接的焊接结构的焊接方法，由于步骤一复层打底焊采用与复合管复层的金属材料UNS N8800、UNS N08825或UNS N06625相对应的焊材，并进行钨极氩弧焊，因此能保证复合管复层的耐腐蚀性能好；由于步骤二过渡层焊接采用与复合管基层的金属材料相对应的焊材，并进行旋转电弧焊接，且由于旋转电弧具有熔敷金属稀释率低、焊道熔深浅特点，能保证过渡层焊接接头的性能；由于步骤三基层焊接采用与复合管基层的金属材料相对应的焊材进行焊接，且基层焊接与过渡层焊接具有相同的金相组织，能保证焊接接头的力学性能。因而，由于复合管复层采用与复合管复层相对应的焊材，复合管基层采用与复合管基层相对应的焊材，因此，与现有技术相比，能够实现复合管等强度拼接，而且焊接接头消除了异种材料焊接引起的金相组织变化和熔合区碳迁移扩散层等不利因素，并能避免异种钢焊接接头处于经受高温等恶劣工况时发生失效，有效延长废锅的运行周期。
（3）本发明提供的一种实现金属复合管等强度拼接的焊接结构的焊接方法，具有方法简单，生产成本低，并能够适用于大规模生产的特点。
附图说明
图1是本发明的一种实现金属复合管等强度拼接的焊接结构的结构示意图。
图2是本发明的一种实现金属复合管等强度拼接的焊接结构的焊接方法中焊接接头的结构示意图。
在图1和图2中包括有：
复合管基层1；
复合管复层2；
坡口3、开口31、底部32；
复层打底焊接头4；
过渡层焊接接头5；
基层焊接接头6。
具体实施方式
为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1。
本实施例的一种实现金属复合管等强度拼接的焊接结构，如图1所示，包括拼缝采用对接形式拼接的复合管基层1和复合管复层2，复合管基层1的金属材料型号为SA-213T12、SA-213T11或13CrMo4-5，复合管复层2的金属材料型号为UNS N8800、UNS N08825或UNSN06625，焊接结构设置有坡口3，坡口3贯穿复合管基层1并延伸至复合管复层2，坡口3设置为“U”型坡口3，“U”型坡口3的开口31宽度大于底部32宽度。该“U”型坡口3能保证单面焊双面成型且焊缝背面余高与母材基本平齐，并且，该实现金属复合管等强度拼接的焊接结构能够实现复合管等强度拼接，而且焊接接头消除了异种材料焊接引起的金相组织变化和熔合区碳迁移扩散层等不利因素，并能避免异种钢焊接接头处于经受高温等恶劣工况时发生失效，有效延长废锅的运行周期。
实施例2。
本实施例的一种实现金属复合管等强度拼接的焊接结构的焊接方法，它包括以下步骤，其中，焊接接头的结构示意图如图2所示：
步骤一，复层打底焊：采用与复合管复层2的金属材料UNS N8800、UNS N08825或UNSN06625相对应的焊材，并进行钨极氩弧焊；其中，焊材为ERNiCr-3焊材或ERNiCrMo-3焊材；其中，钨极氩弧焊的焊接电流为60A～150A，电弧电压为10V～15V，并设置焊接正面气体流量为9L/min~15L/min，焊接背面气体流量为8L/min~20L/min，焊接的电源极性为正极；
步骤二，过渡层焊接：采用与所述复合管基层的金属材料相对应的焊材，并进行旋转电弧焊接；其中，焊材为ER7018-B2L焊材、ER7018-B2焊材或ER70S-6焊材；其中，旋转电弧焊接的焊接电流为60A～160A，电弧电压为10V～15V，并设置焊接正面气体流量为9L/min~15L/min，焊接的电源极性为正极；
步骤三，基层焊接：采用与所述复合管基层的金属材料相对应的焊材进行焊接；其中，焊材为ER8018-B2焊材；其中，焊接的焊接电流为60A～160A，电弧电压为10V～15V，并设置焊接正面气体流量为9L/min~15L/min，焊接的电源极性为正极。
其中，步骤一、步骤二和步骤三所采用的焊材的直径均为1.0mm~2.4mm。
本实施例2的一种实现金属复合管等强度拼接的焊接结构的焊接方法的具体工艺见表1所示。
表1 实施例2的复合管的焊接工艺
实施例3。
本实施例的一种实现金属复合管等强度拼接的焊接结构的焊接方法，它包括以下步骤，其中，焊接接头的结构示意图如图2所示：
步骤一，复层打底焊：采用与复合管复层2的金属材料UNS N8800相对应的焊材，并进行钨极氩弧焊；其中，焊材为ERNiCr-3焊材；其中，钨极氩弧焊的焊接电流为60A～150A，电弧电压为10V～15V，并设置焊接正面气体流量为9L/min~15L/min，焊接背面气体流量为8L/min~20L/min，焊接的电源极性为正极；
步骤二，过渡层焊接：采用与所述复合管基层的金属材料相对应的焊材，并进行旋转电弧焊接；其中，焊材为ER70S-G焊材；其中，旋转电弧焊接的焊接电流为60A～160A，电弧电压为10V～15V，并设置焊接正面气体流量为9L/min~15L/min，焊接的电源极性为正极；
步骤三，基层焊接：采用与所述复合管基层的金属材料相对应的焊材进行焊接；其中，焊材为ER80S-G焊材；其中，焊接的焊接电流为60A～160A，电弧电压为10V～15V，并设置焊接正面气体流量为9L/min~15L/min，焊接的电源极性为正极。
其中，步骤一、步骤二和步骤三所采用的焊材的直径均为1.2mm~2.4mm。
本实施例3的一种实现金属复合管等强度拼接的焊接结构的焊接方法的具体工艺见表2所示。
表2 实施例3的复合管的焊接工艺
最后应当说明的是，以上实施例仅用于说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (9)

1.一种实现金属复合管等强度拼接的焊接结构，其特征在于：包括拼缝采用对接形式拼接的复合管基层和复合管复层，所述复合管基层的金属材料型号为SA-213 T12、SA-213T11或13CrMo4-5，所述复合管复层的金属材料型号为UNS N8800、UNS N08825或UNSN06625，所述焊接结构设置有坡口，所述坡口贯穿所述复合管基层并延伸至所述复合管复层，所述坡口设置为“U”型坡口，所述“U”型坡口的开口宽度大于底部宽度。
2.权利要求1所述的一种实现金属复合管等强度拼接的焊接结构的焊接方法，其特征在于：它包括以下步骤：
步骤一，复层打底焊：采用与所述复合管复层的金属材料UNS N8800、UNS N08825或UNSN06625相对应的焊材，并进行钨极氩弧焊；
步骤二，过渡层焊接：采用与所述复合管基层的金属材料相对应的焊材，并进行旋转电弧焊接；
步骤三，基层焊接：采用与所述复合管基层的金属材料相对应的焊材进行焊接。
3.根据权利要求2所述的一种实现金属复合管等强度拼接的焊接结构的焊接方法，其特征在于：所述步骤一的复层打底焊步骤中，所述焊材为ERNiCr-3焊材或ERNiCrMo-3焊材。
4.根据权利要求2所述的一种实现金属复合管等强度拼接的焊接结构的焊接方法，其特征在于：所述步骤一的复层打底焊步骤中，所述钨极氩弧焊的焊接电流为100A～150A，电弧电压为10V～15V，并设置焊接正面气体流量为9L/min~15L/min，焊接背面气体流量为8L/min~20L/min，焊接的电源极性为正极。
5.根据权利要求2所述的一种实现金属复合管等强度拼接的焊接结构的焊接方法，其特征在于：所述步骤二的过渡层焊接步骤中，所述焊材为ER7018-B2L焊材、ER70S-G焊材、ER7018-B2焊材或ER70S-6焊材。
6.根据权利要求2所述的一种实现金属复合管等强度拼接的焊接结构的焊接方法，其特征在于：所述步骤二的过渡层焊接步骤中，所述旋转电弧焊接的焊接电流为100A～160A，电弧电压为10V～15V，并设置焊接正面气体流量为9L/min~15L/min，焊接的电源极性为正极。
7.根据权利要求2所述的一种实现金属复合管等强度拼接的焊接结构的焊接方法，其特征在于：所述步骤三的基层焊接步骤中，所述焊材为ER8018-B2焊材或ER80S-G焊材。
8.根据权利要求2所述的一种实现金属复合管等强度拼接的焊接结构的焊接方法，其特征在于：所述步骤三的基层焊接步骤中，所述焊接的焊接电流为100A～160A，电弧电压为10V～15V，并设置焊接正面气体流量为9L/min~15L/min，焊接的电源极性为正极。
9.根据权利要求2所述的一种实现金属复合管等强度拼接的焊接结构的焊接方法，其特征在于：所述步骤一、步骤二和步骤三所采用的焊材的直径均为1.0mm~2.4mm。
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