CN112276307B - 模块化生产用司太立合金焊接及热处理工艺方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种模块化生产用司太立合金焊接及热处理工艺方法，包括以下步骤：A、焊前准备；B、组对准备；C、坡口组对及点固焊；D、焊缝焊接，包括以下分步骤：d1)表面质量检查：d2)预热及焊接工艺，包括以下分步骤：d21)对焊接部位进行预热；d22)焊接工艺为GTAW，线性焊道，压道焊，接头错开；d3)根据焊缝的类型选择对应的施焊方法进行施焊；d4)打底焊；d5)手工钨极氩弧焊填充盖面；E、对焊缝处进行后热处理和消应力热处理；F)焊缝VT检查；G)焊缝PT检测；H)焊缝RT检测。该焊接及热处理工艺方法采取后热及消除应力热处理步骤，消除熔敷金属内部氢气，消除焊缝及热影响区残余应力，减小了焊接变形，焊缝金属组织致密。

Description

模块化生产用司太立合金焊接及热处理工艺方法

技术领域

本发明涉及一种模块化生产用司太立合金焊接及热处理工艺方法，用于模块化生产过程中管道与板材、板材与板材之间的焊接和热处理。

背景技术

在模块化的生产过程中，经常会遇到管材与盲板之间的环焊缝的焊接，或者板材与板材之间的纵焊缝的焊接，这两种母材中，其中第一母材的材料为碳钢SA-106Gr.B无缝钢管或板材，第二母材为司太立UNS R30006盲板；而司太立合金材料的焊接及热处理工艺技术难度非常大，并且质量要求高，焊接热处理工艺工作周期长，对焊工操作技能要求高。这些特点，使得常规的焊接及热处理工艺无法完成司太立合金盲板和碳钢的钢管或板材之间的焊接工作。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种模块化生产用司太立合金焊接及热处理工艺方法，该焊接及热处理工艺方法有利于消除司太立合金焊接期间近缝区母材裂纹倾向，尤其采取后热及消除应力热处理工艺，消除熔敷金属内部氢气及消除焊缝及热影响区残余应力，大大减小了焊接变形，大大减小了焊缝及热影响区裂纹倾向，焊缝金属组织致密，无裂纹缺陷。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：模块化生产用司太立合金焊接及热处理工艺方法，包括以下步骤：

A、焊前准备，包括以下分步骤：

a1）确定焊接及热处理的执行标准；

a2）检查母材的规格、牌号；焊材规格、牌号及气体是否符合标准；

a3）选择工具；

a4）工具的验收检查；

a5）确定对需焊接的第一母材和第二母材材料，其中第一母材的材料为碳钢SA-106Gr.B无缝钢管或板材，第二母材为司太立UNS R30006盲板；其中第一母材的切口端面加工成单V形坡口，坡口面与竖直方向的夹角为45°±2.5°,钝边为0-1.5mm；组对间隙3.2~4.0mm；

a6）将坡口面内外表面20mm范围内杂物清除干净，露出金属光泽；

B、坡口组对准备及技术要求，包括以下分步骤：

b1) 确认组对用的工装卡具、点固块，其与母材接触部位的卡具材质要与母材相同或同一组别；

b2)第一母材和第二母材采用水平组对，组对间隙为3.2-4.0mm且均匀；

C、坡口组对及点固焊

将第一母材和第二母材采用点固块进行装配组对，采用手工电弧焊进行点固焊，焊丝ERNiCrMo-3，直径φ2.4 mm，包括以下分步骤：

c1）对于环形焊缝组对：将整条环焊缝圆周均匀分为12等分，钟点位置的3、6、9、12位置暂时不设置点固块，八个点固块布置在1、2、4、5、7、8、10、11点位置，若钟点位置的3、6、9、12位置范围内有错边超标，则增加设置点固块；

c2）对于纵焊缝组对：将整条纵焊缝均匀分为若干等分，每个等分长度为300~400mm，等分位置设置点固块，若等分点位置范围内有错边超标，则增加设置点固块；

c3）对于环形焊缝点固焊：点固块处于环形焊缝坡口面之间，点固块与坡口面的接触点距离母线的距离6~7mm；点固块两边点固焊缝长度10~25mm、厚度3~5mm；

c4）对于纵焊缝点固焊：从纵焊缝长度的中点开始，向两边延伸分段点固焊；点固块处于纵焊缝坡口面之间，点固块与坡口面的接触点距离母线的距离6~7mm；点固块两边点固焊缝长度10~25mm、厚度3~5mm；

c5）检查点固焊的质量；

D、焊缝焊接，包括以下分步骤：

d1）对第一母材的坡口和第二母材的表面质量检查：

d2）预热及焊接工艺，包括以下分步骤：

d21）对第一母材的坡口和第二母材的焊接部位进行预热，预热温度300℃~350℃；

d22）焊接工艺为GTAW，线性焊道，压道焊，接头错开，具体工艺参数为：

d221)手工钨极氩弧焊第一层：焊丝为ERNiCrMo-3，直径φ=2.4 mm，熔敷焊道宽度＜13mm，每道厚度＜2.4mm，电流为86~90A，电压为10~12V，道间温度300~350℃；

d222）手工钨极氩弧焊第二层：焊丝ERNiCrMo-3，直径φ=2.4 mm，熔敷焊道宽度＜13mm，每道厚度＜2.4mm，电流155~160A，电压11~13V，道间温度300~350℃；

d223）手工钨极氩弧焊第三层至第五层：焊丝ERNiCrMo-3，直径φ=2.4 mm，熔敷焊道宽度＜13mm，每道厚度＜2.4mm，电流155~160A，电压11~13V，道间温度300~350℃；

d224）手工钨极氩弧焊第六至第n层：焊丝ERNiCrMo-3，直径φ=2.4 mm，熔敷道数为1层若干道，具体道数由焊件厚度及坡口宽度决定；每道宽度＜13mm，每道厚度＜2.4mm，电流145~160A，电压11~13V，道间温度300~350℃；

d225）上述手工钨极氩弧焊的具体层数根据坡口的尺寸及每层的厚度来实际确定，打磨清除道间层间氧化物及表面咬边、飞溅以及接头过高的缺陷；

d3）根据焊缝的类型选择对应的施焊方法进行施焊；

d4）打底焊

打底焊道共焊2层，每层1道，焊丝选用φ1.6 mm或φ2.4 mm，线性焊道，焊炬摆宽不超过焊丝直径的3倍，焊缝背面相对于第一母材内壁余高小于3mm，层间温度在300℃—350℃范围；

d5）手工钨极氩弧焊填充盖面，采用线性焊道、对称焊，手工钨极氩弧焊填充盖面的焊接顺序、焊接方向及起弧收弧位置与打底焊相同，焊炬摆宽不超过焊丝直径的3倍，层间温度在300℃—350℃；焊丝选用φ2.0 mm或φ2.4 mm，使用φ2.0 mm焊丝时，每层厚度小于2mm，使用φ2.4 mm焊丝时，每层厚度小于3mm；多层多道焊层间接头要错开；

E、对焊缝区进行热处理，具体包括以下步骤：

e1）后热处理

焊接完成之后，立即进行后热处理，后热温度为350℃~450℃，保温时长1~1.5小时；

e2）消应力热处理

消应力热处理的保温温度620℃±20℃，保温时间120±10min；升温速率56℃/h~170℃/h之间，降温速率56℃/h~170℃/h之间；入炉温度为≤425℃，冷却方式为炉冷；

e3）出炉后清理表面氧化物；

F）焊缝VT检查；

G）焊缝PT检测；

H）焊缝RT检测。

其中优选的，所述步骤d3）根据焊缝的类型选择对应的施焊方法的具体操作如下：

一、对于环焊缝焊接，包括以下两种施焊方式：

d31）第一母材的管材绕自身中心线顺时针转动，在钟点位置1→12之间起弧，逆时针方向焊接；线性焊道；打底层焊缝熔覆金属背面相对于材料内壁余高小于3mm；

d32）第一母材的管材固定不动，采用分段对称施焊；打底层焊缝熔覆金属背面相对于材料内壁余高小于3mm；将环形焊缝等分为12段，并且将12段焊缝划分为两组；

d321）确定分段对称焊接顺序、焊接方向和起弧位置及焊接：

d322）确定第一组分段对称焊接顺序、焊接方向和起弧位置及焊接：其中第一组焊接顺序；按照钟点位置6→5、11→12；3→2、8→9；6→7、1→12；4→3、9→10的顺序焊接；其中6→5、11→12为一对对称焊段，3→2、8→9为一对对称焊段，6→7、1→12为一对对称焊段，4→3、9→10为一对对称焊段；

第一组分段对称焊起弧位置：焊接6→5，3→2，9→10焊段时，分别从6、3、9点的钟点位置前25mm起弧，然后分别折回6点、3点、9点的钟点位置前10mm开始焊接，每焊段焊接完成之后，将焊段起弧端头打磨成缓坡形；焊接11→12、4→3、8→9、1→12焊段时，分别从11、4、8、1点位置的点固块端头前20mm起弧，然后分别折回到11、4、8、1点的点固块端头前10mm开始焊接；11→12焊段在12点附近收弧，焊接完成之后，将收弧端头打磨成缓坡形；焊接4→3、8→9、1→12焊段末端时电弧继续前移，在3、9、12位置前方10mm附近与焊道端头缓坡接头后收弧；焊接6→7焊段时，电弧在6点位置前20mm起弧，然后电弧后移10mm，电弧落在焊缝端头的缓坡上，拉长电弧加热熔化焊缝端头的缓坡，然后压短电弧开始接头焊接，电弧距离7点位置点固块10mm位置收弧；

d323）打磨清除1、2、4、5、7、8、10、11点位置的点固块，磨平焊疤，将点固块附近的焊缝端头打磨成缓坡形。

d324）确定第二组分段对称焊接顺序、焊接方向和起弧位置及焊接：

其中第二组焊接顺序：按照7→8、2→1；5→4、10→11顺序焊接；其中5→4、10→11为一对称焊段，7→8、2→1为一对称焊段；

第二组起弧位置及焊接：焊接7→8、2→1；5→4、10→11焊段时，分别从7、2、5、10点的钟点位置前10mm起弧，然后电弧分别折回7点、2点、5点、10点的钟点位置后10mm焊缝端头缓坡上，拉长电弧加热熔化焊缝端头的缓坡，然后压短电弧开始接头焊接，分别于8点、1点、4点、11点的钟点位置前10mm焊缝端头缓坡接头，每焊段焊接完成之后，将焊缝接头部位过高的余高打磨成与焊缝表面平齐；

d33）层间道间接头错开，相邻层的焊缝焊道接头位置错开大于10mm距离；同一层的焊缝焊道接头相互错开大于10mm距离；

二、对于纵焊缝焊接，将整条纵焊缝均匀分为若干等分，每个等分长度300~400mm；选择从焊缝长度的中间部位开始，向两边分段跳焊；且层间道间接头要错开。

其中优选的，所述步骤C中，第二母材的侧点固焊部位在点固焊之前先进行火焰预热到300℃-350℃范围。

其中优选的，所述步骤d21）对第一母材的坡口和第二母材的焊接部位进行预热的具体方式为：

d211）当第一母材为管材时，将两热电偶固定在第一母材的外部最低点6点和最高点12点位置；当第一母材为板材时，将两热电偶与坡口外边缘垂直设置且热电偶距离板材的两侧边缘50-100mm；热电偶的测量端距离第一母材的坡口外边缘30mm-50mm；

将另一只热电偶固定在第二母材上，当第一母材为管材时该热电偶的测量端位于第一母材的中心线处，当第一母材为板材时，该热电偶的测量端位于第一母材和第二母材的平面相交处；

d212）在三只热电偶的外部包裹电加热带，第一母材外部的电加热带边缘长出热电偶的测量端0-5mm，电加热带的外部由保温棉包裹捆扎固定；

第二母材上的热电偶的测量端处于电加热带的几何中心，外部由保温棉包裹捆扎；第一母材上的电加热带与第二母材上的电加热带之间的间距为100mm-120mm区间，且用过渡保温棉进行封堵；

d213）将电加热带进行通电预热，并控制坡口面的预热温度在300℃-350℃范围；

d214）预热符合要求后，将过渡保温棉拆除。

其中优选的，所述步骤e1）后热处理的具体分步骤为：

e11）焊接完成后，立即用过渡保温棉将焊缝包裹并绑紧并利用点温计进行温度监测，点温计测量端接触焊缝表面上，后处理的环境中不能有空气对流；

e12）通电并控制电加热带加热使焊缝的温度350℃～450℃范围内进行后热处理，保温时间为1-1.5小时；

e13）保温时间到达规定时间后停止供电，待冷却后，拆除保温棉、电加热带及热电偶。

其中优选的，所述e2）消应力热处理包括以下分步骤：

e21）当第一母材为管材时，使用五个热电偶且将五个热电偶分别对应不同颜色和编号；当第一母材为板材时，使用三个热电偶且将其分别对应不同颜色和编号；

e22）当第一母材为管材时，将其中四个热电偶等间距分别固定第一母材的外表面，四个热电偶分别固定在第一母材外周面3点、6点、9点和12点位置，热电偶的测量端置于焊缝外表面中心；将另一只热电偶固定在第二母材上；

当第一母材为板材时，将两个热电偶固定在第一母材的外表面且与坡口外边缘垂直，两个热电偶分别距离板材的两侧边缘50-100mm；两个热电偶的测量端距离第一母材的坡口外边缘30mm-50mm；另一个热电偶固定在第二母材几何中心处，且该热电偶的测量端位于第一母材和第二母材的平面交线上；

e23）将履带式电加热带包裹在第一母材的焊缝外，外部再用保温棉包裹捆扎，保温棉的宽度超出电加热带边缘100mm以上的范围；有效加热区以焊缝宽度的中线为中心，有效加热区的宽度大于50mm；

第二母材采用绳式加热带加热，以同心圆形式盘绕成圆形加热带，该圆形加热带的最大直径与第二母材的边缘的间距小于15~30mm；该圆形加热带用点焊的焊丝头进行固定，该圆形加热带外面用保温棉包裹并用焊丝头固定，第一母材和第二母材外部的保温棉相互搭头形成密闭的整体；保温棉捆扎后四周设置大于800mm的散热空间；

e24）通电加热；

e25）根据热电偶测试的温度通过记录仪生成温度-时间曲线；

e26）消除应力热处理达到要求后停止供电并拆除保温棉、电加热带和热电偶；

e27）清除焊缝表面氧化物及浮灰。

采用了上述技术方案后，本发明的效果是：

1、该焊接及热处理工艺中，将碳钢SA-106Gr.B无缝钢管或板材与司太立合金UNSR30006盲板手工钨极氩弧焊焊接填充盖面完成期间，选用镍合金焊接材料ERNiCrMo-3，保证了焊缝熔敷金属的强度和韧性，保证了司太立母材UNS R30006近缝区应力均匀，焊接变形小。

2、焊前预热，控制道间温度，始终把道间温度控制在较窄的温度范围内，有利于司太立合金的第二母材松弛，有效减小焊缝残余应力及变形。而且道间温度区间也有利于焊缝熔覆金属内部氢气扩散，对于避免焊接期间熔敷金属及近缝区开裂有利。

3、焊接过程及时打磨清除道间及层间氧化物及接头过高的加强高等缺陷，有效避免了焊缝夹渣缺陷的发生。

3、在焊接后进行了焊后后热及焊缝消应力热处理工艺，进一步消除熔敷金属内及近缝区母材内的氢气，还消除了焊缝及热影响区焊接残余应力，恢复了司太立母材的塑性和韧性，避免了焊缝及热影响区开裂缺陷的发生。

4、手工钨极氩弧焊工艺都采用线性焊道，左焊法，压道焊，不摆动，控制每道焊缝熔敷金属厚度，可以减小焊接热输入，减小焊接热影响区范围，减小焊接应力及变形。

经过上述措施后可以减小了焊缝熔敷金属、热影响区及母材的焊接应力和变形，减小了熔敷金属内部气孔、夹渣，尤其是裂纹倾向，保证了焊缝熔敷金属、热影响区及近缝区母材的质量。

另外，本发明的焊接及热处理工艺中，对于环形焊缝的焊接采用了两种施焊方式，其中第一母材水平固定，此时采用分段对称焊，确保焊接应力平横，减小焊接热输入，减小焊接热影响区范围，减小焊接应力及变形；而另一种是第一母材水平转动，管道顺时针匀速转动，焊接时采用逆时针方向，左焊法施焊，可以减小焊接热输入，减小焊接热影响区范围，减小焊接应力及变形。

另外，上述的焊接第二母材的侧点固焊部位在点固焊之前先进行火焰预热到300℃-350℃范围，这样在进行点固焊时第二母材的温度不会骤然升高，第二母材更加松弛，有效减小焊缝残余应力及变形。

另外，由于采用了所述步骤d21）预热的分步骤、所述e2）消应力热处理的分步骤，其预热和热处理的效率更高，并且温度的检测和控制更容易。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明实施例的第一母材和第二母材组对时的结构剖视图；

图2是环形焊缝的圆周均布的示意图；

图3是第一母材和第二母材点固焊时的结构剖视图；

图4是第一母材和第二母材预热状态时的示意图；

图5是坡口截面焊缝熔敷时的顺序示意图；

图6是第一母材和第二母材后热时的示意图；

图7是第一母材和第二母材消除应力热处理的示意图；

附图中：1.第一母材；2.第二母材；3.坡口；4.组对间隙；5.点固块；6.第一热电偶；7.第一保温棉；8.第一电加热带；9.过渡保温棉；10.第二保温棉；11.第二热电偶；12.打底焊道；13. 填充盖面焊道；14. 圆形加热带。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明作进一步的详细描述。

如图1至图7所示，模块化生产用司太立合金焊接及热处理工艺方法，包括以下步骤：

A、焊前准备，包括以下分步骤：

a1）确定焊接及热处理的执行标准；

a2）检查母材的规格、牌号；焊材规格、牌号及气体是否符合标准；

本实施例中执行标准为：

ASME Ⅸ-2017《焊接和钎焊工艺，焊工、钎接工、焊接和钎焊操作工评定标准》；

ASME Ⅷ-1-2017《压力容器建造规则》

a3）选择工具；

a4）工具的验收检查；

其中需用的焊接设备有：逆变直流氩弧/手工钨极氩弧焊机WS-400E或同类型弧焊电源、氩气减压表、焊丝烘干箱、焊丝保温桶、热处理设备ZW-II-240或同类型设备、热电偶、点温计以及坡口3加工设备、无损和理化检验设备等。

要求逆变直流氩弧/手工钨极氩弧焊机WS-400E的电流表、电压表及氩气减压表及上述相应设备已经过标定，且在标定有效期内。

需用的工机具主要有：角向磨光机、钢丝刷、半圆锉、手电筒、焊缝检查尺、丙酮、棉纱及劳保用品、电加热带、保温棉。

a5）确定对需焊接的第一母材1和第二母材2材料，其中第一母材1的材料为碳钢SA-106Gr.B无缝钢管或板材，第二母材2为司太立UNS R30006盲板；其中第一母材1的切口端面加工成单V形坡口3，坡口面与竖直方向的夹角为45°±2.5°,钝边为0-1.5mm；组对间隙43.2~4.0mm；

a6）将坡口面内外表面20mm范围内杂物清除干净，露出金属光泽；

至此，本实施例中，表1记录了该规格材料及焊材的技术参数；

序号	材料名称	材料牌号/标准号	材料规格mm	制造标准
					1.	司太立板102	UNS R30006	δ=40	/
2.	碳钢无缝管1	SA-106Gr.B	φ914×8.35	ASME SA-106Gr.B
					3.	镍合金焊丝	ERNiCrMo-3	φ2.0/φ2.4	AWS A5.14
4.	氩气	Ar	99.997%	GB/T4842-2017

表1

B、坡口3组对准备及技术要求，包括以下分步骤：

b1) 确认组对用的工装卡具、点固块5，其与母材接触部位的卡具材质要与母材相同或同一组别；

b2)第一母材1和第二母材2采用水平组对，组对间隙4为3.2-4.0mm且均匀；

C、坡口3组对及点固焊

将第一母材1和第二母材2采用点固块5进行装配组对，采用手工电弧焊进行点固焊，焊丝ERNiCrMo-3，直径φ2.4 mm，包括以下分步骤：

c1）对于环形焊缝组对：将整条环焊缝圆周均匀分为12等分，钟点位置的3、6、9、12位置暂时不设置点固块5，八个点固块5布置在1、2、4、5、7、8、10、11点位置，若钟点位置的3、6、9、12位置范围内有错边超标，则增加设置点固块5；

c2）对于纵焊缝组对：将整条纵焊缝均匀分为若干等分，每个等分长度为300~400mm，等分位置设置点固块5，若等分点位置范围内有错边超标，则增加设置点固块5；

c3）对于环形焊缝点固焊：点固块5处于环形焊缝坡口面之间，点固块5与坡口面的接触点距离母线的距离6~7mm；点固块5两边点固焊缝长度10~25mm、厚度3~5mm；

c4）对于纵焊缝点固焊：从纵焊缝长度的中点开始，向两边延伸分段点固焊；点固块5处于纵焊缝坡口面之间，点固块5与坡口面的接触点距离母线的距离6~7mm；点固块5两边点固焊缝长度10~25mm、厚度3~5mm；

c5）检查点固焊的质量，质量不合格需要打磨掉，重新点固；

所述步骤C中，第二母材2的侧点固焊部位在点固焊之前先进行火焰预热到300℃-350℃范围。

D、焊缝焊接，包括以下分步骤：

d1）对第一母材1的坡口3和第二母材2的表面质量检查：需要确保坡口面目视检查不得有裂纹、夹层、毛刺等缺陷；并且对坡口3尺寸和组对间隙4尺寸进行再次核查；

d2）预热及焊接工艺，焊前预热的目的是为了第一母材1和第二母材2的材料松弛，减小焊接应力，降低焊缝产生裂纹倾向，包括以下分步骤：

d21）对第一母材1的坡口3和第二母材2的焊接部位进行预热，预热温度300℃~350℃；

其中优选的，所述步骤d21）对第一母材1的坡口3和第二母材2的焊接部位进行预热的具体方式为：

d211）当第一母材1为管材时，将两热电偶固定在第一母材1的外部最低点6点和最高点12点位置；为了方便描述，将设置在第一母材1上的热电偶定义为第一热电偶6；

当第一母材1为板材时，将两热电偶与坡口外边缘垂直设置且热电偶距离板材的两侧边缘50-100mm；热电偶的测量端距离第一母材1的坡口外边缘30mm-50mm；

将另一只热电偶（定义为第二热电偶11）固定在第二母材2上，当第一母材1为管材时该热电偶的测量端位于第一母材1的中心线处，当第一母材1为板材时，该热电偶的测量端位于第一母材1和第二母材2的平面相交处；

d212）在第一热电偶6的外部包裹第一电加热带8，第二热电偶11的外部包裹第二电加热带，第一母材1外部的第一电加热带8边缘长出第一热电偶的测量端0-5mm，第一电加热带8的外部由第一保温棉7包裹捆扎固定；

第二母材2上的第二热电偶11的测量端处于电加热带的几何中心，外部由第二保温棉10包裹捆扎；第一母材1上的第一电加热带8与第二母材2上的第二电加热带之间的间距为100mm-120mm区间，且用过渡保温棉9带进行封堵；

d213）将第一电加热带8、第二电加热带进行通电预热，并控制坡口面的预热温度在300℃-350℃范围；

d214）预热符合要求后，将所有的保温棉拆除，而第一电加热带和第二电加热带继续保留，这样可以在焊接的过程中进一步进行温度调节，当温度较低时可打开电加热带而进行母材的温度调整。

d22）焊接工艺为GTAW，线性焊道，左焊法，压道焊，接头错开，通过该焊接工艺形成了打底焊道12和填充盖面焊道13，具体工艺参数为：

d221)手工钨极氩弧焊第一层：焊丝为ERNiCrMo-3，直径φ=2.4mm，熔敷焊道宽度＜13mm，每道厚度＜2.4mm，电流为86~90A，电压为10~12V，道间温度300~350℃；

d222）手工钨极氩弧焊第二层：焊丝ERNiCrMo-3，直径φ=2.4 mm，熔敷焊道宽度＜13mm，每道厚度＜2.4mm，电流155~160A，电压11~13V，道间温度300~350℃；

d223）手工钨极氩弧焊第三层至第五层：焊丝ERNiCrMo-3，直径φ=2.4 mm，熔敷焊道宽度＜13mm，每道厚度＜2.4mm，电流155~160A，电压11~13V，道间温度300~350℃；

d224）手工钨极氩弧焊第六至第n层：焊丝ERNiCrMo-3，直径φ=2.4 mm，熔敷道数为1层若干道，具体道数由焊件厚度及坡口3宽度决定；每道宽度＜13mm，每道厚度＜2.4mm，电流145~160A，电压11~13V，道间温度300~350℃；

d225）上述手工钨极氩弧焊的具体层数根据坡口3的尺寸及每层的厚度来实际确定，打磨清除道间层间氧化物及表面咬边、飞溅以及接头过高的缺陷；

d3）根据焊缝的类型选择对应的施焊方法进行施焊；

所述步骤d3）根据焊缝的类型选择对应的施焊方法的具体操作如下：

一、对于环焊缝焊接，包括以下两种施焊方式：

d31）第一母材1的管材绕自身中心线顺时针转动，在钟点位置1→12之间起弧，逆时针方向焊接；线性焊道；打底层焊缝熔覆金属背面相对于材料内壁余高小于3mm；

d32）第一母材1的管材固定不动，采用分段对称施焊；打底层焊缝熔覆金属背面相对于材料内壁余高小于3mm；将环形焊缝等分为12段，并且将12段焊缝划分为两组；

d321）确定分段对称焊接顺序、焊接方向和起弧位置及焊接：

d322）确定第一组分段对称焊接顺序、焊接方向和起弧位置及焊接：其中第一组焊接顺序；按照钟点位置6→5、11→12；3→2、8→9；6→7、1→12；4→3、9→10的顺序焊接；其中6→5、11→12为一对对称焊段，3→2、8→9为一对对称焊段，6→7、1→12为一对对称焊段，4→3、9→10为一对对称焊段；

第一组分段对称焊起弧位置：焊接6→5，3→2，9→10焊段时，分别从6、3、9点的钟点位置前25mm起弧，然后分别折回6点、3点、9点的钟点位置前10mm开始焊接，每焊段焊接完成之后，将焊段起弧端头打磨成缓坡形；焊接11→12、4→3、8→9、1→12焊段时，分别从11、4、8、1点位置的点固块5端头前20mm起弧，然后分别折回到11、4、8、1点的点固块5端头前10mm开始焊接；11→12焊段在12点附近收弧，焊接完成之后，将收弧端头打磨成缓坡形；焊接4→3、8→9、1→12焊段末端时电弧继续前移，在3、9、12位置前方10mm附近与焊道端头缓坡接头后收弧；焊接6→7焊段时，电弧在6点位置前20mm起弧，然后电弧后移10mm，电弧落在焊缝端头的缓坡上，拉长电弧加热熔化焊缝端头的缓坡，然后压短电弧开始接头焊接，电弧距离7点位置点固块510mm位置收弧；

d323）打磨清除1、2、4、5、7、8、10、11点位置的点固块5，磨平焊疤，将点固块5附近的焊缝端头打磨成缓坡形。

d324）确定第二组分段对称焊接顺序、焊接方向和起弧位置及焊接：

其中第二组焊接顺序：按照7→8、2→1；5→4、10→11顺序焊接；其中5→4、10→11为一对称焊段，7→8、2→1为一对称焊段；

第二组起弧位置及焊接：焊接7→8、2→1；5→4、10→11焊段时，分别从7、2、5、10点的钟点位置前10mm起弧，然后电弧分别折回7点、2点、5点、10点的钟点位置后10mm焊缝端头缓坡上，拉长电弧加热熔化焊缝端头的缓坡，然后压短电弧开始接头焊接，分别于8点、1点、4点、11点的钟点位置前10mm焊缝端头缓坡接头，每焊段焊接完成之后，将焊缝接头部位过高的余高打磨成与焊缝表面平齐；

d33）层间道间接头错开，相邻层的焊缝焊道接头位置错开大于10mm距离；同一层的焊缝焊道接头相互错开大于10mm距离；

二、对于纵焊缝焊接，将整条纵焊缝均匀分为若干等分，每个等分长度300~400mm；选择从焊缝长度的中间部位开始，向两边分段跳焊；且层间道间接头要错开。

d4）打底焊

打底焊道12共焊2层，每层1道，焊丝选用φ1.6 mm或φ2.4 mm，线性焊道，焊炬摆宽不超过焊丝直径的3倍，焊缝背面相对于第一母材1内壁余高小于3mm，层间温度在300℃—350℃范围；这样有利于母材松弛，尤其是司太立合金材料的松弛，有利于熔覆金属内氢气扩散，减小焊接应力，减小熔覆金属及焊趾裂纹倾向。质检人员仔细观察焊接过程中的焊接变形，如果出现轴线不直，可由焊工在焊接过程中，采取合理的焊接反变形原理进行校正。打底层第一层焊缝的质量对整条焊缝的质量起着至关重要的作用。打底层第一层每段焊缝完成后，须检查根部成型质量，检查焊缝接头质量，对于发现的内咬边、内凹、焊瘤、内部余高过高等缺陷，及时打磨清除。

d5）手工钨极氩弧焊填充盖面，形成填充盖面焊道13，采用线性焊道、对称焊，手工钨极氩弧焊填充盖面的焊接顺序、焊接方向及起弧收弧位置与打底焊相同，焊炬摆宽不超过焊丝直径的3倍，层间温度在300℃—350℃；焊丝选用φ2.0 mm或φ2.4 mm，使用φ2.0mm焊丝时，每层厚度小于2mm，使用φ2.4 mm焊丝时，每层厚度小于3mm；多层多道焊层间接头要错开；

焊接过程中应对每道焊缝进行外观检查，发现缺陷及时清除。打磨清除缺陷时应小心进行，以避免出现过热。焊道表面应是连续的，厚度均匀，并与邻近焊道的表面均匀过渡。焊接操作应避免在恶劣的气候条件下进行。环境温度保持在+5℃以上。工作场所设置屏风，以减少影响电弧稳定的对流风。焊丝应按要求进行存储保管，以避免焊接过程中产生气孔等缺陷。

至此，表2为打底焊道12和填充盖面道的工艺参数表：

E、对焊缝区进行热处理，具体包括以下步骤：

e1）后热处理

焊接完成之后，立即进行后热处理，后热温度为350℃~450℃，保温时长1~1.5小时；

所述步骤e1）后热处理的具体分步骤为：

e11）焊接完成后，立即用过渡保温棉将焊缝包裹并绑紧并利用点温计进行温度监测，点温计测量端接触焊缝表面上，后处理的环境中不能有空气对流；

e12）通电并控制电加热带加热使焊缝的温度350℃～450℃范围内进行后热处理，保温时间为1-1.5小时；

e13）保温时间到达规定时间后停止供电，待冷却后，拆除保温棉、电加热带及热电偶。

e2）消应力热处理

消应力热处理的保温温度620℃±20℃，保温时间120±10min；升温速率56℃/h~170℃/h之间，降温速率56℃/h~170℃/h之间；入炉温度为≤425℃，冷却方式为炉冷；

所述e2）消应力热处理包括以下分步骤：

e21）当第一母材1为管材时，使用五个热电偶且将五个热电偶分别对应不同颜色和编号；当第一母材1为板材时，使用三个热电偶且将其分别对应不同颜色和编号；

e22）当第一母材1为管材时，将其中四个热电偶等间距分别固定第一母材的外表面，四个热电偶分别固定在第一母材1外周面3点、6点、9点和12点位置，热电偶的测量端置于焊缝外表面中心；将另一只热电偶固定在第二母材2上；

当第一母材1为板材时，将两个热电偶固定在第一母材1的外表面且与坡口外边缘垂直，两个热电偶分别距离板材的两侧边缘50-100mm；两个热电偶的测量端距离第一母材1的坡口外边缘30mm-50mm；另一个热电偶固定在第二母材2几何中心处，且该热电偶的测量端位于第一母材1和第二母材2的平面交线上；

e23）将履带式电加热带以焊缝为中心线包裹在第一母材1的焊缝外，外部再用保温棉包裹捆扎，保温棉的宽度超出电加热带边缘100mm以上的范围；有效加热区以焊缝宽度的中线为中心，有效加热区的宽度大于50mm；

第二母材2采用绳式加热带加热，以同心圆形式盘绕成圆形加热带14，该圆形加热带14的最大直径与第二母材2的边缘的间距小于15~30mm；该圆形加热带14用点焊的焊丝头进行固定，该圆形加热带14外面用保温棉包裹并用焊丝头固定，第一母材1和第二母材2外部的保温棉相互搭头形成密闭的整体；保温棉捆扎后四周设置大于800mm的散热空间；

e24）通电加热；热处理加热及保温期间，作业环境附近应避免大型设备等运行产生振动，造成热电偶端部接触松动而采集数据波动，或者补偿导线接头松动而导致曲线掉线；

e25）根据热电偶测试的温度通过记录仪生成温度-时间曲线；

e26）消除应力热处理达到要求后停止供电并拆除保温棉、电加热带和热电偶；

e27）清除焊缝表面氧化物及浮灰。

e3）出炉后清理表面氧化物；

至此，消除应力热处理规范工艺参数如表3。

F）焊缝VT检查；

G）焊缝PT检测；

H）焊缝RT检测。

以上所述实施例仅是对本发明的优选实施方式的描述，不作为对本发明范围的限定，在不脱离本发明设计精神的基础上，对本发明技术方案作出的各种变形和改造，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。

Claims (6)

1.模块化生产用司太立合金焊接及热处理工艺方法，其特征在于：包括以下步骤：

A、焊前准备，包括以下分步骤：

a1）确定焊接及热处理的执行标准；

a2）检查母材的规格、牌号；焊材规格、牌号及气体是否符合标准；

a3）选择工具；

a4）工具的验收检查；

a5）确定对需焊接的第一母材和第二母材材料，其中第一母材的材料为碳钢SA-106Gr.B无缝钢管或板材，第二母材为司太立UNS R30006盲板；其中第一母材的切口端面加工成单V形坡口，坡口面与竖直方向的夹角为45°±2.5°,钝边为0-1.5mm；组对间隙3.2~4.0mm；

a6）将坡口面内外表面20mm范围内杂物清除干净，露出金属光泽；

B、坡口组对准备及技术要求，包括以下分步骤：

b1) 确认组对用的工装卡具、点固块，其与母材接触部位的卡具材质要与母材相同或同一组别；

b2)第一母材和第二母材采用水平组对，组对间隙为3.2-4.0mm且均匀；

C、坡口组对及点固焊

将第一母材和第二母材采用点固块进行装配组对，采用手工电弧焊进行点固焊，焊丝ERNiCrMo-3，直径φ2.4 mm，包括以下分步骤：

c1）对于环形焊缝组对：将整条环焊缝圆周均匀分为12等分，钟点位置的3、6、9、12位置暂时不设置点固块，八个点固块布置在1、2、4、5、7、8、10、11点位置，若钟点位置的3、6、9、12位置范围内有错边超标，则增加设置点固块；

c2）对于纵焊缝组对：将整条纵焊缝均匀分为若干等分，每个等分长度为300~400mm，等分位置设置点固块，若等分点位置范围内有错边超标，则增加设置点固块；

c3）对于环形焊缝点固焊：点固块处于环形焊缝坡口面之间，点固块与坡口面的接触点距离母线的距离6~7mm；点固块两边点固焊缝长度10~25mm、厚度3~5mm；

c4）对于纵焊缝点固焊：从纵焊缝长度的中点开始，向两边延伸分段点固焊；点固块处于纵焊缝坡口面之间，点固块与坡口面的接触点距离母线的距离6~7mm；点固块两边点固焊缝长度10~25mm、厚度3~5mm；

c5）检查点固焊的质量；

D、焊缝焊接，包括以下分步骤：

d1）对第一母材的坡口和第二母材的表面质量检查：

d2）预热及焊接工艺，包括以下分步骤：

d21）对第一母材的坡口和第二母材的焊接部位进行预热，预热温度300℃~350℃；

d22）焊接工艺为GTAW，线性焊道，压道焊，接头错开，具体工艺参数为：

d221)手工钨极氩弧焊第一层：焊丝为ERNiCrMo-3，直径φ=2.4 mm，熔敷焊道宽度＜13mm，每道厚度＜2.4mm，电流为86~90A，电压为10~12V，道间温度300~350℃；

d222）手工钨极氩弧焊第二层：焊丝ERNiCrMo-3，直径φ=2.4 mm，熔敷焊道宽度＜13mm，每道厚度＜2.4mm，电流155~160A，电压11~13V，道间温度300~350℃；

d223）手工钨极氩弧焊第三层至第五层：焊丝ERNiCrMo-3，直径φ=2.4 mm，熔敷焊道宽度＜13mm，每道厚度＜2.4mm，电流155~160A，电压11~13V，道间温度300~350℃；

d224）手工钨极氩弧焊第六至第n层：焊丝ERNiCrMo-3，直径φ=2.4 mm，熔敷道数为1层若干道，具体道数由焊件厚度及坡口宽度决定；每道宽度＜13mm，每道厚度＜2.4mm，电流145~160A，电压11~13V，道间温度300~350℃；

d225）上述手工钨极氩弧焊的具体层数根据坡口的尺寸及每层的厚度来实际确定，打磨清除道间层间氧化物及表面咬边、飞溅以及接头过高的缺陷；

d3）根据焊缝的类型选择对应的施焊方法进行施焊；

d4）打底焊

打底焊道共焊2层，每层1道，焊丝选用φ1.6 mm或φ2.4 mm，线性焊道，焊炬摆宽不超过焊丝直径的3倍，焊缝背面相对于第一母材内壁余高小于3mm，层间温度在300℃—350℃范围；

d5）手工钨极氩弧焊填充盖面，采用线性焊道、对称焊，手工钨极氩弧焊填充盖面的焊接顺序、焊接方向及起弧收弧位置与打底焊相同，焊炬摆宽不超过焊丝直径的3倍，层间温度在300℃—350℃；焊丝选用φ2.0 mm或φ2.4 mm，使用φ2.0 mm焊丝时，每层厚度小于2mm，使用φ2.4 mm焊丝时，每层厚度小于3mm；多层多道焊层间接头要错开；

E、对焊缝区进行热处理，具体包括以下步骤：

e1）后热处理

焊接完成之后，立即进行后热处理，后热温度为350℃~450℃，保温时长1~1.5小时；

e2）消应力热处理

消应力热处理的保温温度620℃±20℃，保温时间120±10min；升温速率56℃/h~170℃/h之间，降温速率56℃/h~170℃/h之间；入炉温度为≤425℃，冷却方式为炉冷；

e3）出炉后清理表面氧化物；

F）焊缝VT检查；

G）焊缝PT检测；

H）焊缝RT检测。

2.如权利要求1所述的模块化生产用司太立合金焊接及热处理工艺方法，其特征在于：所述步骤d3）根据焊缝的类型选择对应的施焊方法的具体操作如下：

一、对于环焊缝焊接，包括以下两种施焊方式：

d31）第一母材的管材绕自身中心线顺时针转动，在钟点位置1→12之间起弧，逆时针方向焊接；线性焊道；打底层焊缝熔覆金属背面相对于材料内壁余高小于3mm；

d32）第一母材的管材固定不动，采用分段对称施焊；打底层焊缝熔覆金属背面相对于材料内壁余高小于3mm；将环形焊缝等分为12段，并且将12段焊缝划分为两组；

d321）确定分段对称焊接顺序、焊接方向和起弧位置及焊接：

d322）确定第一组分段对称焊接顺序、焊接方向和起弧位置及焊接：其中第一组焊接顺序；按照钟点位置6→5、11→12；3→2、8→9；6→7、1→12；4→3、9→10的顺序焊接；其中6→5、11→12为一对对称焊段，3→2、8→9为一对对称焊段，6→7、1→12为一对对称焊段，4→3、9→10为一对对称焊段；

第一组分段对称焊起弧位置：焊接6→5，3→2，9→10焊段时，分别从6、3、9点的钟点位置前25mm起弧，然后分别折回6点、3点、9点的钟点位置前10mm开始焊接，每焊段焊接完成之后，将焊段起弧端头打磨成缓坡形；焊接11→12、4→3、8→9、1→12焊段时，分别从11、4、8、1点位置的点固块端头前20mm起弧，然后分别折回到11、4、8、1点的点固块端头前10mm开始焊接；11→12焊段在12点附近收弧，焊接完成之后，将收弧端头打磨成缓坡形；焊接4→3、8→9、1→12焊段末端时电弧继续前移，在3、9、12位置前方10mm附近与焊道端头缓坡接头后收弧；焊接6→7焊段时，电弧在6点位置前20mm起弧，然后电弧后移10mm，电弧落在焊缝端头的缓坡上，拉长电弧加热熔化焊缝端头的缓坡，然后压短电弧开始接头焊接，电弧距离7点位置点固块10mm位置收弧；

d323）打磨清除1、2、4、5、7、8、10、11点位置的点固块，磨平焊疤，将点固块附近的焊缝端头打磨成缓坡形；

d324）确定第二组分段对称焊接顺序、焊接方向和起弧位置及焊接：

其中第二组焊接顺序：按照7→8、2→1；5→4、10→11顺序焊接；其中5→4、10→11为一对称焊段，7→8、2→1为一对称焊段；

第二组起弧位置及焊接：焊接7→8、2→1；5→4、10→11焊段时，分别从7、2、5、10点的钟点位置前10mm起弧，然后电弧分别折回7点、2点、5点、10点的钟点位置后10mm焊缝端头缓坡上，拉长电弧加热熔化焊缝端头的缓坡，然后压短电弧开始接头焊接，分别于8点、1点、4点、11点的钟点位置前10mm焊缝端头缓坡接头，每焊段焊接完成之后，将焊缝接头部位过高的余高打磨成与焊缝表面平齐；

d33）层间道间接头错开，相邻层的焊缝焊道接头位置错开大于10mm距离；同一层的焊缝焊道接头相互错开大于10mm距离；

二、对于纵焊缝焊接，将整条纵焊缝均匀分为若干等分，每个等分长度300~400mm；选择从焊缝长度的中间部位开始，向两边分段跳焊；且层间道间接头要错开。

3.如权利要求2所述的模块化生产用司太立合金焊接及热处理工艺方法，其特征在于：所述步骤C中，第二母材的侧点固焊部位在点固焊之前先进行火焰预热到300℃-350℃范围。

4.如权利要求3所述的模块化生产用司太立合金焊接及热处理工艺方法，其特征在于：所述步骤d21）对第一母材的坡口和第二母材的焊接部位进行预热的具体方式为：

d211）当第一母材为管材时，将两热电偶固定在第一母材的外部最低点6点和最高点12点位置；当第一母材为板材时，将两热电偶与坡口外边缘垂直设置且热电偶距离板材的两侧边缘50-100mm；热电偶的测量端距离第一母材的坡口外边缘30mm-50mm；

将另一只热电偶固定在第二母材上，当第一母材为管材时该热电偶的测量端位于第一母材的中心线处，当第一母材为板材时，该热电偶的测量端位于第一母材和第二母材的平面相交处；

d212）在三只热电偶的外部包裹电加热带，第一母材外部的电加热带边缘长出热电偶的测量端0-5mm，电加热带的外部由保温棉包裹捆扎固定；

第二母材上的热电偶的测量端处于电加热带的几何中心，外部由保温棉包裹捆扎；第一母材上的电加热带与第二母材上的电加热带之间的间距为100mm-120mm区间，且用过渡保温棉进行封堵；

d213） 将电加热带进行通电预热，并控制坡口面的预热温度在300℃-350℃范围；

d214）预热符合要求后，将过渡保温棉拆除。

5.如权利要求4所述的模块化生产用司太立合金焊接及热处理工艺方法，其特征在于：所述步骤e1）后热处理的具体分步骤为：

e11）焊接完成后，立即用过渡保温棉将焊缝包裹并绑紧并利用点温计进行温度监测，点温计测量端接触焊缝表面上，后处理的环境中不能有空气对流；

e12）通电并控制电加热带加热使焊缝的温度350℃～450℃范围内进行后热处理，保温时间为1-1.5小时；

e13）保温时间到达规定时间后停止供电，待冷却后，拆除保温棉、电加热带及热电偶。

6.如权利要求5所述的模块化生产用司太立合金焊接及热处理工艺方法，其特征在于：所述e2）消应力热处理包括以下分步骤：

e21）当第一母材为管材时，使用五个热电偶且将五个热电偶分别对应不同颜色和编号；当第一母材为板材时，使用三个热电偶且将其分别对应不同颜色和编号；

e22）当第一母材为管材时，将其中四个热电偶等间距分别固定第一母材的外表面，四个热电偶分别固定在第一母材外周面3点、6点、9点和12点位置，热电偶的测量端置于焊缝外表面中心；将另一只热电偶固定在第二母材上；

当第一母材为板材时，将两个热电偶固定在第一母材的外表面且与坡口外边缘垂直，两个热电偶分别距离板材的两侧边缘50-100mm；两个热电偶的测量端距离第一母材的坡口外边缘30mm-50mm；另一个热电偶固定在第二母材几何中心处，且该热电偶的测量端位于第一母材和第二母材的平面交线上；

e23）将履带式电加热带包裹在第一母材的焊缝外，外部再用保温棉包裹捆扎，保温棉的宽度超出电加热带边缘100mm以上的范围；有效加热区以焊缝宽度的中线为中心，有效加热区的宽度大于50mm；

第二母材采用绳式加热带加热，以同心圆形式盘绕成圆形加热带，该圆形加热带的最大直径与第二母材的边缘的间距小于15~30mm；该圆形加热带用点焊的焊丝头进行固定，该圆形加热带外面用保温棉包裹并用焊丝头固定，第一母材和第二母材外部的保温棉相互搭头形成密闭的整体；保温棉捆扎后四周设置大于800mm的散热空间；

e24）通电加热；

e25）根据热电偶测试的温度通过记录仪生成温度-时间曲线；

e26）消除应力热处理达到要求后停止供电并拆除保温棉、电加热带和热电偶；

e27）清除焊缝表面氧化物及浮灰。

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