CN110280967B - 钢制大规格部件免焊后热处理的同种钢焊接修复方法 - Google Patents

钢制大规格部件免焊后热处理的同种钢焊接修复方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种钢制大规格部件免焊后热处理的同种钢焊接修复方法：先对焊接修复区域进行前处理；再采用氩弧焊对修复区域进行第一层打底焊接，焊接速度150mm/s、电流115A，电压80V，焊道间搭接量50％；再在打底焊层表面进行手工电弧焊焊接，焊接速度60～150mm/s、电流120～125A，电压80～85V，焊道间搭接量50％，层间温度200～250℃；去应力和去焊层后，继续焊接直至填满修复区域；填满后，再增加三层焊层作为盖面焊层，最后打磨掉盖面焊层；本发明无须进行焊后热处理，且能达到与传统焊接后热处理相当的力学性能，满足国际标准对焊接接头的力学性能要求，适于钢制大规格部件的现场焊接修复。

Description

钢制大规格部件免焊后热处理的同种钢焊接修复方法
技术领域
本发明属于金属材料焊接技术领域，具体涉及一种针对钢制大规格部件免焊后热处理的同种钢焊接修复技术。
背景技术
按照现行标准，我国火电厂耐热钢承压部件发现缺陷后的修复处理方法主要分为两类：一是同种钢材质焊接+焊后热处理，二是采用奥氏体基体焊材的异种钢焊接修复，该工艺可以免做焊后热处理。然而，这两种方法在钢制大规格部件的现场修复上都存在一定的困难。第一种方法的主要障碍是对于壁厚大、直径大、形状不规则、结构复杂等大规格部件，现场焊后热处理较难实现，且工艺控制困难；第二种方法的障碍则主要是25％Cr-20％Ni不锈钢焊材或Ni基焊材等奥氏体基焊材的成本高，且焊缝金属与母材属于异种钢焊接，存在热膨胀系数差别大、熔合区碳迁移、马氏体脆性层等缺陷，容易出现早期开裂失效，对部件的长期运行可靠性存在较大威胁。因此，开发一种针对火电厂耐热钢部件等代表性的大规格钢制部件的同种钢焊接且免焊后热处理的现场焊接修复方法具有重大的工程意义。
焊后免热处理焊接的主流技术是焊道回火焊接，该技术目前国内还比较少，少量的报道集中在核电SA508材料或石油管线钢焊接接头粗晶区韧化方面。然而，关于火电用碳钢及低合金耐热钢等部件的免焊后热处理的同种钢焊接修复工艺、标准及组织性能数据都基本处于空白状态。
发明内容
本发明的目的是提供钢制大规格部件免焊后热处理的同种钢焊接修复方法，专门针对性解决国内火电关键大型部件焊后免热处理的同种钢焊接现场修复问题。
本发明所采用的技术方案是，
钢制大规格部件免焊后热处理的同种钢焊接修复方法，包括以下步骤：
步骤1，对焊接修复区域进行前处理
对被修复区域进行刨削和打磨以去掉表面氧化层和污染物，再采用火焰加热的方式对修复部位进行预热，预热温度为150℃；
步骤2，打底层焊接
采用氩弧焊对修复区域进行第一层打底焊接，使用直径为2.5mm的焊材，焊材为与修复区域材质相同的氩弧焊焊丝，焊接速度为150mm/s、电流为115A，电压为80V，焊道间搭接量为50％；
步骤3，手工电弧焊焊接
在第一层打底焊层表面再进行手工电弧焊焊接，采用直径为3.2或4.0mm的焊条，焊条材质与修复区域材质相同，焊接速度为60～150mm/s、电流为120～125A，电压为80～85V，焊道间搭接量为50％，焊接过程的层间温度为200～250℃；
步骤4，去应力和去焊层处理
先采用气动高频锤去除手工电弧焊层表面的应力；随后，通过刨削和打磨的方式将手工电弧焊层的表层去掉；
步骤5，焊接修复
重复步骤3和步骤4直至填满修复区域；
步骤6，盖面焊接与去除
在填满修复区域后，在修复区域表面继续重复步骤3和步骤4，增加三层焊层作为盖面焊层，实现对最上方工作面的正火处理；最后打磨掉盖面焊层完成整个焊接工序。
所述步骤2中，如果修复区域为ASTM A515Gr70碳素结构钢件，所用焊材的牌号为TIG-J50；如果修复区域为ASTM A387Gr22CL2耐热钢件，所用焊材的牌号为TIG-R50；如果修复区域为ASTM A387Gr11耐热钢件，所用焊材的牌号为TIG-R40。
所述步骤3中，如果修复区域为ASTM A515Gr70碳素结构钢件，所用焊条的牌号为J507；如果修复区域为ASTM A387Gr22CL2耐热钢件，所用焊条的牌号为R507；如果修复区域为ASTM A387Gr11耐热钢件，所用焊条的牌号为R407。
所述步骤4中，采用气动高频锤去除焊层表面的应力，气动锤的驱动压力为0.4～0.5MPa，频率为30～40Hz，锤头半径3～5mm，锤头压痕密排整个焊道表面。
所述步骤4中，通过刨削和打磨的方式将手工电弧焊层去掉表层，3.2mm焊条去掉1.0mm焊层表层，4.0mm焊条焊层去掉1.5mm焊层表层。
本发明的有益效果是，无须进行焊后热处理，通过控制焊接电流、焊接速度、焊条尺寸、去应力措施、焊层去留量、焊道搭接率等参数，使某一特定成分范围内的耐热钢，通过使用同种材质的焊材进行修复焊接，到达与传统同种材质焊后热处理相当的抗拉强度、抗冲击能力和硬度或大于国际标准规定的缺口冲击功40J的标准。
附图说明
图1是本发明的实施技术路线图。
图2是本发明实施例1所获得的焊接接头焊缝区的500倍金相组织。
图3是本发明实施例2所获得的焊接接头焊缝区的500倍金相组织。
图4是本发明实施例3所获得的焊接接头焊缝区的500倍金相组织。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
如图1所示，本发明提供了钢制大规格部件免焊后热处理的同种钢焊接修复方法，包括以下几个步骤：
步骤1，对焊接修复区域进行前处理
对修复区域进行刨削和打磨以去掉表面氧化层和污染物，再采用火焰加热的方式对修复部位进行预热，预热温度为150℃；
步骤2，打底层焊接
采用氩弧焊(GTAW)对修复区域进行第一层打底焊接，使用直径为2.5mm的焊材，焊材为与修复区域材质相同的氩弧焊焊丝，焊接速度为150mm/s、电流为115A，电压为80V，焊道间搭接量为50％；
如果修复区域为ASTM A515Gr70碳素结构钢件，所用焊材的牌号为TIG-J50；
如果修复区域为ASTM A387Gr22CL2耐热钢件，所用焊材的牌号为TIG-R50；
如果修复区域为ASTM A387Gr11耐热钢件，所用焊材的牌号为TIG-R40；
步骤3，手工电弧焊焊接
在第一层打底焊层表面再进行手工电弧焊焊接，采用直径为3.2或4.0mm的焊条，焊条材质与修复区域材质相同，焊接速度为60～150mm/s、电流为120～125A，电压为80～85V，焊道间搭接量为50％，焊接过程的层间温度为200～250℃；
如果修复区域为ASTM A515Gr70碳素结构钢件，所用焊条的牌号为J507；
如果修复区域为ASTM A387Gr22CL2耐热钢件，所用焊条的牌号为R507；
如果修复区域为ASTM A387Gr11耐热钢件，所用焊条的牌号为R407；
步骤4，去应力和去焊层处理
先采用气动高频锤去除手工电弧焊层表面的应力，气动锤的驱动压力为0.4～0.5MPa，频率为30～40Hz，锤头半径3～5mm，锤头压痕密排整个焊道表面；随后，通过刨削和打磨的方式将手工电弧焊层的表层去掉，3.2mm焊条焊层去掉1.0mm，4.0mm焊条焊层去掉1.5mm；
步骤5，焊接修复
重复步骤3和步骤4直至填满修复区域；
步骤6，盖面焊接与去除
在填满修复区域后，在修复区域表面继续重复步骤3和步骤4，增加三层焊层作为盖面焊层，实现对最上方工作面的正火处理；最后打磨掉盖面焊层完成整个焊接工序。
实施例1
厚度为65mm的ASTM A515Gr70碳素结构钢件深度为20mm区域的焊接修复：
步骤1，对焊接修复区域进行前处理
首先对待修复区域进行刨削和打磨处理以去掉待修复面的氧化层和污染物，再采用火焰加热的方式将待修复区加热至150℃；
步骤2，打底层焊接
采用氩弧焊(GTAW)对修复区域进行第一层打底焊接，采用直径为2.5mm的焊材，焊材为与修复区域材质相同的氩弧焊焊丝，牌号为TIG-J50，焊接速度为150mm/s、电流为115A，电压为80V，焊道间搭接量为50％；
步骤3，手工电弧焊焊接
在第一层打底焊层表面进行手工电弧焊焊接，采用直径为3.2mm的焊条，焊条材质与修复区域材质相同，牌号为J507，焊接速度为90mm/s、电流为122A，电压为83V，焊道间搭接量为50％，控制焊接过程的层间温度在220℃；
步骤4，去应力和去焊层处理
先采用气动高频锤的对手工电弧焊层表面进行去应力处理，气动锤的驱动压力为0.4MPa，频率为40Hz，锤头半径为4mm，锤头压痕密排整个焊道表面；随后，通过刨削和打磨的方式将手工电弧焊层去掉1.0mm；
步骤5，焊接修复
重复步骤3和步骤4直至填满修复区域；
步骤6，盖面焊接与去除
填满修复区域后，在修复区域表面继续重复步骤3和步骤4，增加三层焊层作为盖面焊层，实现对最上方工作面的正火处理；最后打磨掉盖面焊层完成整个焊接工序。
经测试，焊接修复区部件焊缝区的抗拉强度为545MPa，延伸率为21.8％，冲击功为176.8J，硬度值为HB167，力学性能值与传统焊接工艺经焊后热处理相当，也达到国际标准冲击功不小于40J的要求，可以满足工程应用。
如图2所示，为该实施例获得的焊缝区的500倍金相组织，该组织为细小等轴状的正火组织，保证了焊缝区良好的力学性能。
实施例2
厚度为55mm的ASTM A387Gr22CL2耐热钢件深度为20mm区域的焊接修复：
步骤1，对焊接修复区域进行前处理
首先对待修复区域进行刨削和打磨处理以去掉待修复面的氧化层和污染物，再采用火焰加热的方式将待修复区加热至150℃；
步骤2，打底层焊接
采用氩弧焊(GTAW)对修复区域进行第一层打底焊接，采用直径为2.5mm的焊材，焊材为与修复区域材质相同的氩弧焊焊丝，牌号为TIG-R50，焊接速度为150mm/s、电流为115A，电压为80V，焊道间搭接量为50％；
步骤3，手工电弧焊焊接
在第一层打底焊层表面进行手工电弧焊焊接，采用直径为3.2mm的焊条，焊条材质与修复区域材质相同，牌号为R507，焊接速度为150mm/s、电流为120A，电压为80V，焊道间搭接量为50％，控制焊接过程的层间温度在200℃；
步骤4，去应力和去焊层处理
先采用气动高频锤对手工电弧焊层表面进行去应力处理，气动锤的驱动压力为0.45MPa，频率为35Hz，锤头半径为3mm，锤头压痕密排整个焊道表面；随后，通过刨削和打磨的方式将手工电弧焊层去掉1.0mm；
步骤5，焊接修复
重复步骤3和步骤4直至填满修复区域；
步骤6，盖面焊接与去除
填满修复区域后，在修复区域表面继续重复步骤3和步骤4，增加三层焊层作为盖面焊层，实现对最上方工作面的正火处理；最后打磨掉盖面焊层完成整个焊接工序。
经测试，焊接修复区部件焊缝区的抗拉强度为640MPa，延伸率为20.8％，冲击功为81.7J，硬度值为HB269，力学性能指标达到国际标准冲击功不小于40J的要求，可以满足工程应用。
如图3所示，为该实施例获得的焊缝区的500倍金相组织，该组织为细小等轴状的正火组织，保证了焊缝区良好的力学性能。
实施例3
厚度为80mm的ASTM A387Gr11耐热钢件深度为30mm区域的焊接修复：
步骤1，对焊接修复区域进行前处理
首先对待修复区域进行刨削和打磨处理以去掉待修复面的氧化层和污染物，再采用火焰加热的方式将待修复区加热至150℃；
步骤2，打底层焊接
采用氩弧焊(GTAW)对修复区域进行第一层打底焊接，采用直径为2.5mm的焊材，焊材为与修复区域材质相同的氩弧焊焊丝，牌号为TIG-R40，
焊接速度为150mm/s、电流为115A，电压为80V，焊道间搭接量为50％；
步骤3，手工电弧焊焊接
在第一层打底焊层表面进行手工电弧焊焊接，采用直径为4.0mm的焊条，
焊条材质与修复区域材质相同，牌号为R407，焊接速度为60mm/s、电流为125A，电压为85V，焊道间搭接量为50％，控制焊接过程的层间温度在250℃；
步骤4，去应力和去焊层处理
先采用气动高频锤对手工电弧焊层表面进行去应力处理，气动锤的驱动压力为0.50MPa，频率为30Hz，锤头半径为5mm，锤头压痕密排整个焊道表面；随后，通过刨削和打磨的方式将手工电弧焊层去掉1.5mm；
步骤5，焊接修复
重复步骤3和步骤4直至填满修复区域；
步骤6，盖面焊接与去除
填满修复区域后，在修复区域表面继续重复步骤3和步骤4，增加三层焊层作为盖面焊层，实现对最上方工作面的正火处理；最后打磨掉盖面焊层完成整个焊接工序。
经测试，焊接修复区部件焊缝区的抗拉强度为607MPa，延伸率为20.7％，冲击功为120.3J，硬度值为HB248，力学性能指标达到国际标准冲击功不小于70J的要求，可以满足工程应用。
如图4所示，为该实施例获得的焊缝区的500倍金相组织，该组织为细小等轴状的正火组织，保证了焊缝区良好的力学性能。

Claims (5)

1.钢制大规格部件免焊后热处理的同种钢焊接修复方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，对焊接修复区域进行前处理
对被修复区域进行刨削和打磨以去掉表面氧化层和污染物，再采用火焰加热的方式对修复部位进行预热，预热温度为150℃；
步骤2，打底层焊接
采用氩弧焊对修复区域进行第一层打底焊接，使用直径为2.5mm的焊材，焊材为与修复区域材质相同的氩弧焊焊丝，焊接速度为150mm/s，电流为115A，电压为80V，焊道间搭接量为50％；
步骤3，手工电弧焊焊接
在第一层打底焊层表面再进行手工电弧焊焊接，采用直径为3.2或4.0mm的焊条，焊条材质与修复区域材质相同，焊接速度为60～150mm/s，电流为120～125A，电压为80～85V，焊道间搭接量为50％，焊接过程的层间温度为200～250℃；
步骤4，去应力和去焊层处理
先采用气动高频锤去除手工电弧焊层表面的应力；随后，通过刨削和打磨的方式将手工电弧焊层的表层去掉；
步骤5，焊接修复
重复步骤3和步骤4直至填满修复区域；
步骤6，盖面焊接与去除
在填满修复区域后，在修复区域表面继续重复步骤3和步骤4，增加三层焊层作为盖面焊层，实现对最上方工作面的正火处理；最后打磨掉盖面焊层完成整个焊接工序。
2.根据权利要求1所述的钢制大规格部件免焊后热处理的同种钢焊接修复方法，其特征在于：所述步骤2中，如果修复区域为ASTM A515Gr70碳素结构钢件，所用焊材的牌号为TIG-J50；如果修复区域为ASTM A387Gr22CL2耐热钢件，所用焊材的牌号为TIG-R50；如果修复区域为ASTM A387Gr11耐热钢件，所用焊材的牌号为TIG-R40。
3.根据权利要求1所述的钢制大规格部件免焊后热处理的同种钢焊接修复方法，其特征在于：所述步骤3中，如果修复区域为ASTM A515Gr70碳素结构钢件，所用焊条的牌号为J507；如果修复区域为ASTM A387Gr22CL2耐热钢件，所用焊条的牌号为R507；如果修复区域为ASTM A387Gr11耐热钢件，所用焊条的牌号为R407。
4.根据权利要求1所述的钢制大规格部件免焊后热处理的同种钢焊接修复方法，其特征在于：所述步骤4中，采用气动高频锤去除焊层表面的应力，气动锤的驱动压力为0.4～0.5MPa，频率为30～40Hz，锤头半径3～5mm，锤头压痕密排整个焊道表面。
5.根据权利要求1所述的钢制大规格部件免焊后热处理的同种钢焊接修复方法，其特征在于：所述步骤4中，通过刨削和打磨的方式将手工电弧焊层去掉表层，3.2mm焊条去掉1.0mm焊层表层，4.0mm焊条去掉1.5mm焊层表层。
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