CN109759681A - 一种镍基合金钢管道焊接方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种镍基合金钢管道焊接方法，通过对待焊接管道坡口处理，得到待焊接管道坡口角度为70°～75°，避免材料液态金属流动性差，对待焊接管道坡口及待焊接管道外表面进行打磨清理，防止焊口存在氧化层，进行定位固定后采用氩气对待焊接管道坡口进行保护，采用分层焊接，避免焊接温度不适造成焊缝金属晶粒粗大，降低焊缝的力学性能及耐蚀性，本发明方案合理，数据可靠明确，能够有效的解决800H焊接质量问题，提高焊接质量，利用左阻气挡板和右阻气挡板与带焊接管道内壁使焊口内部形成密封结构，然后利用输气管上的多个出气孔对焊口内部充入氩气，为焊接提供一种稳定氩气环境氛围，本装置结构简单，确保了焊接环境的稳定。

Description

一种镍基合金钢管道焊接方法

技术领域

本发明属于焊接技术领域，具体涉及一种镍基合金钢管道焊接方法。

背景技术

UNS N08810为美国标准ASTM B409相当于Incoloy 800H是属镍合金Ni-Fe-Cr系(简称800H管道)，具有典型的耐腐蚀和抗高温氧化性能，尤其是在1000℃的高温下具有优良的耐腐蚀、耐热疲劳、耐高温冲击性能，在固熔情况下，具有优越的抗压力破裂特性，在工业炉和石化行业中，广泛应用于各类高温高压环境的内件出口集管、传输管线等结构中。

国内目前800H管道(镍基合金钢管道)主要应用在航空航天、石油化工的设备上，口径主要为DN15。但大口径管道(DN100-DN300)应用于石油化工工艺管线很少，安装工艺技术方法、焊接定额等国内相关企业处于摸索研究阶段。因此国内所涉及到的镍基合金钢管道焊接安装技术使用很少，没有800H管道焊接施工技术，采用现有技术无法实现800H管道的焊接，从UNS N08810合金的化学成分(％)得知，Ni的含量占32.0％，具有能溶解较高的耐蚀元素的高Ni基体，使该合金在焊接时，熔池金属的流动性差，且表面易形成难熔的氧化膜(NiO)，使得熔透性差，焊缝易形成杂物，造成焊接热裂纹。同时，由于镍合金焊缝液态金属的流动性比较差，焊缝金属的冷却速度比较快，使熔池中的气体来不及逸出，造成气孔，且氧气、二氧化碳和氢气等气体在液态镍中溶解度也比较大，冷却时溶解度又明显减少，进而形成气孔。目前在焊接使，局部采用惰性气体保护，采用现有惰性气体输送装置，无法保证焊口惰性气体的充实，切容易造成惰性气体浪费。

发明内容

本发明的目的在于提供一种镍基合金钢管道焊接方法，以克服现有技术的不足。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种镍基合金钢管道焊接方法，包括以下步骤：

步骤1、对待焊接管道坡口处理，得到待焊接管道坡口角度为70°～75°；

步骤2、对待焊接管道坡口及待焊接管道外表面进行打磨清理，并进行定位固定；

步骤3、采用氩气对待焊接管道坡口进行保护，采用分层焊接，即可完成镍基合金钢管道焊接。

进一步的，步骤1中，对待焊接管道坡口及待焊接管道外表面进行打磨清理后进行点焊固定；步骤3在焊接前采用三氯乙烯或丙酮溶液擦洗坡口及坡口两边至少20cm范围内待焊接管道表面，氩气纯度99.99％。

进一步的，采用管道焊接气体保护装置输送氩气，管道焊接气体保护装置包括输气管以及固定于输气管上的左阻气挡板和右阻气挡板，左阻气挡板和右阻气挡板固定连接，左阻气挡板和右阻气挡板之间的输气管上设有多个出气孔，左阻气挡板和右阻气挡板相对一侧内壁固定有密封垫。

进一步的，采用氩弧焊，焊丝采用UTP A2133Mnφ2.4mm，焊接电流80～100A,焊接电压10～14V，焊接速度6～8cm/min。

进一步的，采用电弧焊，焊条采用UTP 2133Mnφ3.2mm，焊接电流95～120V,焊接电压控制在18～26V，焊接速度8～10cm/min。

进一步的，对壁厚小于6mm的构件选用纯TIG焊接，壁厚大于6mm的构件选用TIG打底，焊条电弧焊盖面或焊条电弧焊双面焊接工艺。

进一步的，采用分层焊接，焊接过程中每3mm一层施焊，层间温度在150℃以下。

进一步的，左阻气挡板和右阻气挡板之间设有导气轮，导气轮与输气管内连通，导气轮的外侧侧壁设有多个透气孔。

进一步的，导气轮外侧的透气孔两侧设有导向板。

进一步的，导气轮的径向最大尺寸小于左阻气挡板和右阻气挡板径向最大尺寸。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明一种镍基合金钢管道焊接方法，通过对待焊接管道坡口处理，得到待焊接管道坡口角度为70°～75°，避免材料液态金属流动性差，造成未熔合缺陷，接头熔合良好，对待焊接管道坡口及待焊接管道外表面进行打磨清理，防止焊口存在氧化层，进行定位固定后采用氩气对待焊接管道坡口进行保护，采用分层焊接，避免焊接温度不适造成焊缝金属晶粒粗大，降低焊缝的力学性能及耐蚀性，本发明方案合理，数据可靠明确，能够有效的解决800H焊接质量问题，提高焊接质量。

进一步的，选用钨极氩弧焊或焊条电弧焊的焊接方法，对小于6mm的构件选用纯TIG焊接，大于6mm的构件选用TIG打底，焊条电弧焊盖面或焊条电弧焊双面焊接工艺，有效避免了800H材质液态金属流动性较差焊口易裂纹的质量问题。

进一步的，本发明控制焊接层间温度在150℃以下，并设3mm分层多道焊接，避免焊接温度不适造成焊缝金属晶粒粗大，降低焊缝的力学性能及耐蚀性。

采用管道焊接气体保护装置，包括输气管以及固定于输气管上的左阻气挡板和右阻气挡板，左阻气挡板和右阻气挡板固定连接，左阻气挡板和右阻气挡板之间的输气管上设有多个出气孔，左阻气挡板和右阻气挡板相对一侧内壁固定有密封垫，利用左阻气挡板和右阻气挡板填充至待焊接管道内部，利用左阻气挡板和右阻气挡板与带焊接管道内壁使焊口内部形成密封结构，然后利用输气管上的多个出气孔对焊口内部充入氩气，确保焊口处没有氧气，为焊接提供一种稳定氩气环境氛围，本装置结构简单，确保了焊接环境的稳定。

附图说明

图1为本发明装置结构示意图。

图2为本发明焊接坡口结构示意图。

图3为导气轮结构示意图。

其中，1、输气管；2、左阻气挡板；3、右阻气挡板；4、密封垫；5、螺栓；6、导气轮；7、快速连接口；8、导向板。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

本发明的目的在于提供一种镍基合金钢管道焊接方法，以解决镍基合金钢焊接时，熔池金属的流动性差且表面易形成难熔的氧化膜(NiO)，使得熔透性差，焊缝易形成热裂纹和气孔的问题。

一种镍基合金钢管道焊接方法，包括以下步骤：

步骤1、处理待焊接管道坡口，得到待焊接管道坡口角度为70°～75°，如图2所示；

步骤2、对待焊接管道坡口及待焊接管道外表面进行打磨清理，并进行定位固定；

步骤3、采用氩气对待焊接管道坡口进行保护，采用分层焊接。

步骤1中，对待焊接管道坡口及待焊接管道外表面进行打磨清理后进行点焊固定，根据管道直径确定点焊数和点焊长度，组对间隙偏差、外壁错边量偏差执行规范要求；焊接前采用三氯乙烯或丙酮溶液擦洗坡口及坡口两边至少20cm范围内待焊接管道表面；

步骤3中氩气纯度99.99％，气体流量为10～16l/min；氩弧焊时采用管内充氩保护防止焊缝内侧金属氧化返砂；

采用管道焊接气体保护装置输送气体，如图1所示，管道焊接气体保护装置，包括输气管1以及固定于输气管1上的左阻气挡板2和右阻气挡板3，左阻气挡板2和右阻气挡板3固定连接，左阻气挡板2和右阻气挡板3之间的输气管上设有多个出气孔，左阻气挡板2和右阻气挡板3相对一侧内壁固定有密封垫4；

左阻气挡板2和右阻气挡板3之间设有导气轮6，导气轮6与输气管1内连通，导气轮6的外侧侧壁设有多个透气孔，如图3所示，输气管1内的气体从导气轮6的透气孔排出；使气体能够集中对准焊口，节约保护气体；

导气轮6外侧的透气孔两侧设有导向板8，导向板8用于将通过透气孔排出的气体导向；导气轮6可以为圆形轮，也可以为方形导向轮，用于将输气管1的气体尽可能接近的输送至焊接管道焊接口部位；

导气轮6的径向最大尺寸小于左阻气挡板2和右阻气挡板3径向最大尺寸；

密封垫4通过螺栓5紧固在左阻气挡板2和右阻气挡板3上，便于密封垫4的更换，适用于不同孔径焊接管道微调，满足焊接管道内的密封；

输气管1的一端密封，另一端设有快速连接口7，用于与输气管道快速连接；

将管道焊接气体保护装置装入定位固定后的待焊接管道内，使左阻气挡板2和右阻气挡板3分别位于待焊接管道坡口两侧，在开始焊接前提前送气，待待焊接管道坡口内空气全部排出后开始焊接，管内空间较大时可以借助测氧仪确认管内空气排出情况，背部保护氩气保持到焊接结束后停止送气；

选用UTP A 2133MNφ2.4焊丝或UTP 2133MNφ2.4焊丝；焊接选材及焊接过程中严格控制C、S、P等杂质的含量，避免焊接出现气孔缺陷。

采用分层焊接，层间温度在150℃以下，避免焊接温度不适造成焊缝金属晶粒粗大，降低焊缝的力学性能及耐蚀性；

选用钨极氩弧焊(TIG)和焊条电弧焊(SMAW)的焊接方法，对壁厚小于6mm的构件选用纯TIG焊接，壁厚大于6mm的构件选用TIG打底，焊条电弧焊盖面或焊条电弧焊双面焊接工艺；

采用氩弧焊，焊丝采用UTP A2133Mnφ2.4mm，焊接电流80～100A,焊接电压10～14V，焊接速度6～8cm/min；

采用电弧焊，焊条采用UTP 2133Mnφ3.2mm，焊接电流95～120V,焊接电压控制在18～26V，焊接速度8～10cm/min；

焊接过程中每3mm一层施焊，层间温度应控制在150℃以内，采用红外线温度计进行测量，温度过高会引发热裂纹，焊接过程可采用两道焊口同时交错焊接，提高效率。

合金钢密度大，熔池流动性差，填充、盖面一层需清理熔渣并打磨干净，直至出现金属层，以免熔渣混入焊缝产生气孔。

实施例，对现有800H管道，采用焊接工艺如下表所示，焊接系列化参数用于施工，焊接质量好，施工方便快捷。

表1 UNS N08810 800H焊接参数一览表

表2 DN80(壁厚7.56mm)800H管道焊接参数

表3 DN150(壁厚11mm)800H管道焊接参数

焊接完成后采用手电检查焊缝底层，必要时可采用渗透检测。

本发明选用UTP A 2133MNφ2.4焊丝和UTP 2133MNφ2.4焊丝。

焊接选材及焊接过程中严格控制C、S、P等杂质的含量，避免焊接出现气孔缺陷；焊接时每道焊缝开V坡口坡口角度为70°～75°，避免材料液态金属流动性差，造成未熔合缺陷，接头熔合良好；本发明控制焊接层间温度在150℃以下，并设3mm分层多道焊接，避免焊接温度不适造成焊缝金属晶粒粗大，降低焊缝的力学性能及耐蚀性；选用钨极氩弧焊(TIG)和焊条电弧焊(SMAW)的焊接方法，对小于6mm的构件选用纯TIG焊接，大于6mm的构件选用TIG打底，焊条电弧焊盖面或焊条电弧焊双面焊接工艺。解决了800H材质液态金属流动性较差焊口易裂纹的质量问题；本发明方案合理，数据可靠明确，能够有效的解决800H焊接质量问题，提高焊接质量。

Claims (10)

1.一种镍基合金钢管道焊接方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、对待焊接管道坡口处理，得到待焊接管道坡口角度为70°～75°；

步骤2、对待焊接管道坡口及待焊接管道外表面进行打磨清理，并进行定位固定；

步骤3、采用氩气对待焊接管道坡口进行保护，采用分层焊接，即可完成镍基合金钢管道焊接。

2.根据权利要求1所述的一种镍基合金钢管道焊接方法，其特征在于，步骤1中，对待焊接管道坡口及待焊接管道外表面进行打磨清理后进行点焊固定；步骤3在焊接前采用三氯乙烯或丙酮溶液擦洗坡口及坡口两边至少20cm范围内待焊接管道表面，氩气纯度99.99％。

3.根据权利要求1所述的一种镍基合金钢管道焊接方法，其特征在于，采用分层焊接，焊接过程中每3mm一层施焊，层间温度在150℃以下。

4.根据权利要求1所述的一种镍基合金钢管道焊接方法，其特征在于，采用氩弧焊，焊丝采用UTP A2133Mnφ2.4mm，焊接电流80～100A,焊接电压10～14V，焊接速度6～8cm/min。

5.根据权利要求1所述的一种镍基合金钢管道焊接方法，其特征在于，采用电弧焊，焊条采用UTP 2133Mnφ3.2mm，焊接电流95～120V,焊接电压控制在18～26V，焊接速度8～10cm/min。

6.根据权利要求1所述的一种镍基合金钢管道焊接方法，其特征在于，对壁厚小于6mm的构件选用纯TIG焊接，壁厚大于6mm的构件选用TIG打底，焊条电弧焊盖面或焊条电弧焊双面焊接工艺。

7.根据权利要求1所述的一种镍基合金钢管道焊接方法，其特征在于，采用管道焊接气体保护装置输送氩气，管道焊接气体保护装置包括输气管(1)以及固定于输气管(1)上的左阻气挡板(2)和右阻气挡板(3)，左阻气挡板(2)和右阻气挡板(3)固定连接，左阻气挡板(2)和右阻气挡板(3)之间的输气管上设有多个出气孔，左阻气挡板(2)和右阻气挡板(3)相对一侧内壁固定有密封垫。

8.根据权利要求7所述的一种镍基合金钢管道焊接方法，其特征在于，左阻气挡板(2)和右阻气挡板(3)之间设有导气轮(6)，导气轮(6)与输气管(1)内连通，导气轮(6)的外侧侧壁设有多个透气孔。

9.根据权利要求7所述的一种镍基合金钢管道焊接方法，其特征在于，导气轮(6)外侧的透气孔两侧设有导向板(8)。

10.根据权利要求7所述的一种镍基合金钢管道焊接方法，其特征在于，导气轮(6)的径向最大尺寸小于左阻气挡板(2)和右阻气挡板(3)径向最大尺寸。