CN112191999A - 镍基小管与合金钢集箱角焊缝结构及焊接工艺 - Google Patents

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张涛
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Abstract

本发明公开了一种镍基小管与合金钢集箱角焊缝结构及工艺，包括合金钢集箱、镍基小管、连接合金钢集箱与镍基小管的环形的打底焊缝、包裹打底焊缝的填充焊缝；其焊接工艺为：A）通过点焊连接、固定镍基小管与合金钢集箱；B）在镍基小管与合金钢集箱连接处进行打底焊接，形成环形的打底焊缝，打底焊材采用与镍基小管相同的镍基焊材；C）在打底焊缝外侧进行后续填充焊接，填充焊缝两端的焊趾分别与合金钢集箱及镍基小管相联，填充焊接采用镍基焊材，其焊材强度与合金钢集箱强度相同或不高出50Mpa；本发明不仅能保证接头的耐腐蚀性能及质量，避免出现焊接缺陷，并减少角焊缝焊趾处应力集中，提高抗疲劳性能。

Description

镍基小管与合金钢集箱角焊缝结构及焊接工艺
技术领域
本发明涉及一种用于镍基小管与合金钢集箱的角焊缝结构及焊接工艺。
背景技术
光热电站吸热器材料以镍基为主，但集箱通常采用合金钢，所以就存在大量的镍基小管与合金钢集箱角接接头，由于吸热器随着阳光的变化每天至少经历一次启停，且管道内部为高温熔盐，所以镍基小管、合金钢集箱及其接头在产品实际运行时均面临着腐蚀破坏风险和疲劳破坏风险。在此接头的焊接工艺设计时，目前只是按照能源部标准NB/T47014，其只要求接头评定其常规力学性能，以及能源部标准NB/T47015，其规定镍基压力容器焊材熔敷金属化学成分应与母材相近，所以行业内在进行此接头设计时都是全部采用与镍基小管相匹配的焊材，并未考虑焊材是否会对接头的抗疲劳性能存在影响。
对于管子与集箱角接结构，在产品运行时，管子在长度方向膨胀，集箱沿径向和环向膨胀，由于角焊缝处存在结构突变，因此角焊缝的焊趾处存在应力集中，而应力集中对焊接结构的疲劳性能影响很大。按照现有工艺，焊接时采用与镍基材料相匹配的镍基焊材，其强度较高，通过应力分析发现，当镍基材料与合金钢材料屈服强度差异较大时，焊趾处运行应力较大，从而可能造成焊缝抗疲劳破坏，对吸热器的运行安全带来较大隐患。目前行业内为减小角焊缝应力集中，都是从尺寸结构、控制焊接缺陷等方法着手，效果不佳。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的上述不足，提供一种镍基小管与合金钢集箱角焊缝结构及焊接工艺，它不仅能保证接头的耐腐蚀性能及质量，避免出现焊接缺陷，并减少角焊缝焊趾处应力集中，提高抗疲劳性能。
为了达到上述目的，本发明的镍基小管与合金钢集箱角焊缝结构，包括合金钢集箱、镍基小管；其特征在于：还包括连接合金钢集箱与镍基小管的环形的打底焊缝、包裹打底焊缝的填充焊缝，填充焊缝两端的焊趾分别与合金钢集箱及镍基小管相联；
作为本发明的进一步改进，所述合金钢集箱与镍基小管均设有坡口；对于外径较大的镍基小管，可保证熔深，避免出现焊接缺陷；
本发明的一种镍基小管与合金钢集箱的焊接工艺，包括以下步骤：A）通过点焊连接、固定镍基小管与合金钢集箱；B）在镍基小管与合金钢集箱连接处进行打底焊接，形成环形的打底焊缝，打底焊材采用与镍基小管相同的镍基焊材；C）在打底焊缝外侧进行后续填充焊接，填充焊缝两端的焊趾分别与合金钢集箱及镍基小管相联，填充焊接采用镍基焊材，其焊材强度与合金钢集箱强度相同或不高出50Mpa；
本发明采用与镍基小管相同的镍基焊材进行打底焊接，打底焊缝与管内介质接触，保证了接头的耐腐蚀性能，填充焊缝虽然采用了另外一种材料，但仍然是镍基焊材，避免出现焊接缺陷；填充焊缝强度与合金钢集箱强度相同或不高出50Mpa，可满足现行各种焊接工艺评定标准要求，但比打底焊缝的强度低，具有较好的韧性，经过模拟，可减少角焊缝焊趾处应力集中，提高抗疲劳性能；
作为本发明的进一步改进，所述镍基小管与合金钢集箱连接处均开设坡口；
综上所述，本发明不仅能保证接头的耐腐蚀性能及质量，避免出现焊接缺陷，并减少角焊缝焊趾处应力集中，提高抗疲劳性能。
附图说明
图1本发明镍基小管与合金钢集箱角焊缝结构实施例的主视图。
具体实施方式
下面结合附图，以熔盐塔式光热电站项目中的吸热器角焊缝为例，对本发明作进一步详细的说明。
此类吸热器管子材料为SB-444N06625，规格为φ42.2mm*1.65mm，屈服强度Rp0.2≥414MPa；集箱材料为SA-213TP347H，规格为φ325*15，屈服强度Rp0.2≥205Mpa；
该镍基小管与合金钢集箱的焊接工艺，如图1所示，包括以下步骤：A）镍基小管1与合金钢集箱4连接处均开设坡口，通过点焊连接、固定镍基小管1与合金钢集箱4；B）采用手工钨极氩弧焊在镍基小管1与合金钢集箱4连接处进行打底焊接，焊丝采用与镍基小管相同的镍基焊材ERNiCrMo-3φ1.2，电流约60A，电压11V，形成环形的打底焊缝2；C）采用手工钨极氩弧焊在打底焊缝2外侧进行后续填充焊接，焊丝采用镍基焊材ERNiCr-3φ1.2，其焊材强度高出合金钢集箱4强度约30Mpa，焊接电流约65A，电压13V，形成填充焊缝3，填充焊缝3两端的焊趾5、6分别与合金钢集箱4及镍基小管1相联；
通过该焊接工艺得到的镍基小管与合金钢集箱角焊缝结构，包括合金钢集箱4、镍基小管1、连接合金钢集箱4与镍基小管1的环形的打底焊缝2、包裹打底焊缝2的填充焊缝3，填充焊缝3两端的焊趾5、6分别与合金钢集箱及镍基小管相联；
打底焊缝2与小管内部介质接触，打底焊缝采用与SB-444N06625相匹配的焊丝ERNiCrMo-3，保证了接头耐高温熔盐腐蚀性能；填充焊缝3采用ERNiCr-3焊丝，虽然其化学成分与ERNiCrMo-3相差较大，且其化学成分与镍基小管1与合金钢集箱4均不匹配，但其仍然是镍基焊材，不会出现焊接缺陷；填充焊缝强度与合金钢集箱强度接近，可满足现行各种焊接工艺评定标准要求，但明显比打底焊缝2的强度低，具有较好的韧性，减小了角焊缝焊趾处应力；将以上结构模拟产品在525℃下的运行参数，采用ABAQUS软件运算，采用本发明方案焊接的接头与常规工艺制作的接头相比较，集箱侧焊趾处最大运行应力可减小5.41%，管子侧焊趾处最大运行应力可减小3.63%，提高了抗疲劳性能。

Claims (4)

1.一种镍基小管与合金钢集箱角焊缝结构，包括合金钢集箱、镍基小管；其特征在于：还包括连接合金钢集箱与镍基小管的环形的打底焊缝、包裹打底焊缝的填充焊缝，填充焊缝两端的焊趾分别与合金钢集箱及镍基小管相联。
2.根据权利要求1所述的镍基小管与合金钢集箱角焊缝结构，其特征在于：所述合金钢集箱与镍基小管均设有坡口。
3.一种镍基小管与合金钢集箱的焊接工艺，包括以下步骤：A）通过点焊连接、固定镍基小管与合金钢集箱；其特征在于：B）在镍基小管与合金钢集箱连接处进行打底焊接，形成环形的打底焊缝，打底焊材采用与镍基小管相同的镍基焊材；C）在打底焊缝外侧进行后续填充焊接，填充焊缝两端的焊趾分别与合金钢集箱及镍基小管相联，填充焊接采用镍基焊材，其焊材强度与合金钢集箱强度相同或不高出50Mpa。
4.根据权利要求1所述的镍基小管与合金钢集箱的焊接工艺，其特征在于：所述镍基小管与合金钢集箱连接处均开设坡口。
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