CN110625227A - 哈氏合金的自动钨极氩弧焊焊接工艺 - Google Patents

哈氏合金的自动钨极氩弧焊焊接工艺 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种哈氏合金的自动钨极氩弧焊焊接工艺，通过电流参数、焊接速度、送丝速度和脉冲频率、占空比的有效配合，可以保证获得良好的焊缝成形；而侧壁停留时间为影响侧壁熔合的关键参数，上述侧壁停留时间的设置，可解决哈氏合金自动钨极氩弧焊过程中出现的侧壁未熔合的问题；在上述工艺参数搭配合理的情况下，焊缝成形良好，道间基本不需要打磨，只需要层间打磨，大大减小了打磨量，提高了焊接效率。

Description

哈氏合金的自动钨极氩弧焊焊接工艺
技术领域
本发明涉及一种哈氏合金的自动钨极氩弧焊焊接工艺。
背景技术
哈氏（Hastelloy）合金作为钍基熔盐堆主容器的母材，镍含量超过70%。哈氏合金在焊接过程中熔滴流动性差，容易造成道间、层间及侧壁未熔合的缺陷，如图1所示。如何消除哈氏合金焊缝的道间、层间及侧壁未熔合缺陷，是哈氏合金焊接过程中急需解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种哈氏合金的自动钨极氩弧焊焊接工艺，以解决哈氏合金焊接过程中焊缝的道间、层间及侧壁未熔合缺陷的问题。
为解决上述问题，本发明提供以下技术方案：
本发明提供一种哈氏合金的自动钨极氩弧焊焊接工艺，包括以下步骤：
S1、在两块待焊接母材的焊接面上分别加工出坡口单边，所述母材为哈氏合金；
S2、将两块所述待焊接母材的坡口单边对齐，组成完整的坡口，所述坡口采用带钝边的U型坡口；
S3、扫描待焊的所述坡口，获得所述坡口的关键尺寸特征，根据所述关键尺寸特征进行焊接路径的规划；
S4、根据规划好的焊接路径，对所述坡口进行第一层焊道的自动焊接，所使用的焊接电流为脉冲电流，焊材为镍基合金焊丝，打底焊焊接工艺参数为，基值电流为145~175A，峰值电流为245~275A，脉冲频率为2~3Hz，占空比为45~55%，焊接速度为65~88mm/min，送丝速度为900~1200mm/min，保护气体流量20~30L/min，侧壁停留时间为0.3~0.5s；
S5、对新完成的第一层焊道进行层间打磨，使得所述第一层焊道的平整度≤3mm；
S6、根据规划好的焊接路径，对所述坡口进行第n层焊道的自动焊接，所使用的焊接电流为脉冲电流，焊材为镍基合金焊丝，焊接工艺参数为，基值电流为150~180A，峰值电流为250~280A，脉冲频率为2~3Hz，占空比为45~55%，焊接速度为70~95mm/min，送丝速度为1000~1300mm/min，保护气体流量20~30L/min，侧壁停留时间为，焊道与母材搭接侧停留0.4~0.5s，焊道与焊缝搭接侧停留0.3~0.4s；
S7、对新完成的第n层焊道进行层间打磨，使得所述第n层焊道的平整度≤3mm；
S8、扫描所述坡口，采集所述坡口的实时特征信息，判断所述坡口是否已完成焊接；若否，则执行步骤S9；若是，则执行步骤S10；
S9、将所述坡口的实时特征信息与规划好的焊接路径进行对比，并根据对比结果修正焊接路径，再执行步骤S6；
S10、对完成的焊缝的表面进行打磨。
在本技术方案中，上述电流参数、焊接速度、送丝速度和脉冲频率、占空比的有效配合，可以保证获得良好的焊缝成形；而侧壁停留时间为影响侧壁熔合的关键参数，上述侧壁停留时间的设置，可解决哈氏合金自动钨极氩弧焊过程中出现的侧壁未熔合的问题。在上述工艺参数搭配合理的情况下，焊缝成形良好，道间基本不需要打磨，只需要层间打磨，大大减小了打磨量，提高了焊接效率。焊道的平整度≤3mm，可保证焊缝的质量达标。
优选地，步骤S4和/或步骤S6的保护气体为氦氩混合气体，所述氦氩混合气体中的氦的体积百分比为20%至30％。
在本技术方案中，在保护气体中增加20~30%的氦气，有效增大了电弧热导率，使焊接熔深增加，从而大大减小了打磨量。优选地，所述U型坡口的钝边为2~3mm，所述U型坡口的单侧坡口角度为3°~4°，所述U型坡口的底部圆弧半径为4~6mm。
在本技术方案中，上述U型坡口的尺寸设置，可以达到更佳的焊接效果。
优选地，在步骤S2中，还包括：将密封胶布黏在两块所述待焊接母材上，在所述坡口的背面形成密闭腔体，并填充氩气至所述密闭腔体内。
在本技术方案中，通过在充氩气至密闭腔体内，对背面焊道进行保护，可以避免背面焊道暴露在空气中发生氧化。
优选地，步骤S4中，打底焊焊接工艺参数为，基值电流为160A，峰值电流为260A，脉冲频率为2.5Hz，占空比为50%，焊接速度为80mm/min，送丝速度为1150mm/min，保护气体流量30L/min，侧壁停留时间为0.5s；步骤S6中，焊接工艺参数为，基值电流为170A，峰值电流为270A，脉冲频率为2.5Hz，占空比为50%，焊接速度为90mm/min，送丝速度为1250mm/min，保护气体流量30L/min，侧壁停留时间为，焊道与母材搭接侧停留0.5s，焊道与焊缝搭接侧停留0.3s。
在本技术方案中，上述焊接工艺参数，可以达到更佳的焊接效果，保证了焊缝的质量。
优选地，步骤S4和步骤S6中采用的焊材为ERNiMo-2焊丝，所述焊丝的直径为2.0mm。
在本技术方案中，采用上述焊材，焊缝性能可以完全满足考核要求（接头常温抗拉强度、650℃抗拉强度、700℃抗拉强度、持久性能、侧弯、焊缝和热影响区冲击性能）。
在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。
本发明的积极进步效果在于：
上述哈氏合金的自动钨极氩弧焊焊接工艺，通过电流参数、焊接速度、送丝速度和脉冲频率、占空比的有效配合，可以保证获得良好的焊缝成形；而侧壁停留时间为影响侧壁熔合的关键参数，上述侧壁停留时间的设置，可解决哈氏合金自动钨极氩弧焊过程中出现的侧壁未熔合的问题；在上述工艺参数搭配合理的情况下，焊缝成形良好，道间基本不需要打磨，只需要层间打磨，大大减小了打磨量，提高了焊接效率。
附图说明
图1为现有技术中哈氏合金焊缝的未熔合缺陷的示意图。
图2为本发明哈氏合金的自动钨极氩弧焊焊接工艺的流程图。
图3为图2所示的自动钨极氩弧焊焊接工艺的坡口的结构示意图。
图4为图3所示的自动钨极氩弧焊焊接工艺的坡口单边的结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步说明，在以下的描述中阐述了更多的细节以便于充分理解本发明，但是本发明显然能够以多种不同于此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下根据实际应用情况作类似推广、演绎，因此不应以此具体实施例的内容限制本发明的保护范围。
实施例1至4
如图2所示，本发明提供一种哈氏合金的自动钨极氩弧焊焊接工艺，包括以下步骤：
S1、在两块待焊接母材的焊接面上分别加工出坡口单边，母材为哈氏合金；
S2、将两块待焊接母材的坡口单边对齐，组成完整的坡口，坡口采用带钝边的U型坡口；
S3、扫描待焊的坡口，获得坡口的关键尺寸特征，根据关键尺寸特征进行焊接路径的规划；
S4、根据规划好的焊接路径，对坡口进行第一层焊道的自动焊接，所使用的焊接电流为脉冲电流，焊材为镍基合金焊丝，打底焊焊接工艺参数为，基值电流为145~175A，峰值电流为245~275A，脉冲频率为2~3Hz，占空比为45~55%，焊接速度为65~88mm/min，送丝速度为900~1200mm/min，保护气体流量20~30L/min，侧壁停留时间为0.3~0.5s；实施例1至4的打底焊焊接工艺参数如表1所示；
S5、对新完成的第一层焊道进行层间打磨，使得第一层焊道的平整度≤3mm；
S6、根据规划好的焊接路径，对坡口进行第n层焊道的自动焊接，所使用的焊接电流为脉冲电流，焊材为镍基合金焊丝，焊接工艺参数为，基值电流为150~180A，峰值电流为250~280A，脉冲频率为2~3Hz，占空比为45~55%，焊接速度为70~95mm/min，送丝速度为1000~1300mm/min，保护气体流量20~30L/min，侧壁停留时间为，焊道与母材搭接侧停留0.4~0.5s，焊道与焊缝搭接侧停留0.3~0.4s；实施例1至4的第n层焊道的焊接工艺参数如表1所示；
S7、对新完成的第n层焊道进行层间打磨，使得第n层焊道的平整度≤3mm；
S8、扫描坡口，采集坡口的实时特征信息，判断坡口是否已完成焊接；若否，则执行步骤S9；若是，则执行步骤S10；
S9、将坡口的实时特征信息与规划好的焊接路径进行对比，并根据对比结果修正焊接路径，再执行步骤S6；
S10、对完成的焊缝的表面进行打磨。
其中，带钝边的U型坡口如图3和图4所示，包括具有坡口角度α的斜边，该斜边连接底部圆弧，底部圆弧再连接底部平直边，连接均采用光滑过渡，然后底部平直边与钝边垂直地连接。U型坡口的钝边L为2~3mm，U型坡口的单侧坡口角度α为3°~4°，U型坡口的底部圆弧半径R为4~6mm。使用U型坡口，可以获得更佳的焊缝质量。
其中，在步骤S2中，还包括：将密封胶布黏在两块待焊接母材上，在坡口的背面形成密闭腔体，并填充氩气至密闭腔体内。通过在充氩气至密闭腔体内，对背面焊道进行保护，可以避免背面焊道暴露在空气中发生氧化。
其中，步骤S4和/或步骤S6中采用的焊材可以是ERNiMo-2焊丝，焊丝的直径可以是2.0mm。通过采用上述焊材，焊缝性能可以完全满足考核要求（接头常温抗拉强度、650℃抗拉强度、700℃抗拉强度、持久性能、侧弯、焊缝和热影响区冲击性能）。
表1 实施例1至4、对比例1至2的焊接工艺参数
上述电流参数、焊接速度、送丝速度和脉冲频率、占空比的有效配合，可以保证获得良好的焊缝成形。而侧壁停留时间为影响侧壁熔合的关键参数，上述侧壁停留时间的设置，可解决哈氏合金自动钨极氩弧焊过程中出现的侧壁未熔合的问题。在上述工艺参数搭配合理的情况下，焊缝成形良好，道间基本不需要打磨，只需要层间打磨，大大减小了打磨量，提高了焊接效率。
采用实施例1至4的焊接工艺参数，使用自动钨极氩弧焊枪对哈氏合金进行自动钨极氩弧焊，对焊接好的接头进行超声和射线检测，超声检测（UT）为零显示，射线检测（RT）结果满足要求，性能检测结果表明焊缝性能良好。
通过上述焊接工艺焊接而成的哈氏合金焊接件，其室温抗拉强度为791~833MPa，接头经过180°侧弯后均未产生裂纹，焊缝冲击韧性为65~72J，热影响区冲击韧性为65~78J，600℃抗拉强度为575~657 MPa， 650℃抗拉强度为540~646MPa，700℃抗拉强度为493~576MPa。对于室温抗拉强度、侧弯性能、冲击韧性、600℃高温拉伸性能，650℃高温拉伸性能、700℃高温拉伸性能，考核标准为弯曲试样在弯后的拉伸面上，焊缝和热影响区不允许有超过3mm的任何方向开裂缺陷，冲击功的平均值≥60J，室温抗拉强度≥656MPa，600℃高温拉伸强度≥566MPa，650℃高温拉伸强度≥504MPa，700℃高温拉伸强度≥456MPa。经检测，实施例1至4的各焊接性能均能满足考核要求，其中实施例3的焊接性能最佳。
而，使用对比例1至2的焊接工艺参数，对哈氏合金进行自动钨极氩弧焊，焊枪在侧壁不作停留，焊接过程中层间打磨的平整度大于3毫米，则会发生层间未熔合及侧壁未熔合的缺陷，可见，自动钨极氩弧焊的焊接工艺参数，对于哈氏合金的焊缝质量的控制，非常关键。
实施例5至7
实施例5至7的哈氏合金的自动钨极氩弧焊焊接工艺的步骤与实施例1相同。其中，步骤S4、步骤S6的保护气体为氦氩混合气体，氦氩混合气体中的氦的体积百分比如表2所示。
表2 实施例5至7的氦氩混合气体中的氦的体积百分比
实施例5 实施例6 实施例7
氦氩混合气体中的氦的体积百分比 20% 25% 30％
实施例5至7的焊接工艺参数可使用表1所示的实施例1至4的任一组参数。
通过在保护气体中增加一定体积百分比的氦气，有效增大了电弧热导率，使焊接熔深增加，从而大大减小了打磨量，道间基本不需要打磨，只需要层间打磨。
本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改。凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同变化及修饰，均落入本发明权利要求所界定的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种哈氏合金的自动钨极氩弧焊焊接工艺，其特征在于，包括以下步骤：
S1、在两块待焊接母材的焊接面上分别加工出坡口单边，所述母材为哈氏合金；
S2、将两块所述待焊接母材的坡口单边对齐，组成完整的坡口，所述坡口采用带钝边的U型坡口；
S3、扫描待焊的所述坡口，获得所述坡口的关键尺寸特征，根据所述关键尺寸特征进行焊接路径的规划；
S4、根据规划好的焊接路径，对所述坡口进行第一层焊道的自动焊接，所使用的焊接电流为脉冲电流，焊材为镍基合金焊丝，打底焊焊接工艺参数为，基值电流为145~175A，峰值电流为245~275A，脉冲频率为2~3Hz，占空比为45~55%，焊接速度为65~88mm/min，送丝速度为900~1200mm/min，保护气体流量20~30L/min，侧壁停留时间为0.3~0.5s；
S5、对新完成的第一层焊道进行层间打磨，使得所述第一层焊道的平整度≤3mm；
S6、根据规划好的焊接路径，对所述坡口进行第n层焊道的自动焊接，所使用的焊接电流为脉冲电流，焊材为镍基合金焊丝，焊接工艺参数为，基值电流为150~180A，峰值电流为250~280A，脉冲频率为2~3Hz，占空比为45~55%，焊接速度为70~95mm/min，送丝速度为1000~1300mm/min，保护气体流量20~30L/min，侧壁停留时间为，焊道与母材搭接侧停留0.4~0.5s，焊道与焊缝搭接侧停留0.3~0.4s；
S7、对新完成的第n层焊道进行层间打磨，使得所述第n层焊道的平整度≤3mm；
S8、扫描所述坡口，采集所述坡口的实时特征信息，判断所述坡口是否已完成焊接；若否，则执行步骤S9；若是，则执行步骤S10；
S9、将所述坡口的实时特征信息与规划好的焊接路径进行对比，并根据对比结果修正焊接路径，再执行步骤S6；
S10、对完成的焊缝的表面进行打磨。
2.根据权利要求1所述的哈氏合金的自动钨极氩弧焊焊接工艺，其特征在于：步骤S4和/或步骤S6的保护气体为氦氩混合气体，所述氦氩混合气体中的氦的体积百分比为20%至30％。
3.根据权利要求1所述的哈氏合金的自动钨极氩弧焊焊接工艺，其特征在于：所述U型坡口的钝边为2~3mm，所述U型坡口的单侧坡口角度为3°~4°，所述U型坡口的底部圆弧半径为4~6mm。
4.根据权利要求1所述的哈氏合金的自动钨极氩弧焊焊接工艺，其特征在于，在步骤S2中，还包括：将密封胶布黏在两块所述待焊接母材上，在所述坡口的背面形成密闭腔体，并填充氩气至所述密闭腔体内。
5.根据权利要求1所述的哈氏合金的自动钨极氩弧焊焊接工艺，其特征在于，步骤S4中，打底焊焊接工艺参数为，基值电流为160A，峰值电流为260A，脉冲频率为2.5Hz，占空比为50%，焊接速度为80mm/min，送丝速度为1150mm/min，保护气体流量30L/min，侧壁停留时间为0.5s；步骤S6中，焊接工艺参数为，基值电流为170A，峰值电流为270A，脉冲频率为2.5Hz，占空比为50%，焊接速度为90mm/min，送丝速度为1250mm/min，保护气体流量30L/min，侧壁停留时间为，焊道与母材搭接侧停留0.5s，焊道与焊缝搭接侧停留0.3s。
6.根据权利要求1所述的哈氏合金的自动钨极氩弧焊焊接工艺，其特征在于，步骤S4和步骤S6中采用的焊材为ERNiMo-2焊丝，所述焊丝的直径为2.0mm。
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