CN109865955B - G115大口径管手工钨极氩弧焊和焊条电弧焊结合的焊接方法 - Google Patents
G115大口径管手工钨极氩弧焊和焊条电弧焊结合的焊接方法 Download PDFInfo
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Abstract
G115大口径管手工钨极氩弧焊和焊条电弧焊结合的焊接方法，涉及管材焊接技术领域。本发明的目的是要解决现有焊接技术下G115大口径管容易产生冷、热裂纹和熔透不良等问题以及难以保证形成力学性能优良和成型美观的焊接接头的问题。方法：一、焊前准备：将G115大口径管材进行坡口的制备，然后对口装配；二、焊接过程：将G115大口径管材进行预热，第一、二层均采用手工钨极氩弧焊；第三层和后续焊层采用焊条电弧焊；三、焊后热处理：焊接结束后，将G115大口径管材冷却，然后升温，再继续升温。本发明适用于采用手工钨极氩弧焊和焊条电弧焊结合的焊接方法对G115大口径管进行焊接。
Description
技术领域
本发明涉及管材焊接技术领域。
背景技术
G115材料作为新研发的高温马氏体合金钢，在SA-335P92(9Cr2W)的基础上，提高了W元素含量，并加入了抗高温合金化元素Co，化学成份为9Cr-3W-3CoCuVNbBN，由于拥有着比SA-335P92更高的高温强度和蠕变性能，同时其抗热疲劳性能、导热系数和线膨胀系数远优于奥氏体不锈钢，目前已经成为630℃先进超临界锅炉的候选材料，因此，开发G115大口径管的焊接工艺对制造630℃锅炉具有重大意义。
但目前国内外均无G115材料的相关制造经验，同时G115为新研发的材料，其焊材的选择、坡口制备、预热温度、层温控制、电流电压选择和焊后热处理制度等都需要摸索。因此，如何避免G115大口径管产生冷、热裂纹和熔透不良等问题以及保证G115大口径管形成力学性能优良和成型美观的焊接接头，成为亟待相关技术人员去解决的难题。
发明内容
本发明的目的是要解决现有焊接技术下G115大口径管容易产生冷、热裂纹和熔透不良等问题以及难以保证G115大口径管形成力学性能优良和成型美观的焊接接头的问题，而提供G115大口径管手工钨极氩弧焊和焊条电弧焊结合的焊接方法。
G115大口径管手工钨极氩弧焊和焊条电弧焊结合的焊接方法，是按以下步骤完成的：
一、焊前准备：将G115大口径管材进行坡口的制备，然后对口装配；
二、焊接过程：将G115大口径管材进行预热，第一、二层均采用手工钨极氩弧焊，层温≤300℃，熔敷金属厚度2mm～3mm；第三层采用焊条电弧焊，层温≤300℃，熔敷金属厚度2mm～3mm；后续焊层采用焊条电弧焊，层温≤300℃，熔敷金属厚度3mm～4mm；
三、焊后热处理：焊接结束后，将G115大口径管材冷却至100℃～150℃，保温1h，然后升温至300℃～350℃，保温2h，再继续升温至745℃～775℃，保温4h。
所述步骤一中制备坡口时，管材壁厚≤40mm，单侧坡口角度在10°～20°之间；管材壁厚＞40mm，采用变角度制备坡口形式，变角度前的单侧坡口角度在10°～20°之间，变角度后的单侧坡口角度在5°～8°之间。
所述步骤二中采用电加热或火焰加热方式进行预热；
所述步骤二中预热至150℃；
所述步骤二中G115大口径管材外壁预热至150℃时，继续加热20min～30min；
所述步骤二中第一层手工钨极氩弧焊前，将G115大口径管材内部充氩保护并利用氧气含量测定仪对G115大口径管材内部进行检测，氧气含量达到0.2％以下时方可施焊，充氩保护至第三层焊接完毕；
所述步骤二中手工钨极氩弧焊时，焊枪使用的保护气体为单一氩气，氩气纯度在99.95％以上，焊枪流量8-15L/min；
所述步骤二中第一、二层的焊接均选择Φ2.4 G115匹配氩弧焊丝，第三层的焊接选择Φ3.2 G115匹配焊条，后续焊层的焊接选择Φ4.0 G115匹配焊条；
所述步骤二中第一层手工钨极氩弧焊采用单面焊双面成型焊接方式。
所述步骤三G115大口径管材升温过程，温度＜300℃不控制升温速度，温度≥300℃控制升温速度≤120℃/h；
所述步骤三中焊接结束后，将G115大口径管材冷却至100℃～150℃，保温1h，然后升温至300℃～350℃，保温2h，再以升温速度≤120℃/h继续升温至745℃～775℃，保温4h。
本发明的原理：
本发明采用手工钨极氩弧焊和焊条电弧焊结合的焊接方法，对G115大口径管材进行第一、二和三层以及后续焊层焊接，焊接前将G115大口径管材进行预热以及焊接结束后的后热处理可以解决产生冷、热裂纹、熔透不良的问题，第一层采用氩弧焊焊接使G115大口径管材可以达到单面焊双面成型的效果，第二层采用氩弧焊焊接能够保证G115大口径管材焊接质量，第三层和后续焊层采用电弧焊焊接保证焊接效率问题。
本发明的优点：
①本发明采用手工钨极氩弧焊和焊条电弧焊结合的焊接方法，对G115大口径管材进行第一、二和三层以及后续焊层焊接，通过对焊材选取、坡口制备、保护气体种类、流量和焊接参数等工艺的控制解决G115大口径管容易产生冷、热裂纹、熔透不良，保证G115大口径管形成力学性能优良、成型美观的焊接接头，且不会产生冷、热裂纹、熔透不良的情况；
②焊后进行马氏体化过程及后热处理，使焊缝中的扩散氢尽快逸出，避免氢致延迟裂纹，同时适当减缓焊接接头产生的残余应力，防止冷裂纹或再热裂纹的发生。
本发明适用于采用手工钨极氩弧焊和焊条电弧焊结合的焊接方法对G115大口径管进行焊接。
附图说明
图1是管壁厚≤40mm的G115大口径管材对接坡口示意图；
图2是管壁厚＞40mm的G115大口径管材对接坡口示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式是G115大口径管手工钨极氩弧焊和焊条电弧焊结合的焊接方法，是按以下步骤完成的：
一、焊前准备：将G115大口径管材进行坡口的制备，然后对口装配；
二、焊接过程：将G115大口径管材进行预热，第一、二层均采用手工钨极氩弧焊，层温≤300℃，熔敷金属厚度2mm～3mm；第三层采用焊条电弧焊，层温≤300℃，熔敷金属厚度2mm～3mm；后续焊层采用焊条电弧焊，层温≤300℃，熔敷金属厚度3mm～4mm；
三、焊后热处理：焊接结束后，将G115大口径管材冷却至100℃～150℃，保温1h，然后升温至300℃～350℃，保温2h，再继续升温至745℃～775℃，保温4h。
本实施方式的原理：
本实施方式采用手工钨极氩弧焊和焊条电弧焊结合的焊接方法，对G115大口径管材进行第一、二和三层以及后续焊层焊接，焊接前将G115大口径管材进行预热以及焊接结束后的后热处理可以解决产生冷、热裂纹、熔透不良的问题，第一层采用氩弧焊焊接使G115大口径管材可以达到单面焊双面成型的效果，第二层采用氩弧焊焊接能够保证G115大口径管材焊接质量，第三层和后续焊层采用电弧焊焊接保证焊接效率问题。
本实施方式的优点：
①本发明采用手工钨极氩弧焊和焊条电弧焊结合的焊接方法，对G115大口径管材进行第一、二和三层以及后续焊层焊接，通过对焊材选取、坡口制备、保护气体种类、流量和焊接参数等工艺的控制解决G115大口径管容易产生冷、热裂纹、熔透不良，保证G115大口径管形成力学性能优良、成型美观的焊接接头，且不会产生冷、热裂纹、熔透不良的情况；
②焊后进行马氏体化过程及后热处理，使焊缝中的扩散氢尽快逸出，避免氢致延迟裂纹，同时适当减缓焊接接头产生的残余应力，防止冷裂纹或再热裂纹的发生。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同点是：所述步骤一中制备坡口时，根据焊接填充量和侧壁熔合制备坡口，以便于观察焊缝及缺陷修磨。管材壁厚≤40mm，单侧坡口角度在10°～20°之间；管材壁厚＞40mm，采用变角度制备坡口形式，变角度前的单侧坡口角度在10°～20°之间，变角度后的单侧坡口角度在5°～8°之间。
其他步骤与具体实施方式一相同。
对G115大口径管材的坡口及其内外壁两侧进行清理，去除水、油等污物。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同点是：所述步骤二中采用电加热或火焰加热方式进行预热。
其他步骤与具体实施方式一或二相同。
优先采用电加热方式进行预热，如采用火焰加热方式进行预热，火焰不得在同一个位置停留，同时应控制火焰燃烧状况，防止G115氧化或增碳。采用电加热或者火焰在外壁预热时，以焊缝为中心，加热宽度为焊缝两侧外延不少于75mm。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同点是：所述步骤二中预热至150℃。
其他步骤与具体实施方式一至三之一相同。
根据GB 4675.1-1984《斜Y型坡口焊接裂纹试验方法》进行的相关试验结果，进行氩弧焊的G115大口径管焊前预热至150℃，进行焊条电弧焊的G115大口径管焊前预热至200℃。在对G115大口径管材进行第一、二和三层以及后续焊层焊接过程中，任何一个焊接环节发生中断，再次焊接前，如G115大口径管材温度低于需要预热的温度，需要重新按焊前预热要求进行预热后方可继续进行焊接。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同点是：所述步骤二中G115大口径管材外壁预热至150℃时，继续加热20min～30min。
其他步骤与具体实施方式一至四之一相同。
应在G115大口径管材内外壁都达到预热温度时方可施焊，若内壁不方便测量壁温，应在外壁达到预热温度时，继续保持加热直至内外壁温度均匀后方可施焊。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同点是：所述步骤二中第一层手工钨极氩弧焊前，将G115大口径管材内部充氩保护并利用氧气含量测定仪对G115大口径管材内部进行检测，氧气含量达到0.2％以下时方可施焊，充氩保护至第三层焊接完毕。
其他步骤与具体实施方式一至五之一相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同点是：所述步骤二中手工钨极氩弧焊时，焊枪使用的保护气体为单一氩气，氩气纯度在99.95％以上，焊枪流量8-15L/min。
其他步骤与具体实施方式一至六之一相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同点是：所述步骤二中第一、二层的焊接均选择Φ2.4 G115匹配氩弧焊丝，第三层的焊接选择Φ3.2 G115匹配焊条，后续焊层的焊接选择Φ4.0 G115匹配焊条。
其他步骤与具体实施方式一至七之一相同。
焊条在使用前按规定的温度和时间进行烘干，焊条摆动宽度不超过焊条直径的3倍，焊接过程中如发现弧坑裂纹，应用砂轮打磨等方式将裂纹去除后方可继续施焊。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一至八之一不同点是：所述步骤二中第一层手工钨极氩弧焊采用单面焊双面成型焊接方式。
其他步骤与具体实施方式一至八之一相同。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一至九之一不同点是：所述步骤三中焊接结束后，将G115大口径管材冷却至100℃～150℃，保温1h，然后升温至300℃～350℃，保温2h，再以升温速度≤120℃/h继续升温至745℃～775℃，保温4h。
其他步骤与具体实施方式一至九之一相同。
采用以下实施例验证本发明的有益效果：
实施例一：G115大口径管手工钨极氩弧焊和焊条电弧焊结合的焊接方法，是按以下步骤完成的：
一、焊前准备：将G115大口径管材进行坡口的制备，然后对口装配；
二、焊接过程：将G115大口径管材进行预热，第一、二层均采用手工钨极氩弧焊，层温290℃，熔敷金属厚度2mm；第三层采用焊条电弧焊，层温292℃，熔敷金属厚度3mm；后续焊层采用焊条电弧焊，层温295℃，熔敷金属厚度4mm；
三、焊后热处理：焊接结束后，将G115大口径管材冷却至135℃，保温1h，然后升温至345℃，保温2h，再继续升温至760℃，保温4h。
所述G115大口径管材供货状态为正火+回火；
所述步骤一中制备坡口时，管材壁厚45mm，采用变角度制备坡口形式，变角度前的单侧坡口角度为15°，变角度后的单侧坡口角度为7°。
所述步骤二中采用电加热方式进行预热；
所述步骤二中预热至150℃；
所述步骤二中G115大口径管材外壁预热至150℃时，继续加热25min；
所述步骤二中第一层手工钨极氩弧焊前，将G115大口径管材内部充氩保护并利用氧气含量测定仪对G115大口径管材内部进行检测，氧气含量达到0.2％以下时进行焊接，充氩保护至第三层焊接完毕；
所述步骤二中手工钨极氩弧焊时，焊枪使用的保护气体为单一氩气，氩气纯度99.96％，焊枪流量12L/min；
所述步骤二中第一、二层的焊接均选择Φ2.4 G115匹配氩弧焊丝，第三层的焊接选择Φ3.2 G115匹配焊条，后续焊层的焊接选择Φ4.0 G115匹配焊条；焊接材料：分别选择SA-335P92匹配焊材、镍基焊材和G115匹配焊材等进行试验，最终确定选用G115匹配焊材进行焊接，其化学成分与母材相似，主要成份为9Cr-3W-3CoCuVNbBN；
所述步骤二中第一层手工钨极氩弧焊采用单面焊双面成型焊接方式。
所述步骤三G115大口径管材升温过程，温度达到300℃以上，控制升温速度为100℃/h。
其中，第一层氩弧焊结束后，第二层氩弧焊开始前，如G115大口径管材温度低于150℃，需将G115大口径管材预热至≥150℃；第二层氩弧焊结束后，第三层焊条电弧焊开始前，如G115大口径管材温度低于200℃，需将G115大口径管材预热至≥200℃；第三层焊条电弧焊结束后，后续焊层焊条电弧焊开始前，如G115大口径管材温度低于200℃，需将G115大口径管材预热至≥200℃。
本实施例的原理：
本实施例采用手工钨极氩弧焊和焊条电弧焊结合的焊接方法，对G115大口径管材进行第一、二和三层以及后续焊层焊接，焊接前将G115大口径管材进行预热以及焊接结束后的后热处理可以解决产生冷、热裂纹、熔透不良的问题，第一层采用氩弧焊焊接使G115大口径管材可以达到单面焊双面成型的效果，第二层采用氩弧焊焊接能够保证G115大口径管材焊接质量，第三层和后续焊层采用电弧焊焊接保证焊接效率问题。
本实施例的优点：
①本发明采用手工钨极氩弧焊和焊条电弧焊结合的焊接方法，对G115大口径管材进行第一、二和三层以及后续焊层焊接，通过对焊材选取、坡口制备、保护气体种类、流量和焊接参数等工艺的控制解决G115大口径管容易产生冷、热裂纹、熔透不良，保证G115大口径管形成力学性能优良、成型美观的焊接接头，且不会产生冷、热裂纹、熔透不良的情况；
②焊后进行马氏体化过程及后热处理，使焊缝中的扩散氢尽快逸出，避免氢致延迟裂纹，同时适当减缓焊接接头产生的残余应力，防止冷裂纹或再热裂纹的发生。
表1：焊接规范参数
Claims (1)
1.G115大口径管手工钨极氩弧焊和焊条电弧焊结合的焊接方法，其特征在于它是按以下步骤完成的：
一、焊前准备：将G115大口径管材进行坡口的制备，然后对口装配；
二、焊接过程：将G115大口径管材进行预热，第一、二层均采用手工钨极氩弧焊，层温290℃，熔敷金属厚度2mm；第三层采用焊条电弧焊，层温292℃，熔敷金属厚度3mm；后续焊层采用焊条电弧焊，层温295℃，熔敷金属厚度4mm；
三、焊后热处理：焊接结束后，将G115大口径管材冷却至135℃，保温1h，然后升温至345℃，保温2h，再继续升温至760℃，保温4h；
所述步骤一中制备坡口时，管材壁厚45mm，采用变角度制备坡口形式，变角度前的单侧坡口角度为15°，变角度后的单侧坡口角度为7°；
所述步骤二中采用电加热方式进行预热；
所述步骤二中G115大口径管材外壁预热至150℃时，继续加热25 min；
所述步骤二中第一层手工钨极氩弧焊前，将G115大口径管材内部充氩保护并利用氧气含量测定仪对G115大口径管材内部进行检测，氧气含量达到0.2%以下时进行焊接，充氩保护至第三层焊接完毕；
所述步骤二中手工钨极氩弧焊时，焊枪使用的保护气体为单一氩气，氩气纯度99.96%，焊枪流量12L/min；
所述步骤二中第一、二层的焊接均选择Φ2.4 G115匹配氩弧焊丝，第三层的焊接选择Φ3.2 G115匹配焊条，后续焊层的焊接选择Φ4.0 G115匹配焊条；上述三种尺寸的G115匹配氩弧焊丝的主要成份为9Cr-3W-3CoCuVNbBN；
所述步骤二中第一层手工钨极氩弧焊采用单面焊双面成型焊接方式；
所述步骤三G115大口径管材升温过程，温度达到300℃以上，控制升温速度为100℃/h；
其中，第一层氩弧焊结束后，第二层氩弧焊开始前，如G115大口径管材温度低于150℃，需将G115大口径管材预热至≥150℃；第二层氩弧焊结束后，第三层焊条电弧焊开始前，如G115大口径管材温度低于200℃，需将G115大口径管材预热至≥200℃；第三层焊条电弧焊结束后，后续焊层焊条电弧焊开始前，如G115大口径管材温度低于200℃，需将G115大口径管材预热至≥200℃。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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