CN114433982A - 一种高温铸钢炉管焊接工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及焊接技术领域，具体涉及一种高温铸钢炉管焊接工艺，具体步骤为：(1)坡口加工：试件采用V形坡口，机械加工；(2)组对：将铸钢炉管与弯头采用组对工装进行组对；(3)打底层焊接：采用
氩弧焊丝进行氩弧焊打底焊接，单面焊双面成型，避免背面清根；(4)填充焊接：采用
氩弧焊丝进行填充层焊接，每层焊接厚度控制在1.4‑1.6mm，填充层焊接3‑4层；(5)盖面层焊接：采用
氩弧焊丝进行焊接，焊后对焊缝进行100％射线检测，符合NB/T47013.2‑2015中Ⅱ级合格。该工艺控制了炉管焊口组对间隙和错变量，提高了炉管组对效率和组对质量；采用小电流焊接，严格控制层间温度，降低焊接热输入量，避免了焊接热裂纹的产生，保证了炉管焊接质量。
Description
技术领域
本发明涉及焊接技术领域，具体涉及一种高温铸钢炉管焊接工艺。
背景技术
公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
氟化工项目设备蒸汽过热炉其辐射段、对流段下部炉管为高温铸钢炉管，材质为ZG50Ni48Cr28W5，规格为
其化学成分见如下：
| C | Si | Mn | S | P | Cr | Ni | W |
| 0.4-0.6 | ≤1.75 | ≤1.5 | ≤0.03 | 0.03 | 27-30 | 47-50 | 4-6 |
由其化学成分可知其含碳量相对较高，焊接性能较差，焊接时，含碳量较高的母材熔化后，也会把碳带入焊缝中，使焊接中碳的含量增高。碳能加剧金属中硫、磷等引发热裂纹的作用，因此焊接时焊缝容易产生热裂纹。特别是当母材或焊接材料中硫、磷含量控制不严时，更容易产生热裂纹。且由于含碳量较高，焊接时容易形成CO气孔缺陷。金属合金中Ni的加入可以提高焊缝的强度，但是当Ni的含量较高时，可与焊缝中的杂质(如硫、磷)形成非金属共晶物(Ni-S、Ni-P)，非金属共晶物的熔点相对于金属共晶物低的多，焊缝结晶时低熔点共晶物的液态薄膜在收缩应力的作用下，使热裂纹敏感性明显增大，更易发生开裂形成热裂纹。热裂纹通常以弧坑裂纹和焊道裂纹的形式出现，有时也在焊缝及热影响区以显微裂纹出现。
发明内容
为了解决现有技术中存在的技术问题，本发明的目的是提供一种高温铸钢炉管焊接工艺，该工艺控制了炉管焊口组对间隙和错变量，提高了炉管组对效率和组对质量；采用小电流焊接，严格控制层间温度，降低焊接热输入量，避免了焊接热裂纹的产生，保证了炉管焊接质量；通过内部冲氩工装，不仅保证了背面焊缝质量，且减少了氩气消耗，降低了焊接成本。
具体地，本发明的技术方案如下所述：
在本发明的第一方面，本发明提供了一种高温铸钢炉管焊接工艺，具体步骤为：
(1)坡口加工：试件采用V形坡口，机械加工；
(2)组对：将铸钢炉管与弯头采用组对工装进行组对；
(3)打底层焊接：采用
氩弧焊丝进行氩弧焊打底焊接，单面焊双面成型，避免背面清根；
(4)填充焊接：采用
氩弧焊丝进行填充层焊接，每层焊接厚度控制在1.4-1.6mm，填充层焊接3-4层；
(5)盖面层焊接：采用
氩弧焊丝进行焊接，焊后对焊缝进行100％射线检测，符合NB/T47013.2-2015中Ⅱ级合格。
本发明中焊接技术难度在于：克服高C、Ni含量更易形成非金属共晶物，近而形成热裂纹、影响焊缝质量的问题，本发明提供的高温铸钢炉管焊接工艺，控制炉管焊口组对间隙和错变量，提高了炉管组对效率和组对质量；采用小电流焊接，严格控制层间温度，降低焊接热输入量，避免了焊接热裂纹的产生，保证了炉管焊接质量，解决了C、Cr、Ni含量较高铸钢炉管焊接易产生热裂纹的问题，提高了ZG50Ni48Cr28W5铸钢炉管的焊接质量。
本发明的具体实施方式具有以下有益效果：
本发明的工艺中使用组对工装将炉管组对后，直接进行打底层焊接，省去定位焊焊接，减少了打底层焊接接头数量，降低了接头弧坑裂纹产生的概率；打底层、填充层和盖面层焊接的层间温度不大于80℃，接头处层间温度不得大于60℃，减小热输入量，避免接头处产生弧坑裂纹；填充层焊接3-4层，相邻两层焊接接头错开30°，避免接头重叠，降低接头处弧坑裂纹产生的概率；
本发明中的高温铸钢炉管焊接工艺，解决了C、Cr、Ni含量较高铸钢炉管焊接易产生热裂纹的问题，提高了ZG50Ni48Cr28W5铸钢炉管的焊接质量。
高温铸钢炉管焊接工艺，打底层、填充层、盖面层焊接过程中，炉管内采用冲氩工装进行背面保护，保证了焊缝背面成型，且降低了氩气消耗，节约了焊接成本。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1为组对工装结构示意图。
图2为连接环示意图。
图3为连接板2示意图。
图4为炉管单边坡口形式。
图5为炉管焊接接头结构示意图。
图6为冲氩工装结构示意图。
其中，1、连接环，2、连接板一，3、连接板二，4、连接螺栓，5、调节螺栓，6、单边坡口，7、对接接头，8、打底层，9、填充层，10、盖面层，11、炉管母材，12、送气管，13、固定板，14、橡胶垫，15、固定管，t、母材厚度，α1、单边V形坡口角度，α2、V形坡口角度，b、钝边；c、组对间隙。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件或按照制造厂商所建议的条件。
除非另行定义，文中所使用的所有专业与科学用语与本领域熟练人员所熟悉的意义相同。本发明所使用的试剂或原料均可通过常规途径购买获得，如无特殊说明，本发明所使用的试剂或原料均按照本领域常规方式使用或者按照产品说明书使用。此外，任何与所记载内容相似或均等的方法及材料皆可应用于本发明方法中。文中所述的较佳实施方法与材料仅作示范之用。
本发明的一种实施方式中，提供了一种高温铸钢炉管焊接工艺，具体步骤为：
(1)坡口加工：试件采用V形坡口，机械加工；
(2)组对：将铸钢炉管与弯头采用组对工装进行组对；
(3)打底层焊接：采用
氩弧焊丝进行氩弧焊打底焊接，单面焊双面成型，避免背面清根；
(4)填充焊接：采用
氩弧焊丝进行填充层焊接，每层焊接厚度控制在1.4-1.6mm，填充层焊接3-4层；
(5)盖面层焊接：采用
氩弧焊丝进行焊接，焊后对焊缝进行100％射线检测，符合NB/T47013.2-2015中Ⅱ级合格。
在一种或多种实施方式中，步骤(1)中，利用车床加工将焊件焊接端加工为坡口，钝边0-1mm、坡口角度30°±2°的单边V形坡口；
在一种或多种实施方式中，组对前对坡口清理及检查：将母材坡口及两侧20mm范围内的杂质污物彻底清理，并对坡口进行检查，坡口表面应无裂纹、夹渣、分层缺陷；
优选地，利用磨光机将焊件焊接端两侧各20mm范围内锈、毛刺进行彻底清理。
在一种或多种实施方式中，步骤(2)中，铸钢炉管与弯头组对间隙为3-4mm，错变量0-1mm，组对后坡口角度60°±4°。
在一种或多种实施方式中，步骤(3)中，使用组对工装将炉管组对后，直接进行打底层焊接，省去定位焊焊接，减少了打底层焊接接头数量，降低了接头弧坑裂纹产生的概率；
优选地，打底层焊丝牌号为H4Cr28Ni50W，焊接电流100-120A，焊接电压16-18V，焊接速度8-12cm/min，氩气流量7-10L/min；层间温度不大于80℃，接头处层间温度不得大于60℃，减小热输入量，避免接头处产生弧坑裂纹。
在一种或多种实施方式中，步骤(4)中，填充层焊材牌号为H4Cr28Ni50W，焊接电流为130～160A，焊接电压16～18V，焊接速度10～14cm/min，氩气流量7-10L/min；层间温度不大于80℃，接头处层间温度不得大于60℃，减小热输入量，避免接头处产生弧坑裂纹；
优选地，填充层焊接3-4层，相邻两层焊接接头错开30°，避免接头重叠，降低接头处弧坑裂纹产生的概率。
在一种或多种实施方式中，步骤(5)中，盖面层焊材牌号为H4Cr28Ni50W，焊接电流为140～150A，焊接电压16～18V，焊接速度10～14cm/min，氩气流量7-10L/min；层间温度不大于80℃，接头处层间温度不得大于60℃，减小热输入量，避免接头处产生弧坑裂纹。
在一种或多种实施方式中，步骤(3)-(5)中，打底层、填充层、盖面层焊接过程中，炉管内采用冲氩工装进行背面保护，保证了焊缝背面成型。
优选地，所述冲氩工装，包括：送气管、固定板、橡胶垫和固定管；所述送气管，用于输送氩气，一端与氩气管道连接，另一端与固定板焊接；所述固定板用于固定橡胶垫；所述橡胶垫，起密封作用，用于减少氩气的消耗；所述固定管，用于连接固定板、橡胶垫。
下面结合具体的实施例对本发明作进一步的解释和说明。
实施例1
本发明中的高温铸钢炉管焊接工艺采用炉管组对工装保证炉管组对质量，所述炉管组对工装如图1所示，炉管组对工装包括：连接环1、连接板一2、连接板二3、连接螺栓4和调节螺栓5；
所述连接环1共2件，每件由两半圆环组成，通过连接板二3和连接螺栓4进行连接；所述连接板一2，用于连接固定连接环1，共4件；所述连接板二3，用于连接连接环1，其一端焊于半圆环的一端，并通过连接螺栓4与另一半圆环连接；所述调节螺栓5，每组2件、共4组，每组螺母分别焊接于连接板一2的两端，通过螺杆松紧调整炉管组对尺寸。
连接环材质为不锈钢，其内径为190-200mm，外径为250-260mm；加工后沿中心线切割成两半圆环，两半圆环两端再分别割除5-10mm，并分别钻
的螺栓孔；
连接板1材质为不锈钢，规格为30×200mm；
连接板2材质为不锈钢，规格为30×60mm，一端加工
的螺栓孔，另一端与连接环相焊；
调节螺栓，材质为不锈钢，规格为M10-M12mm。
所述炉管组对工装的使用方法为：将连接环通过连接螺栓进行连接，然后套入待组对炉管的一端，将该侧调节螺栓进行紧固；然后将待组对弯头套入工装另一端，通过调节该侧调节螺栓，使炉管与弯头的组对间隙和错边满足焊接要求。
实施例2
一种高温铸钢炉管组对工装及焊接工艺，材质为ZG50Ni48Cr28W5，规格为
组对前利用机械加工将炉管母材11焊接端处理为单边坡口6，钝边b为1mm，坡口形式为单边V形，坡口角度α1为30°±2°，并将坡口及两侧20mm范围内锈等杂质污物进行彻底清理；然后利用炉管组对工装将炉管与弯头进行组对，具体方法为：将连接环1通过连接螺栓4进行连接，然后套入待组对炉管母材11的一端，将该侧调节螺栓5进行紧固。然后将待组对弯头套入工装另一端连接环1，通过调节该侧调节螺栓5，调节炉管与弯头的组对间隙和错边满，组对间隙为3mm、错变量为0.5mm，形成对接接头7。组对合格后，直接进行打底层8焊接：焊丝牌号为H4Cr28Ni50W，焊接电流100-120A，焊接电压16-18V，焊接速度8-12cm/min，氩气流量7-10L/min；层间温度不大于80℃，接头处层间温度不得大于60℃，减小热输入量，避免接头处产生弧坑裂纹。打底层8焊后经外观检查合格后进行填充层9焊接：焊材牌号为H4Cr28Ni50W，焊接电流为130～160A，焊接电压16～18V，焊接速度10～14cm/min，氩气流量7-10L/min；层间温度不大于80℃，接头处层间温度不得大于60℃，减小热输入量，避免接头处产生弧坑裂纹。填充层焊接3-4层，相邻两层焊接接头错开30°，避免接头重叠，降低接头处弧坑裂纹产生的概率。填充层9焊后经外观检查合格后进行盖面层10焊接，焊接电流为140～150A，焊接电压16～18V，焊接速度10～14cm/min，氩气流量7-10L/min；层间温度不大于80℃，接头处层间温度不得大于60℃，减小热输入量，避免接头处产生弧坑裂纹。盖面层10焊后对焊缝进行100％射线检测，符合NB/T47012.2-2015中Ⅱ级合格；焊接过程参数控制及检测结果见表1：
表1 焊缝焊接参数
通过控制以上工艺参数，试件拉伸情况见表2、高温拉伸试验情况见表3。
表2 试件拉伸试验情况(执行标准：NB/T47014-2011
表3 试件高温拉伸试验情况(执行标准：NB/T47014-2011)
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种高温铸钢炉管焊接工艺，其特征在于，具体步骤为：
(1)坡口加工：试件采用V形坡口，机械加工；
(2)组对：将铸钢炉管与弯头采用组对工装进行组对；
(3)打底层焊接：采用
氩弧焊丝进行氩弧焊打底焊接，单面焊双面成型，避免背面清根；
(4)填充焊接：采用
氩弧焊丝进行填充层焊接，每层焊接厚度控制在1.4-1.6mm，填充层焊接3-4层；
(5)盖面层焊接：采用
氩弧焊丝进行焊接，焊后对焊缝进行100％射线检测，符合NB/T47013.2-2015中Ⅱ级合格。
2.如权利要求1所述的高温铸钢炉管焊接工艺，其特征在于，步骤(1)中，利用车床加工将焊件焊接端加工为坡口，钝边0-1mm、坡口角度30°±2°的单边V形坡口。
3.如权利要求1所述的高温铸钢炉管焊接工艺，其特征在于，组对前对坡口清理及检查：将母材坡口及两侧20mm范围内的杂质污物彻底清理，并对坡口进行检查，坡口表面无裂纹、夹渣、分层缺陷；
优选地，利用磨光机将焊件焊接端两侧各20mm范围内锈、毛刺进行彻底清理。
4.如权利要求1所述的高温铸钢炉管焊接工艺，其特征在于，步骤(2)中，铸钢炉管与弯头组对间隙为3-4mm，错变量0-1mm，组对后坡口角度60°±4°。
5.如权利要求1所述的高温铸钢炉管焊接工艺，其特征在于，步骤(3)中，打底层焊丝牌号为H4Cr28Ni50W，焊接电流100-120A，焊接电压16-18V，焊接速度8-12cm/min，氩气流量7-10L/min；层间温度不大于80℃，接头处层间温度不大于60℃。
6.如权利要求1所述的高温铸钢炉管焊接工艺，其特征在于，步骤(4)中，填充层焊材牌号为H4Cr28Ni50W，焊接电流为130～160A，焊接电压16～18V，焊接速度10～14cm/min，氩气流量7-10L/min；层间温度不大于80℃，接头处层间温度不大于60℃。
7.如权利要求6所述的高温铸钢炉管焊接工艺，其特征在于，填充层焊接3-4层，相邻两层焊接接头错开30°。
8.如权利要求1所述的高温铸钢炉管焊接工艺，其特征在于，步骤(5)中，盖面层焊材牌号为H4Cr28Ni50W，焊接电流为140～150A，焊接电压16～18V，焊接速度10～14cm/min，氩气流量7-10L/min；层间温度不大于80℃，接头处层间温度不大于60℃。
9.如权利要求1所述的高温铸钢炉管焊接工艺，其特征在于，步骤(3)-(5)中，打底层、填充层、盖面层焊接过程中，炉管内采用冲氩工装进行背面保护，保证了焊缝背面成型。
10.如权利要求9所述的高温铸钢炉管焊接工艺，其特征在于，所述冲氩工装包括：送气管、固定板、橡胶垫和固定管；所述送气管用于输送氩气，一端与氩气管道连接，另一端与固定板焊接；所述固定板用于固定橡胶垫；所述橡胶垫，起密封作用，用于减少氩气的消耗；所述固定管，用于连接固定板、橡胶垫。
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