CN112894087A - 一种管板镍基合金双钨极单热丝自动钨极氩弧焊堆焊工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种管板镍基合金双钨极单热丝自动钨极氩弧焊堆焊工艺，包括以下步骤：步骤1，准备待焊件(1)和焊接材料(7)；步骤2，预热待焊件(1)；步骤3，安装并调试焊接设备；步骤4，设置参数，实施焊接。本发明采用该焊接工艺可以保证管板一次侧镍基合金耐蚀堆焊层焊接过程稳定，堆焊层高度和宽度均匀，可以实现自动焊接，且焊缝表面平整度高，能在有效稳定控制镍基合金堆焊层的焊缝成形和内在质量的前提下，提高焊接效率，满足产品质量要求。

Description

一种管板镍基合金双钨极单热丝自动钨极氩弧焊堆焊工艺

技术领域

本发明涉及压力容器制造领域，尤其是一种换热器类压力容器设备及核电主换热设备的管板组件上双钨极单热丝自动钨极氩弧焊堆焊工艺领域，具体涉及一种核电主换热设备尤其是以压水堆、高温气冷堆、快中子堆等为代表的第二代到第四代核电技术的蒸汽发生器的管板一次侧镍基合金自动钨极氩弧焊堆焊工艺。

背景技术

管壳式换热设备大多都设计有管子管板焊接结构，尤其是用于核电站或以核电为动力驱动的舰船的主要换热设备中的蒸汽发生器设计有管子管板焊接结构。其中，管板大多数选用碳钢或低合金钢材料，要求在管板与传热管焊接的一次侧堆焊用于耐腐蚀等作用的镍基合金堆焊层。目前常见的压水堆蒸汽发生器管板厚度从200mm～600mm不等，管板直径Φ200mm～Φ6000mm不等，镍基合金堆焊层厚度5～10mm不等，堆焊面积较大。

根据蒸汽发生器的设计要求，管板镍基合金堆焊层与传热管的管子管板焊缝是蒸汽发生器一次侧与二次侧之间的关键焊缝，关系到在蒸汽发生器在役运行过程中是否存在辐射介质的泄漏，核电蒸汽发生器是否安全可靠等问题。管板镍基合金堆焊层的焊接质量，不仅影响了蒸汽发生器管板一次侧的耐腐蚀性能，同时还直接影响到管子管板焊缝的质量。因此，管板镍基合金的堆焊层质量不仅需要满足目视检测、液体渗透检测和超声波检测的要求，还需要满足堆焊层及焊缝热影响区的弯曲性能和指定堆焊层厚度熔敷金属的化学成分要求和耐腐性性能要求。

压水堆蒸汽发生器管板镍基合金堆焊是蒸汽发生器产品制造的关键工艺工序，往往存在制造要求高，制造周期紧的特点；因此需要采用质量可靠效率高的焊接工艺方法。以往的管板大面积镍基合金堆焊工艺主要有两种方式：带极埋弧堆焊配合手工电弧焊堆焊工艺和单钨极单丝自动钨极氩弧焊工艺。

从保证产品制造周期和生产效率方面来说，采用带极埋弧堆焊配合手工电弧焊工艺的堆焊工艺具有极大的优势，但是带极埋弧堆焊(SAW)镍基合金堆焊时，熔池受到焊剂和渣壳的保护，熔敷金属在凝固时得到了有效保护；但是由于带极堆焊焊道较厚，在焊缝搭接和压道处需要打磨，因此堆焊层受到金属粉末和焊剂粉末等高熔点物质的影响，造成了镍基合金堆焊层中存在部分不超标的焊接缺陷。焊条电弧焊(SMAW)焊接时，熔池同样受到了焊条药皮和渣壳的保护，但是受到人为因素和技能水平的影响，焊缝成型不光滑，焊接过程中打磨和渣壳的影响，造成堆焊层中存在缺陷的几率增加。管板镍基合金堆焊层中的焊接缺陷，不仅造成了管板堆焊的返修，还影响后续管子-管板焊缝的质量，使蒸汽发生器管板乃至整个蒸汽发生器存在质量风险。

从保证产品制造过程中焊接清洁度控制及焊缝质量方面来说，采用传统单钨极单热丝自动钨极氩弧焊工艺虽然具有堆焊环境清洁，焊缝成形可控，焊缝质量较高，焊接热输入量低、稀释率低等优点。但是受到钨极承载能力和电弧面积有限、焊接材料输送和熔覆速度较低等因素的限制，造成了大型零部件耐蚀层大面积堆焊时，堆焊效率相对较低，焊接时间长，较难满足核电产品制造周期的要求。

由于现有技术中上述问题的存在，本发明人对现有的管板镍基合金自动钨极氩弧焊堆焊技术进行研究，借助先进的双钨极单热丝自动钨极氩弧焊焊接设备，研究发明了新的管板镍基合金自动镍基合金堆焊工艺，以便得到焊接过程稳定，焊缝熔合良好，同时焊缝成形美观，满足产品要求的一种管板镍基合金双钨极单热丝自动钨极氩弧焊堆焊工艺。

发明内容

为了克服上述问题，本发明人进行了锐意研究，设计出一种管板镍基合金双钨极单热丝自动钨极氩弧焊堆焊工艺，采用该自动焊接工艺可以保证管板一次侧镍基合金耐蚀堆焊层焊接过程稳定，焊缝熔合良好，焊缝成形美观，能够满足产品质量要求，从而完成本发明。

具体来说，本发明的目的在于提供一种管板镍基合金双钨极单热丝自动钨极氩弧焊堆焊工艺，其特征在于，该工艺工艺包括以下步骤：

步骤1，准备待焊件和焊接材料；

步骤2，预热待焊件；

步骤3，安装并调试焊接设备；

步骤4，设置参数，实施焊接。

在步骤1中，包括以下两个子步骤：

步骤1-1，固定待焊件；

步骤1-2，对待焊件表面进行清洁。

在步骤1中，所述焊接材料为镍基合金焊丝，所述镍基合金焊丝直径为Φ0.6mm～Φ2.4mm，优选为Φ0.6mm～Φ1.2mm。

在步骤3中，所述焊接设备为自动脉冲TIG焊接设备，并在焊接机头前端的气体喷嘴中设置有钨极，所述钨极包括主钨极和从钨极；

所述钨极上设置有钨极杆、钨极端部圆锥和尖端平台。

在步骤3中，所述尖端平台设置在钨极端部圆锥上，所述钨极杆的直径为2mm～5mm，钨极端部圆锥的圆锥角为20°～40°，尖端平台的直径为0.10～0.50mm；

优选地，所述钨极杆的直径为3.2mm或4.0mm，钨极端部圆锥的圆锥角为25°～30°，尖端平台的直径为0.20～0.40mm。

所述步骤4包括以下3个子步骤：

步骤4-1，调整机头与待焊件的相对位置；

步骤4-2，设置焊接工艺参数；

步骤4-3，对待焊件进行焊接。

在步骤4-1中，主钨极和从钨极伸出焊炬气体喷嘴前沿的距离约为8～25mm，主钨极尖端和从钨极尖端之间的距离为1～5mm；

优选地，主钨极和从钨极伸出焊炬气体喷嘴前沿的距离为8～20mm，主钨极尖端和从钨极尖端之间的距离为1～3mm。

在步骤4-2中，主电源控制的工艺参数包括主钨极的工艺参数、焊接速度、送丝速度、热丝电流、焊接气体流量、焊接气体送气时间和焊接摆动参数；

从电源控制从钨极的工艺参数；

优选地，所述焊接速度为300～600mm/min，送丝速度为600～8000mm/min，热丝电流为40～100A；

主钨极用保护气体为高纯氩气，纯度≥99.997％，气体流量5～50L/min；从钨极用保护气体为高纯氩气，纯度≥99.997％，气体流量5～50L/min。

在步骤4-2中，主钨极的工艺参数为：峰值电流150～350A，基值电流100～350A，脉冲峰值时间80～350ms，脉冲基值时间80～350ms，焊接电压6～20V；

从钨极的工艺参数为：峰值电流150～350A，基值电流100～350A，脉冲峰值时间80～350ms，脉冲基值时间80～350ms。

在步骤4-2中，主钨极的峰值电流170～300A，基值电流150～300A，脉冲峰值时间100～300ms，脉冲基值时间100～300ms，焊接电压8～15V；

从钨极的峰值电流170～300A，基值电流150～300A，脉冲峰值时间100～300ms，脉冲基值时间100～300ms。

本发明所具有的有益效果包括：

(1)根据本发明提供的堆焊工艺，采用先进的双钨极单热丝自动钨极氩弧焊设备，保证管板一次侧镍基合金耐蚀层无损检验和性能满足产品要求。

(2)根据本发明提供的堆焊工艺，采用特定的镍基合金焊丝作为耐蚀层堆焊的填充材料，在适用的焊接工艺参数下有效的保证了焊缝质量和成形。

(3)根据本发明提供的堆焊工艺，采用自动TIG焊接工艺，该工艺可对焊接工艺参数及过程进行编程控制，焊接过程稳定，可以获得良好的焊缝成形与焊接质量。

(4)根据本发明提供的堆焊工艺，适用于直径大且堆焊面积大质量要求严苛的包括压水堆、高温气冷堆、快堆等第二代到第四代合金技术蒸汽发生器的管板或管壳式压力容器管板一次侧镍基合金耐蚀层堆焊，使得焊接质量高、过程稳定可靠、焊缝成形均匀美观、熔合良好、焊接效率高，且经各项无损检验及理化性能试验，其结果满足压水堆、高温气冷堆等项目蒸汽发生器管板一次侧耐蚀层堆焊质量要求。

(5)根据本发明提供的堆焊工艺，焊接过程稳定，堆焊层高度和宽度均匀，焊缝表面平整度高，能在有效稳定控制镍基合金堆焊层的焊缝成形和内在质量的前提下，提高焊接效率，提高管板堆焊的质量控制和自动化水平。

附图说明

图1示出根据本发明一种优选实施方式的管板镍基合金双钨极单热丝自动钨极氩弧焊堆焊操作结构示意图；

图2示出根据本发明一种优选实施方式的钨极结构示意图。

附图标号说明：

1-待焊件

2-气体喷嘴

3-主钨极

4-从钨极

5-机头前端送丝管

6-送丝嘴

7-焊接材料

8-钨极杆

9-钨极端部圆锥

10-尖端平台

具体实施方式

下面通过附图和实施例对本发明进一步详细说明。通过这些说明，本发明的特点和优点将变得更为清楚明确。

在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。

根据本发明提供的一种管板镍基合金双钨极单热丝自动钨极氩弧焊堆焊工艺，如图1所示，该堆焊工艺包括以下步骤：

步骤1，准备待焊件1和焊接材料7；

步骤2，预热待焊件1；

步骤3，安装并调试焊接设备；

步骤4，设置参数，实施焊接。

步骤1，准备待焊件1及焊接材料7

在步骤1中，准备待焊件1包括以下两个子步骤：

步骤1-1，固定待焊件1

将待焊件1水平放置并固定，避免在焊接过程中待焊件1发生相对移动，待堆焊面可处于水平状态或竖直状态。

根据本发明一种优选的实施方式，所述待焊件1可以为管壳式压力容器产品或压水堆核电产品。所述待焊件1的材料为碳钢或低合金钢，在常规管壳式压力容器产品中，多选用的碳钢或低合金钢主要包括16Mn、20MnMo和15CrMo等板或锻件；压水堆核电或第四代高温气冷堆核电产品的管板多选用SA-508Gr.3Cl.2、SA-508Gr.3Cl.1、16MND5、18MND5或SA-182F22等锻件。

碳钢是含碳量在0.0218％～2.11％的铁碳合金。也叫碳素钢。一般还含有少量的硅、锰、硫、磷。一般碳钢中含碳量越高则硬度越大，强度也越高，但塑性越低。

低合金钢是相对于碳钢而言的，在碳钢的基础上，为了改善钢的性能，而有意向钢中加入一种或几种合金元素。加入的合金量超过碳钢正常生产方法所具有的一般含量时，称这种钢为合金钢，而当合金总量低于5％时称为低合金钢。

根据本发明，待焊件1的厚度为100mm～800mm，优选为200mm～600mm；待焊件1直径为Φ100mm～Φ8000mm，优选为Φ200mm～Φ6000mm。

步骤1-2，对待焊件1表面进行清洁

选用柔性材料对待焊件1表面进行清洁，可以为水洗或擦拭，避免划伤待焊件1表面的同时，清除待焊件1表面的锈迹以及油污等污渍。水洗后擦干待焊件1表面，保持待焊件1表面干燥，以备后续预热及焊接操作。

必要时可用砂轮进行打磨，保证待焊件1表面光滑。

根据本发明一种优选的实施方式所述，在步骤1中，所述准备的焊接材料7为镍基合金焊丝，参考ASME标准II卷C篇SFA-5.14相关章节，常见的用于堆焊工艺的镍基合金焊丝主要型号有ERNiCr-3、ERNiCr-7、ERNiCr-7A和ERNiCrMo-3等。

镍基合金焊丝具有耐活泼性气体，耐苛性介质，耐还原性酸介质腐蚀的良好性能，又具有强度高，塑性好，可冷热变形和加工成型及可焊接的特点，因此，广泛应用于石油化工，冶金，原子能，海洋开发，航空，航天等工业中，解决一般不锈钢和其他金属，非金属材料无法解决的工程腐蚀问题，是一种非常重要的耐腐蚀金属材料。镍基合金是指以镍为基并含有合金元素，且能在一些介质中耐腐蚀的合金。

在进一步优选的实施方式中，用于双钨极单热丝自动钨极氩弧焊堆焊工艺的镍基合金焊丝直径为Φ0.6mm～Φ2mm，优选为Φ0.6mm～Φ1.2mm，更优选为Φ0.9mm、Φ1.0mm和Φ1.2mm。

常用的镍基焊丝直径范围为Φ0.6mm～Φ2.4mm，其中Φ1.6mm～Φ2.4mm的焊丝多为直段焊丝形式，多用于手工钨极氩弧焊工艺；对于常见的盘状焊丝多为直径为Φ0.6mm～Φ1.2mm。双钨极单热丝自动钨极氩弧焊堆焊工艺的主要优势在于保证焊接质量的前提下提高焊接效率。其中，提高焊接效率的途径主要有增加送丝量提高熔敷效率和提高焊接速度。镍基合金焊接材料在焊接过程中，易产生热裂纹，为了避免产生焊缝裂纹或未熔合等焊接缺陷，在有限的焊接电流作用下，高速送入双钨极电弧中的镍基焊丝优先选用Φ0.9mm、Φ1.0mm和Φ1.2mm。

步骤2，预热待焊件1

在一种优选的实施方式中，采用火焰加热、红外感应加热或电磁感应加热等加热方式，对待焊件1进行堆焊前的预热，保证待堆焊区域的预热温度保持在125～250℃。并根据不同的管板材料，确定合理的预热温度范围。

火焰加热应光线充足、空气流通，氧气瓶和乙炔瓶(或乙炔发生器)应放置在距离淬火场所3m以外，氧气瓶及皮管接头等不能沾有油污等。红外感应加热则是将红外线辐射器发出来的红外线，照射到被加热物体上，除被反射和透射外，其余则被物体吸收并转化为物质分子的热运动，从而使物体受热。电磁感应加热即交变的磁场在导体中产生感应电流，从而导致导体发热。三种加热方式均可以达到加热效果，对于具体加热方式不做要求，达到温度范围即可。

对于完成预热的待焊件1表面，检查预热后待堆焊区域的表面状态，如出现油、锈等污物时，应重新抛磨清理，并用沾有丙酮的白布等进行擦拭，直至无纺布或白布不变色，确保待堆焊面露出金属光泽。

步骤3，安装并调试焊接设备

根据本发明一种优选的实施方式，在步骤3中，所述焊接设备为自动钨极氩弧焊(自动TIG)焊接设备，可对焊接工艺参数及过程进行编程控制，还可以实现焊接过程中的数据实时监控等功能，有效提高了焊接效率，减小焊接过程中人为因素对焊缝质量的影响。

在进一步优选的实施方式中，所述焊接设备为自动脉冲TIG焊接设备，施焊过程中热输入量集中，电弧挺度好，有利于调整焊接能量，使环形焊缝成型均匀，焊接过程稳定。该焊接设备包含有焊接电源、焊接机头、焊接机头的位置及行走调整装置、焊丝送进系统、冷却系统和保护气体回路系统等。

根据本发明，在焊接机头前端设置有气体喷嘴2，在所述气体喷嘴2中设置有钨极，所述钨极包括主钨极3和从钨极4，通过两根钨极的同时作用形成焊接熔池，配合高速送丝设备，可以短时间内完成焊缝的堆焊填充。

优选地，所述焊接设备的焊接机头结构与授权公告号为CN207171171U的专利中所述的一种双钨极热丝氩弧焊机头相同。

根据本发明，钨极的规格与焊件参数密切相关，钨极端部形状直接影响钨极电子的发射能力从而影响焊缝熔透效果。

本发明人研究发现，钨极端部圆锥的圆锥角增大，弧柱扩散，导致熔深减少，熔宽增大；随着圆锥角减少，弧柱扩散倾向减少，熔深增大，熔宽减少。钨极尖端平台尺寸增大，弧柱扩散，导致熔深减少；钨极尖端平台尺寸过小，钨极烧损严重。

钨极一般指铈钨电极，铈钨电极是在钨基中添加稀土氧化铈经过粉末冶金和压延磨抛工序制作而成的钨电极产品，是我国最早生产的无放射性钨电极产品，该产品的特点是在低电流条件下有着优良的起弧性能，维弧电流较小，铈钨电极是钍钨电极的首选替代品。

根据堆焊工艺参数及堆焊工件的厚度和材质，结合焊接机头的特殊结构设计，选用特定型号的钨极，如图2所示。所述钨极包括钨极杆8、钨极端部圆锥9和设置在钨极端部圆锥9上的尖端平台10。

在一种优选的实施方式中，所述钨极杆8的直径为2mm～5mm，钨极端部圆锥9的圆锥角为20°～40°，尖端平台10的直径为0.10～0.50mm；

优选地，所述钨极杆8的直径为3.2mm或4.0mm，钨极端部圆锥9的圆锥角为25°～30°，尖端平台10的直径为0.20～0.40mm。

所述尖端平台10的圆心与钨极端部圆锥9的中轴线共线，钨极端部圆锥9的中轴线与钨极杆8中轴线共线。

在一种更为优选的实施方式中，所述钨极多为铈钨极或镧钨极。铈钨极或镧钨极的电子发射稳定，相比于其他钨极，可以有效的控制引弧和稳弧性能。

步骤4，设置参数，实施焊接

所述步骤4包括以下3个子步骤：

步骤4-1，调整机头与待焊件1的相对位置

根据本发明，所述相对位置包括主钨极3和从钨极4的伸出长度、主钨极3和从钨极4之间的相对角度、主钨极3尖端和从钨极4尖端之间的距离、送丝管5与主钨极3之间的角度以及从送丝嘴6送出的镍基合金焊丝7与主钨极3尖端的相对距离。

在一种优选的实施方式中，将主钨极3和从钨极4按照一定角度分别进行安装，如图1所示。其中主钨极3和从钨极4的相对角度是固定的，无法进行较大自由度的调整，两者的夹角约为20°～25°。

通过调整主钨极3和从钨极4伸出焊炬前端气体喷嘴2前沿的距离，进而调整主钨极3尖端和从钨极4尖端之间的距离；

优选地，主钨极3和从钨极4伸出焊炬前端气体喷嘴2前沿的距离约为8～25mm，主钨极3尖端和从钨极4尖端之间的距离为1～5mm；

更优选地，主钨极3和从钨极4伸出焊炬前端气体喷嘴2前沿的距离为8～20mm，主钨极3尖端和从钨极4尖端之间的距离为1～3mm。

钨极尖端的距离是双钨极单热丝自动钨极氩弧堆焊工艺的关键参数之一。主钨极3和从钨极4分别产生焊接电弧，主钨极的主要作用是熔合待堆焊母材，从钨极的主要作用是有效的熔化高速填充的镍基合金焊丝。如果两个钨极尖端距离过大，无法起到组合电弧的最大优势，无法保证堆焊焊缝的熔合质量；如果钨极尖端距离过近，可能会造成电弧的完全重合，造成了电弧能量完全叠加，会造成过多的熔化待堆焊母材，形成较大的熔深，影响堆焊对基材的稀释，致使堆焊层化学分析不合格，影响堆焊层的耐腐蚀性能。

根据本发明，焊接机头上设置有送丝机构，所述送丝机构包括送丝管5和送丝嘴6。

在一种优选的实施方式中，还需调整焊接机头上送丝嘴6的角度，即调整送丝机构与主钨极3的相对角度，从而调整送丝机构与主钨极3尖端之间的相对距离。其中在相对于待堆焊面垂直的截面内，送丝管5与主钨极3之间的夹角约为60°～90°，确保从送丝嘴6送出的镍基合金焊丝7前端能够顺利的送至两个钨极形成电弧的交叉区域，并与主钨极3尖端的距离约为1.5～3mm。

送丝管5与主钨极3的相对角度、送丝嘴6送出的镍基合金焊丝7与主钨极3尖端之间的距离，是影响焊接过程中焊丝熔敷稳定的关键参数，合适的角度和距离能确保高速送入熔池的镍基合金焊丝稳定的送入电弧边缘，使填充金属稳定的熔入焊缝，避免焊接过程中出现熔滴过渡或烧断焊丝，影响堆焊质量。

根据本发明，还需通过焊接电源的控制系统来调整焊接设备自带的机械传动机构，从而调整焊接机头与待焊件1的相对距离，确保焊接机头上的主钨极3尖端与待焊件1堆焊面之间的距离为2～4mm。

步骤4-2，设置焊接工艺参数

实施对接焊接前，将焊接工艺参数进行编程存入焊接装置的操控盒内，可实现焊接过程通过焊接程序控制。双钨极单热丝自动钨极氩弧焊参数控制系统，根据焊接系统中起到的主要作用和次要作用，将焊接电源区分为主焊接电源和从焊接电源。

根据本申请，所述焊接设备为专用的双钨极单热丝自动钨极氩弧焊焊接设备的焊接电源为组合电源，包括主焊接电源和从焊接电源。其中主焊接电源用于控制焊接过程中的各项关键工艺参数，包括作用在主钨极3上的关键焊接工艺电参数；从焊接电源仅用于控制作用在从钨极4上的关键焊接工艺电参数。主焊接电源和从焊接电源可设计为两个机箱分别组装，也可以通过整合形成一体化机箱。

其中，主焊接电源可以通过焊接编程，设定和控制焊接机头的相对位置移动，包括焊接机头无限回转、焊接机头水平/竖直移动和焊接机头的摆动等机械动作。

在步骤4-2中，主电源控制的工艺参数包括主钨极的工艺参数、焊接速度、送丝速度、热丝电流、焊接气体流量、焊接气体送气时间、焊接摆动参数等；从电源控制从钨极的工艺参数。

根据待焊件1的材质、规格和堆焊填充的镍基合金焊丝7的材质、规格，经反复设定和实验，得到最优化的焊接工艺参数，所述焊接工艺参数如下：

主焊接电源的工艺参数：

主钨极：峰值电流170～300A，基值电流150～300A，脉冲峰值时间100～300ms，脉冲基值时间100～300ms，焊接电压8～15V。

主电源控制的其他关键焊接工艺参数：焊接速度100～600mm/min，送丝速度600～8000mm/min，热丝电流40～100A，主钨极用保护气体为高纯氩气，纯度≥99.997％(也可以为高纯氦气，纯度≥99.995％)，气体流量5～40L/min，从钨极用保护气体为高纯氩气，纯度≥99.997％(也可以为高纯氦气，纯度≥99.995％)，气体流量5～40L/min。

面对同一焊丝，电流越大送丝速度越快；在电流相同时，焊丝越细送丝速度越快。因此焊丝与电流发挥了协同增效的作用，通过焊丝直径与电流的同步设置，达到了较快的送丝速度，从而提高焊接效率。

根据焊缝宽度要求，可对焊接过程设定为摆动焊接。其中通过主焊接电源设定摆动宽度0～±25mm，摆动速度0～1500mm/min，摆动两侧停留时间0～3.5s。

从焊接电源的工艺参数：

从钨极：峰值电流170～300A，基值电流150～300A，脉冲峰值时间100～300ms，脉冲基值时间100～300ms。

在本发明中，采用两路保护气对堆焊熔池进行惰性气体保护。两路惰性气体分别保护主钨极3和从钨极4，两路惰性气体均由焊接机头焊炬前端的气体喷嘴2中喷出，并均匀在焊接熔池上，两路气体的喷出角度和喷出流量焊接电弧空间形态、电弧能量密度等情况。经过研究和验证，优选高纯氩气作为保护气，其可以稳定电弧空间形态和电弧能量密度，改善焊缝成型，降低飞溅，消除和防止缺陷的产生，提高焊缝质量。

氩气是工业上应用很广的稀有气体。它的性质十分不活泼，既不能燃烧，也不助燃。在飞机制造、造船、原子能工业和机械工业部门，对特殊金属，例如铝、镁、铜及其合金和不锈钢在焊接时，往往用氩作为焊接保护气，防止焊接件被空气氧化或氮化。

氩气在焊接过程中作为保护气体，可以避免合金元素的烧损以及由此而产生的其他焊接缺陷，从而使焊接过程中的冶金反应变得简单而易于控制，以确保焊接的高质量。通过对HT250灰铸铁进行激光重熔试验，研究了不同气氛保护条件下试样重熔区气孔的产生机理。研究结果表明，在氩气保护条件下，重熔区中的气孔为析出性气孔；在开放条件下，重熔区的气孔为析出性气孔和反应性气孔。

保护气的流量适用时，熔池平稳，表面光亮无渣，无氧化痕迹，焊缝成形美观；流量不适用时，熔池表面有渣，焊接强度不合格。因此，主钨极保护气体流量为5～40L/min，从钨极保护气体流量为5～40L/min。

根据本发明，通过主电源和从电源的控制提供高速的送丝速度，进而达到较高的焊接速度，可以有效提高焊接效率。在现有技术中，送丝速度一般为2000～3000mm/min，如果焊接速度过快，熔池温度不够，易造成未焊透、未熔合、焊缝成型不良等缺陷。如果焊接速度过慢，使高温停留时间增长，热影响区宽度增加，焊接接头的晶粒变粗，机械性能降低，同时使变形量增大。而本发明中送丝速度最高可达8000mm/min，保证焊接质量的同时，有效提高了焊接效率。

步骤4-3，对待焊件1进行焊接

在预热结束后，将设定好参数的焊接设备打开开关开始运行，实现自动化焊接。

焊接完成后关闭电源，待后热结束后，完成焊接。

采用本发明的焊接工艺参数及操作要求对待焊件1进行镍基合金耐蚀层堆焊，可以达到良好的焊缝成形及焊缝熔合，经各项无损检验及理化性能试验，其结果满足压水堆、高温气冷堆、快中子堆等为代表的第二代到第四代核电技术的蒸汽发生器的管板一次侧镍基合金堆焊的质量要求。

采用本发明提供的如上所述管板一次侧镍基合金耐蚀层双钨极单热丝自动钨极氩弧焊堆焊工艺进行耐蚀层堆焊后，检测结果如下：

目视检测：焊缝均匀饱满，无肉眼可见缺陷，无咬边；焊缝压道焊接后焊缝表面平整光滑；

液体渗透检验：无液体渗透显示；无大于1mm的缺陷显示；未出现两个缺陷显示的边缘间距小于3mm的显示；

超声波检测：没有裂纹、未熔合等缺陷；

侧弯试验：弯曲角度180°，弯后的拉伸面上，堆焊层内、熔合线处没有任何方向开裂缺陷；

熔敷金属化学分析试验：指定堆焊层厚度熔敷金属的化学成分满足产品设计要求。

金相试验：堆焊层和热影响区没有未熔合、其它线性缺陷及气孔等缺陷；堆焊层和热影响区没有影响试件性能的显微裂纹和沉淀物；

晶间腐蚀试验：指定堆焊层厚度熔敷金属无晶间腐蚀倾向。

实施例

根据本发明提供的上述焊接工艺对某项目压水堆蒸汽发生器管板一次侧镍基合金耐蚀层进行堆焊，堆焊管板材质为SA-508Gr.3Cl.2锻件，厚度为400mm，直径为Φ2000mm，填充材料为ERNiCrFe-7A镍基合金焊丝，焊丝直径为Φ1.0mm，步骤如下：

步骤1，焊接前，待堆焊的管板SA-508Gr.3Cl.2锻件1固定装配在辅助焊接变位机(焊接转台)上，管板一次侧待堆焊区域向上，对待堆焊区域进行加工或砂轮打磨，锈迹以及油污等污渍。

步骤2，选用红外感应加热装置和电磁感应加热方式，将待堆焊的管板进行堆焊前的预热，保证待堆焊区域的预热温度保持在150℃，并且整个堆焊过程始终将管板的温度维持在150℃；

在管板待堆焊区域达到150℃后，对待堆焊区域抛磨清理，去除油、锈等杂质污物，至见金属光泽，并用白色无纺布蘸取丙酮擦拭至白色无纺布不变色；

步骤3，将焊接设备的焊接机头、焊接电源进行配套调整，成套焊接设备与固定管板的焊接变位机(焊接转台)进行位置调整；通过主焊接电源的机头控制系统，调整焊接机头的相对位置(如回转堆焊的中心位置、回转堆焊的直径范围、直道堆焊的位置、直道堆焊的长度等)；调整主钨极3尖端与管板1待焊面之间的距离为3mm。

步骤4，设置参数，实施焊接

步骤4-1，设置主钨极3和从钨极4的夹角约为25°，调整主钨极3和从钨极4伸出焊炬前端气体喷嘴2前沿的距离为15mm，并确保主钨极3尖端和从钨极4尖端之间的距离为2mm。

调整送丝机构与主钨极3的相对角度为75°，调整送丝机构与主钨极3尖端之间的相对距离为2mm。

步骤4-2，设置焊接工艺参数如下：

主焊接电源的工艺参数：

主钨极：峰值电流200A，基值电流200A，脉冲峰值时间200ms，脉冲基值时间200ms，焊接电压10V，主钨极用保护气体为高纯氩气，纯度为大于99.997％，气体流量15L/min，从钨极用保护气体为高纯氩气，纯度为大于99.997％，气体流量15L/min。

主电源控制的其他关键焊接工艺参数：焊接速度500mm/min，送丝速度5000mm/min，热丝电流60A。

主焊接电源设定摆动宽度5mm，摆动速度600mm/min，摆动两侧停留时间1.5s。

从焊接电源的工艺参数：

从钨极：峰值电流200A，基值电流200A，脉冲峰值时间200ms，脉冲基值时间200ms。

步骤4-3，按照焊接参数及操作要求进行焊接。

焊接产品进行检测，检测结果如下：

目视检测(VT)：焊缝均匀饱满，无肉眼可见缺陷，无咬边；焊缝压道焊接后焊缝表面平整光滑；

液体渗透检验(PT)：无液体渗透显示；无大于1mm的缺陷显示；未出现两个缺陷显示的边缘间距小于3mm的显示；

超声波检测(UT)：没有裂纹、未熔合等缺陷；

侧弯试验：弯曲角度180°，弯后的拉伸面上，堆焊层内、熔合线处没有任何方向开裂缺陷；

熔敷金属化学分析试验：指定堆焊层厚度熔敷金属的化学成分满足产品设计要求。

金相试验：堆焊层和热影响区没有未熔合、其它线性缺陷及气孔等缺陷；堆焊层和热影响区没有影响试件性能的显微裂纹和沉淀物；

晶间腐蚀试验：指定堆焊层厚度熔敷金属无晶间腐蚀倾向。

结果显示，本实施例制得的焊接产品达到上述检验标准，满足压水堆蒸汽发生器中管板一次侧镍基合金堆焊的焊接质量要求。

以上结合了优选的实施方式对本发明进行了说明，不过这些实施方式仅是范例性的，仅起到说明性的作用。在此基础上，可以对本发明进行多种替换和改进，这些均落入本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种管板镍基合金双钨极单热丝自动钨极氩弧焊堆焊工艺，其特征在于，该堆焊工艺包括以下步骤：

步骤1，准备待焊件(1)和焊接材料(7)；

步骤2，预热待焊件(1)；

步骤3，安装并调试焊接设备；

步骤4，设置参数，实施焊接。

2.根据权利要求1所述的堆焊工艺，其特征在于，

在步骤1中，包括以下两个子步骤：

步骤1-1，固定待焊件(1)；

步骤1-2，对待焊件(1)表面进行清洁。

3.根据权利要求1所述的堆焊工艺，其特征在于，

在步骤1中，所述焊接材料(7)为镍基合金焊丝，所述镍基合金焊丝直径为Φ0.6mm～Φ2.4mm，优选为Φ0.6mm～Φ1.2mm。

4.根据权利要求1所述的堆焊工艺，其特征在于，

在步骤3中，所述焊接设备为自动脉冲TIG焊接设备，并在焊接机头前端的气体喷嘴(2)中设置有钨极，所述钨极包括主钨极(3)和从钨极(4)；

所述钨极上设置有钨极杆(8)、钨极端部圆锥(9)和尖端平台(10)。

5.根据权利要求4所述的堆焊工艺，其特征在于，

在步骤3中，所述尖端平台(10)设置在钨极端部圆锥(9)上，所述钨极杆(8)的直径为2mm～5mm，钨极端部圆锥(9)的圆锥角为20°～40°，尖端平台(10)的直径为0.10～0.50mm；

优选地，所述钨极杆(8)的直径为3.2mm或4.0mm，钨极端部圆锥(9)的圆锥角为25°～30°，尖端平台(10)的直径为0.20～0.40mm。

6.根据权利要求1所述的堆焊工艺，其特征在于，

所述步骤4包括以下3个子步骤：

步骤4-1，调整机头与待焊件(1)的相对位置；

步骤4-2，设置焊接工艺参数；

步骤4-3，对待焊件(1)进行焊接。

7.根据权利要求6所述的堆焊工艺，其特征在于，

在步骤4-1中，主钨极(3)和从钨极(4)伸出焊炬气体喷嘴(2)前沿的距离为8～25mm，主钨极(3)尖端和从钨极(4)尖端之间的距离为1～5mm；

优选地，主钨极(3)和从钨极(4)伸出焊炬气体喷嘴(2)前沿的距离为8～20mm，主钨极(3)尖端和从钨极(4)尖端之间的距离为1～3mm。

8.根据权利要求6所述的堆焊工艺，其特征在于，

在步骤4-2中，主电源控制的工艺参数包括主钨极的工艺参数、焊接速度、送丝速度、热丝电流、焊接气体流量、焊接气体送气时间和焊接摆动参数；

从电源控制从钨极的工艺参数；

优选地，所述焊接速度为100～600mm/min，送丝速度为600～8000mm/min，热丝电流为40～100A；

主钨极用保护气体为高纯氩气，纯度≥99.997％，气体流量5～50L/min；从钨极用保护气体为高纯氩气，纯度≥99.997％，气体流量5～50L/min。

9.根据权利要求8所述的堆焊工艺，其特征在于，

在步骤4-2中，主钨极的工艺参数为：峰值电流150～350A，基值电流100～350A，脉冲峰值时间80～350ms，脉冲基值时间80～350ms，焊接电压6～20V；

从钨极的工艺参数为：峰值电流150～350A，基值电流100～350A，脉冲峰值时间80～350ms，脉冲基值时间80～350ms。

10.根据权利要求9所述的堆焊工艺，其特征在于，

在步骤4-2中，主钨极的峰值电流170～300A，基值电流150～300A，脉冲峰值时间100～300ms，脉冲基值时间100～300ms，焊接电压8～15V；

从钨极的峰值电流170～300A，基值电流150～300A，脉冲峰值时间100～300ms，脉冲基值时间100～300ms。

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