CN112475554A - 一种700℃等级锅炉用异种时效强化合金管的焊接工艺 - Google Patents

一种700℃等级锅炉用异种时效强化合金管的焊接工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种700℃等级锅炉用异种时效强化合金管的焊接工艺，包括：A）焊前坡口加工，清理焊接区域，并预热；B）按要求装配及焊接；C）焊后进行无损探伤检验；D）进行焊后热处理；在步骤A）中，预热时，对焊接区域及两侧周围不小于3倍壁厚且不小于100mm范围内预热到10℃以上；步骤B)中采用的焊接材料为SFA‑5.14 ERNiCrCoMo‑2或SFA‑5.14 ERNiCrCo‑1，焊接熔池保护气体采用（60～80）%氩气+（40～20）%氦气的混合气体；本发明能消除焊缝内部夹渣、微裂纹、未熔合等缺陷，保证接头的焊接质量及性能，为700℃及更高等级锅炉的开发以及Inconel 740H和HAYNES 282的工程化应用创造了条件。

Description

一种700℃等级锅炉用异种时效强化合金管的焊接工艺
技术领域
本发明涉及一种合金管的焊接工艺，特别是用于700℃等级锅炉用异种时效强化合金管的焊接工艺。
背景技术
Inconel 740H是由美国特种合金国际公司开发的一种时效强化型高温合金，已纳入ASME Code Case 2702，其典型化学成份见表1。由于其具有良好的高温力学性能和耐蚀性能以及冷热加工性能，被列入制造700℃以及更高等级超超临界锅炉高温受热面和集箱等关键部件的候选材料之一。
HAYNES 282是由美国哈氏合金国际公司开发的一种时效强化型高温合金，其典型化学成份,见表1。由于其具有优良的高温力学性能和耐蚀性能以及良好的冷热加工性能，被认为是制造700℃以及更高等级超超临界锅炉高温受热面和集箱等关键部件的最有潜力的候选材料。
表1
Figure RE-RE-DEST_PATH_IMAGE002
对于时效强化高温合金 Inconel 740H和HAYNES 282母材，国内外都已进行了较多的试验研究，但对于这两种材料之间焊接工艺的研究，尤其是大口径、厚壁管的焊接研究相对较少，没有成熟的焊接工艺可借鉴，采用现有焊接工艺方法，焊缝内部存在夹渣、微裂纹、未熔合等缺陷，质量及接头性能无法得到保证，焊后接头一次探伤合格率低。为此，通过深入分析研究这两种材料相连接时的焊接特性，提出了一种700℃等级锅炉用异种时效强化合金的焊接方法，能够很好的保证接头的焊接质量及性能，提高一次探伤合格率，为将来700℃及更高等级锅炉的开发以及Inconel 740H和HAYNES 282的工程化应用创造了条件。
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700℃等级锅炉用异种时效强化合金管的焊接工艺，对于时效强化高温合金 Inconel 740H和HAYNES 282母材，它能消除焊缝内部夹渣、微裂纹、未熔合等缺陷，保证接头的焊接质量及性能，提高一次探伤合格率，为700℃及更高等级锅炉的开发以及Inconel 740H和HAYNES 282的工程化应用创造了条件。
为了达到上述目的，本发明的一种700℃等级锅炉用异种时效强化合金管的焊接工艺，包括以下步骤：A）焊前坡口加工，清理焊接区域，并预热；B）按要求装配及焊接；C）焊后进行无损探伤检验；D）探伤检验合格后，进行焊后热处理；其特征在于：步骤A）中，预热时，对焊接区域及两侧周围不小于3倍壁厚且不小于100mm范围内预热到10℃以上，并保持至整个焊接过程结束；步骤B)中采用的焊接材料为SFA-5.14 ERNiCrCoMo-2或SFA-5.14ERNiCrCo-1，焊接熔池保护气体采用（60～80）%氩气+（40～20）%氦气的混合气体；
本发明通过采用SFA-5.14ERNiCrCoMo-2或SFA-5.14ERNiCrCo-1的焊材，其成分介于Inconel 740H和HAYNES 282之间，焊接时与二者的结合性好、强度高，加上氩气与氦气的混合作为保护气体，熔池流动性好、熔深更深、可控制焊接缺陷，且焊前预热时，对焊接区域及两侧周围不小于3倍壁厚且不小于100mm范围内预热到10℃以上，保证适宜的焊接条件，进一步提高熔池流动性，能消除焊缝内部夹渣、微裂纹、未熔合等缺陷，保证接头的焊接质量及性能，提高一次探伤合格率，为将来700℃及更高等级锅炉的开发以及合金管Inconel740H和HAYNES 282的工程化应用创造了条件；
作为本发明的进一步改进，所述步骤B）中的焊接可采用手工钨极氩弧焊（GTAW）焊接，焊接热输入为0.8～2.0KJ/mm，层/道温度应不超过100℃；手工钨极氩弧焊焊速较慢，易导致各部分温差较大、引起微裂纹，通过稍高的焊接热输入和控制层/道温度应不超过100℃，可减小热应力，防止微裂纹；
作为本发明的进一步改进，所述步骤B）中的焊接可采用热丝钨极氩弧焊，焊接热输入为0.5～2.0KJ/mm；当合金管外径不大于76mm时，进行连续不间断施焊，不控制层/道间温度；当合金管外径大于76mm时，层/道间温度应不超过100℃；热丝钨极氩弧焊为自动焊，焊速较快，当合金管外径不大于76mm时，各部分温差不大，采用较低的焊接热输入进行连续不间断施焊，无需控制层/道间温度，也可防止微裂纹；当合金管外径大于76mm时，各部分温差较大，需控制层/道间温度应不超过100℃，以防止微裂纹；
作为本发明的进一步改进，所述焊后进行无损探伤检验为100%射线 +100%相控阵探伤检查；可完成工件内部点状及线状等缺陷的检测，保证接头的焊接质量；
作为本发明的进一步改进，所述焊后热处理采用“750℃～815℃/≥4h/空冷”的时效热处理；可消除应力、提高强度；
作为本发明的进一步改进，所述步骤D）后，还进行100%射线 +100%相控阵探伤检查；进一步保证接头的焊接质量；
作为本发明的进一步改进，材料外径不小于89mm或壁厚不小于20时，焊后应先进行“1110～1160℃/≥1h/空冷”固溶热处理，然后再进行“750℃～815℃/≥4h/空冷”的时效热处理；可彻底消除应力，提高强度；进一步保证接头的焊接质量及性能；
综上所述，本发明能消除焊缝内部夹渣、微裂纹、未熔合等缺陷，保证接头的焊接质量及性能，提高一次探伤合格率，为700℃及更高等级锅炉的开发以及Inconel 740H和HAYNES 282的工程化应用创造了条件。
附图说明
图1本发明实施例的两合金管焊接坡口示意图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明作进一步详细的说明。
以某项目为例，一种700℃等级锅炉用异种时效强化合金管（Inconel 740H与HAYNES 282）的焊接工艺，包括以下步骤：A）如图1所示，合金管1（Inconel 740H）和合金管2（HAYNES 282）焊前进行坡口加工，两管子外径89mm，厚度20 mm，对坡口面及周围不小于20mm范围内采用不锈钢或镍基材质专用打磨工具打磨清理至呈现金属光泽，如环境温度低于10℃，对焊接区域及两侧周围不小于3倍壁厚且不小于100mm范围内预热到10℃以上；B）按要求装配，采用手工钨极氩弧焊（GTAW）或热丝钨极氩弧焊，焊丝材料为SFA-5.14ERNiCrCoMo-2，焊接熔池保护气体采用（60～80）%氩气+（40～20）%氦气的混合气体，如采用手工钨极氩弧焊（GTAW）焊接，焊接热输入为0.8～2.0KJ/mm，通过每次焊后冷却控制层/道温度应不超过100℃；如采用热丝钨极氩弧焊，焊接热输入为0.5～2.0KJ/mm，控制层/道间温度应不超过100℃；C）焊后进行无损探伤检验： 100%射线 +100%相控阵探伤检查；D）探伤检验合格后，进行焊后热处理：先进行“1110～1160℃/≥1h/空冷”固溶热处理，然后再进行“750℃～815℃/≥4h/空冷”的时效热处理；E) 进行无损探伤复查：100%射线+100%相控阵探伤检查；
本实施例通过采用焊丝材料为SFA-5.14ERNiCrCoMo-2，其成分介于Inconel 740H与HAYNES 282之间并与HAYNES 282较为接近，焊接时与两合金管1、2的结合性好、强度高，加上氩气与氦气的混合作为保护气体，熔池流动性好、熔深更深、可控制焊接缺陷，且焊前预热时，对焊接区域及两侧周围不小于3倍壁厚且不小于100mm范围内预热到10℃以上，保证适宜的焊接条件，进一步提高熔池流动性，如采用手工钨极氩弧焊，通过稍高的焊接热输入和控制层/道温度应不超过100℃，可减小热应力，避免手工钨极氩弧焊焊速较慢引起的各部分温差较大、形成微裂纹，如采用热丝钨极氩弧焊由于合金管外径大于76mm，各部分温差较大，需控制层/道间温度应不超过100℃，可防止微裂纹，都能消除焊缝内部夹渣、微裂纹、未熔合等缺陷，保证接头的焊接质量及性能，提高一次探伤合格率；两次无损探伤可完成工件内部点状及线状等缺陷的检测，保证接头的焊接质量；焊后热处理可消除应力、提高强度；
本发明不限于上述实施方式，如焊丝材料也可采用SFA-5.14ERNiCrCo-1，其主要成分介于Inconel 740H与HAYNES 282之间并与Inconel 740H较为接近；当合金管外径不大于76mm，如采用热丝钨极氩弧焊，其为自动焊，焊速较快，各部分温差不大，进行连续不间断施焊，不必控制层/道间温度，也可防止微裂纹；当管子外径小于89mm或壁厚不超过20时，焊后直接进行“750℃～815℃/≥4h/空冷”的时效热处理，也可彻底消除应力，提高强度。

Claims (7)

1.一种700℃等级锅炉用异种时效强化合金管的焊接工艺，包括以下步骤：A）焊前坡口加工，清理焊接区域，并预热；B）按要求装配及焊接；C）焊后进行无损探伤检验；D）探伤检验合格后，进行焊后热处理；其特征在于：步骤A）中，预热时，对焊接区域及两侧周围不小于3倍壁厚且不小于100mm范围内预热到10℃以上，并保持至整个焊接过程结束；步骤B)中采用的焊接材料为SFA-5.14 ERNiCrCoMo-2或SFA-5.14 ERNiCrCo-1，焊接熔池保护气体采用（60～80）%氩气+（40～20）%氦气的混合气体。
2.根据权利要求1所述的一种700℃等级锅炉用异种时效强化合金管的焊接工艺，其特征在于：所述步骤B）中的焊接采用手工钨极氩弧焊，焊接热输入为0.8～2.0KJ/mm，层/道温度应不超过100℃。
3.根据权利要求1所述的一种700℃等级锅炉用异种时效强化合金管的焊接工艺，其特征在于：所述步骤B）中的焊接采用热丝钨极氩弧焊，焊接热输入为0.5～2.0KJ/mm；当合金管外径不大于76mm时，进行连续不间断施焊，不控制层/道间温度；当合金管外径大于76mm时，层/道间温度应不超过100℃。
4.根据权利要求1至3任一所述的一种700℃等级锅炉用异种时效强化合金管的焊接工艺，其特征在于：所述步骤C）中焊后进行无损探伤检验为100%射线+100%相控阵探伤检查。
5.根据权利要求4所述的一种700℃等级锅炉用异种时效强化合金管的焊接工艺，其特征在于：所述步骤D）中焊后热处理采用“750℃～815℃/≥4h/空冷”的时效热处理。
6.根据权利要求5所述的一种700℃等级锅炉用异种时效强化合金管的焊接工艺，其特征在于：所述步骤D）后，还进行无损探伤复查：100%射线+100%相控阵探伤检查。
7.根据权利要求5所述的一种700℃等级锅炉用异种时效强化合金管的焊接工艺，其特征在于：所述步骤D）中，材料外径不小于89mm或壁厚不小于20mm时，焊后应先进行“1110～1160℃/≥1h/空冷”固溶热处理，然后再进行“750℃～815℃/≥4h/空冷”的时效热处理。
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