CN110587076A - 高温、氧化环境下服役后的镍基合金焊接办法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及高温、氧化环境下服役后的镍基合金焊接办法，属于焊接技术领域。本发明可避免服役后的Incoloy800镍基合金焊接过程中产生的热裂纹、气孔的出现。本发明所述的高温、氧化环境下服役后的镍基合金焊接办法，包括以下步骤：(1)焊缝消氢，在原焊接接头焊缝两侧进行消氢处理，消氢后保温缓冷至室温；(2)坡口预制、打磨，切割原焊接接头并将两侧焊缝打磨为角度不同的单面V型坡口；(3)坡口堆焊，对两侧坡口分别进行堆焊；(4)消应力热处理；(5)焊缝焊接。

Description

高温、氧化环境下服役后的镍基合金焊接办法
技术领域
本发明涉及高温、氧化环境下服役后的镍基合金焊接办法，属于焊接技术领域。
背景技术
Incoloy800是一种镍基合金，价格昂贵，较高的Ni、Cr含量使其具有良好的耐应力腐蚀开裂性、耐点腐蚀和耐缝隙腐蚀性能，同时，Incoloy800镍基合金在氧化初期可在表面生成氧化膜，能防止镍进一步氧化和腐蚀，高温时有良好的耐蚀性。基于Incoloy800镍基合金优越的性能特点，使其在石油化工行业有较为广泛的应用。
Incoloy800镍基合金的焊接性能与奥氏体不锈钢相似，且Incoloy800合金具有更高的导电性和更差的导热性，在焊接过程中极易产生热裂纹、气孔等缺陷，目前有较为成熟的焊接工艺可以有效避免以上提到的两个问题。但是，Incoloy800镍基合金长期在高温、氧化环境下服役，会不可避免地出现热裂纹，导致在石油化工装置停工检修期间需要对焊缝区域重新打磨坡口并焊接。
高温、氧化环境下服役后的Incoloy800镍基合金焊接，通常情况下需要在焊前、焊后进行全面的固溶处理以恢复Incoloy800镍基合金的焊接性能，但是，由于石油化工装置一般在露天环境下，且设备、工件尺寸较大，采用现场的电加热方式无法达到固溶处理的温度及热处理时间，而整体更换镍基合金设备或工件价格又太昂贵，因此，有必要研究一种合适的焊接工艺来防止利旧的Incoloy800镍基合金焊接过程中热裂纹、气孔的出现。
发明内容
本发明的目的在于提出一种高温、氧化环境下服役后的镍基合金焊接办法，避免服役后的Incoloy800镍基合金焊接过程中产生的热裂纹、气孔的出现。
本发明所述的高温、氧化环境下服役后的镍基合金焊接办法，包括以下步骤：
(1)焊缝消氢，在原焊接接头焊缝两侧进行消氢处理，消氢后保温缓冷至室温；
(2))坡口预制、打磨，切割原焊接接头并将两侧焊缝打磨为角度不同的单面V型坡口；
(3)坡口堆焊，对两侧坡口分别进行堆焊；
(4)消应力热处理；
(5)焊缝焊接。
所述的，步骤(1)中，对焊缝两侧200mm范围内采用电加热进行消氢处理，电加热时，焊缝内、外侧各包裹保温棉，保温棉超过电加热带宽度至少100mm，消氢处理温度为(300-350)℃，消氢处理时间≥24小时。
所述的，步骤(2)中，坡口底部预留2±1mm的厚度和宽度，坡口底部基层厚度为10-15mm，基层坡口角度为50±1°，相邻两顶部坡口宽度为25-35mm，所述坡口氧化层去除厚度1.5-2.5mm，坡口顶部氧化层去除宽度50-100mm。
所述的，步骤(3)中，堆焊采用手工钨极氩弧焊，堆焊层厚度5-10mm，堆焊二层至三层，每层堆焊引收弧必须在焊肉上完成，焊丝直径为2.0mm，焊接电流I＝80-120A，焊接电压U＝9-11V，Ar：10-50L/min，焊接时钨极不摆动，焊接速度为80-130mm/min，搭接宽度2-3mm。
所述的，每堆焊一层，对堆焊位置进行均匀打磨并进行着色无损检测。
所述的，步骤(4)中，采用电加热带进行消应力热处理，加热时焊缝内、外侧各包裹保温棉，超过电加热带宽度至少100mm，消应力热处理温度为(700-750)℃，消应力热处理时间≥2小时，消应力热处理后保温缓冷至室温。
所述的，步骤(5)中包括以下步骤，
(a)点焊，对接焊缝，并采用手工钨极氩弧焊点焊固定；
(b)对接焊接，采用手工钨极氩弧焊由内至外进行多道焊接，焊接过程中道间温度控制在120℃以下；手工钨极氩弧焊焊丝直径为2.0mm，焊接电流I＝100-140A，焊接电压U＝9-13V，Ar：8-10L/min，焊接时钨极不摆动，焊接速度为80-130mm/min，焊接完成后保温缓冷至室温。
本发明的有益效果是：本发明可适用于露天环境下的石油化工装置的高温、氧化环境下服役后的厚度在80mm以下的Incoloy800镍基合金焊接，坡口采用角度不同的V型坡口，节约镍基合金焊材，所焊接对接焊缝宏观检测无裂纹、气孔等缺陷，焊接接头性能满足工艺评定标准(NB/T47014-2011及ASMEⅨ)的要求。
附图说明
图1是坡口结构示意图；
图2是一种实施例结构示意图；
图中：1、电加热带；2、保温棉；3、堆焊层；4、基材5、坡口底部基层厚度；6、坡口底部预留厚度；7、坡口底部预留宽度；8、相邻两顶部坡口宽度。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图1、2所示，本发明以制氢装置转化炉出口集气管Incoloy 800H镍基合金为基材，厚度为76mm，工作温度为780℃，工作压力2.7Mpa，管内介质为H2+CO+CO2+CH4+H2O，该镍基合金已运行8年。对该高温、氧化环境下服役后的Incoloy800镍基合金的焊接采用以下焊接措施：
(1)焊缝消氢，在原焊接接头焊缝两侧进行消氢处理，消氢后保温缓冷至室温；
(2))坡口预制、打磨，切割原焊接接头并将两侧焊缝打磨为角度不同的单面V型坡口；
(3)坡口堆焊，对两侧坡口分别进行堆焊；
(4)消应力热处理；
(5)焊缝焊接。
其中，步骤(1)中，对焊缝两侧200mm范围采用电加热进行消氢处理，电加热时，焊缝内、外侧各包裹保温棉，保温棉超过电加热带宽度100mm，消氢处理温度为(300-350)℃，消氢处理时间≥24小时,消氢升温速率≤200℃/h。
其中，步骤(2)中，坡口底部预留2±1mm的厚度和宽度，坡口底部基层厚度为15mm，基层坡口角度为50±1°，相邻两顶部坡口宽度为30mm，所述坡口氧化层去除厚度2mm，坡口顶部氧化层去除宽度50mm。
其中，步骤(3)中，堆焊采用手工钨极氩弧焊，堆焊层厚度6mm，堆焊三层，每层堆焊引收弧必须在焊肉上完成，焊丝直径为2.0mm，焊接电流I＝110A，焊接电压U＝10.5V，Ar：40L/min，焊接时钨极不摆动，焊接速度为100mm/min，搭接宽度3mm。
其中，每堆焊一层，对堆焊位置进行均匀打磨并进行着色无损检测。着色无损检测按NB/T47013.4-2015《承压设备无损检测》合格后进行后续步骤。
其中，步骤(4)中，采用电加热带进行消应力热处理，加热时在焊缝内、外侧分别包裹保温棉，超过电加热带宽度100mm，消应力热处理温度为750℃，消应力热处理时间为2小时，消应力热处理后保温缓冷至室温。
其中，步骤(5)中包括以下步骤，
(a)点焊，对接焊缝，并采用手工钨极氩弧焊点焊固定；
(b)对接焊接，采用手工钨极氩弧焊由内至外进行多道焊接，焊接过程中道间温度控制在120℃以下；手工钨极氩弧焊焊丝直径为2.0mm，焊接电流I＝130A，焊接电压U＝12V，Ar：8L/min，焊接时钨极不摆动，焊接速度为90mm/min，焊接完成后保温缓冷至室温。
经过上述方法所焊接对接焊缝无损检测无裂纹、气孔等缺陷，焊接接头性能满足工艺评定标准(NB/T47014-2011及ASMEⅨ)的要求。
当然，上述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定对本发明的实施例范围。本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的均等变化与改进等，均应归属于本发明的专利涵盖范围内。

Claims (7)

1.一种高温、氧化环境下服役后的镍基合金焊接办法，其特征在于包括以下步骤：
(1)焊缝消氢，在原焊接接头焊缝两侧进行消氢处理，消氢后保温缓冷至室温；
(2))坡口预制、打磨，切割原焊接接头并将两侧焊缝打磨为角度不同的单面V型坡口；
(3)坡口堆焊，对两侧坡口分别进行堆焊；
(4)消应力热处理；
(5)焊缝焊接。
2.根据权利要求1所述的高温、氧化环境下服役后的镍基合金焊接办法，其特征在于：步骤(1)中，对焊缝两侧200mm范围内采用电加热进行消氢处理，电加热时，焊缝内、外侧各包裹保温棉，保温棉超过电加热带宽度至少100mm，消氢处理温度为(300-350)℃，消氢处理时间≥24小时。
3.根据权利要求2所述的高温、氧化环境下服役后的镍基合金焊接办法，其特征在于：步骤(2)中，坡口底部预留2±1mm的厚度和宽度，坡口底部基层厚度为10-15mm，基层坡口角度α为50±1°，相邻两顶部坡口宽度为25-35mm，所述坡口氧化层去除厚度1.5-2.5mm，坡口顶部氧化层去除宽度50-100mm。
4.根据权利要求3所述的高温、氧化环境下服役后的镍基合金焊接办法，其特征在于：步骤(3)中，堆焊采用手工钨极氩弧焊，堆焊层厚度5-10mm，堆焊二层至三层，每层堆焊引收弧必须在焊肉上完成，焊丝直径为2.0mm，焊接电流I＝80-120A，焊接电压U＝9-11V，Ar：10-50L/min，焊接时钨极不摆动，焊接速度为80-130mm/min，搭接宽度2-3mm。
5.根据权利要求4所述的高温、氧化环境下服役后的镍基合金焊接办法，其特征在于：每堆焊一层，对堆焊位置进行均匀打磨并进行着色无损检测。
6.根据权利要求4所述的高温、氧化环境下服役后的镍基合金焊接办法，其特征在于：步骤(4)中，采用电加热带进行消应力热处理，加热时焊缝内、外侧各包裹保温棉，超过电加热带宽度至少100mm，消应力热处理温度为(700-750)℃，消应力热处理时间≥2小时，消应力热处理后保温缓冷至室温。
7.根据权利要求6所述的高温、氧化环境下服役后的镍基合金焊接办法，其特征在于：步骤(5)中包括以下步骤，
(a)点焊，对接焊缝，并采用手工钨极氩弧焊点焊固定；
(b)对接焊接，采用手工钨极氩弧焊由内至外进行多道焊接，焊接过程中道间温度控制在120℃以下；手工钨极氩弧焊焊丝直径为2.0mm，焊接电流I＝100-140A，焊接电压U＝9-13V，Ar：8-10L/min，焊接时钨极不摆动，焊接速度为80-130mm/min，焊接完成后保温缓冷至室温。
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