CN114749832A - 一种镍基合金焊焊缝点状缺陷控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种镍基合金焊焊缝点状缺陷控制方法，包括以下步骤：步骤一：首先对镍基合金焊接过程中焊缝点状缺陷的产生原因进行分析；步骤二：从焊接冶金学方面分析原因；步骤三：将铣边坡口钝边尺寸由6.5mm增加到8.5mm，铣边内焊坡口角度由原来的37°改为45°；本发明通过选用合适的焊接线能量、坡口尺寸及焊接工艺，保证了镍基合金的良好焊缝的形貌及各项力学性能指标，有效的防止了镍基合金焊接时焊缝点状缺陷的产生，有效地避免了目前在对镍基合金进行焊接时，通常在焊缝处会出现较多的点状缺陷，焊接过程中一般焊接设备通常无法对这些点状缺陷进行精准定位，使用时存在一定的局限性的问题。
Description
技术领域
本发明属于镍基合金焊接技术领域，具体涉及一种镍基合金焊焊缝点状缺陷控制方法。
背景技术
镍基合金是指在650～1000℃高温下有较高的强度与一定的抗氧化腐蚀能力等综合性能的一类合金。按照主要性能又细分为镍基耐热合金，镍基耐蚀合金，镍基耐磨合金，镍基精密合金与镍基形状记忆合金等。高温合金按照基体的不同，分为：铁基高温合金，镍基高温合金与钴基高温合金。其中镍基高温合金简称镍基合金。
目前在对镍基合金进行焊接时，通常在焊缝处会出现较多的点状缺陷，焊接过程中一般焊接设备通常无法对这些点状缺陷进行精准定位，使用时存在一定的局限性。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有的缺陷，提供一种镍基合金焊焊缝点状缺陷控制方法，以解决上述背景技术中提出的目前在对镍基合金进行焊接时，通常在焊缝处会出现较多的点状缺陷，焊接过程中一般焊接设备通常无法对这些点状缺陷进行精准定位，使用时存在一定的局限性的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种镍基合金焊焊缝点状缺陷控制方法，包括以下步骤：
步骤一：首先对镍基合金焊接过程中焊缝点状缺陷的产生原因进行分析；
步骤二：从焊接冶金学方面分析原因；
步骤三：将铣边坡口钝边尺寸由6.5mm增加到8.5mm，铣边内焊坡口角度由原来的37°改为45°；
步骤四：对焊接材料进行优选；
步骤五：对焊接设备进行改进；
步骤六：对焊接的工艺参数进行优化；
步骤七：对焊件进行仔细清理；
步骤八：焊接完成后，对采用优化后的工艺参数焊接后的镍基合金进行效果验证。
优选的，所述步骤一中，镍基合金焊接过程中焊缝点状缺陷的产生原因大致可分为以下两点：一是焊缝底部熔池柱状晶粒成长方向欠佳，二是内外焊缝中心线无法重合，内外焊道存在焊接偏差导致的焊接未熔合。
优选的，所述焊缝底部熔池柱状晶粒成长方向欠佳的原因是，晶粒成长方向不利于脱渣、脱气，而焊缝熔池中柱状晶成长的形态与焊接线能量、焊缝位置及熔池的搅拌等有密切的关系，当其中某一种或多种匹配不当或者处于临界点时，使得熔池中的熔化金属凝固速度大于熔渣上浮速度，在熔化镍基合金凝固时熔渣来不及浮出熔池而被包络在焊缝中形成夹渣，初步判定此点状缺陷有可能是夹渣。
优选的，所述步骤二中，焊缝熔合线产生夹渣主要是熔合线加热峰值温度太低，而加热峰值温度主要与线能量、热源中心距离有关，线能量过大或过小都会影响钢管的焊接质量，通过以下公式可确定热源中心距离主要与坡口尺寸、1丝电流、电压、焊接速度有关，其公式如下：
优选的，所述公式中，I表示焊接电流，单位为A，U表示电弧电压，单位为V，v表示焊接速度，单位为mm/min，t表示镍基合金壁厚，单位为mm，K1、K’1均表示系数，h表示坡口深度，单位为mm，α表示坡口角度，单位为°，B表示焊缝宽度，单位为mm，且B＝10～30mm，V表示焊接熔透量，单位为mm，i为焊枪电极序号，且i＝1，2，3，...，n，b表示钝边，单位为mm，α1、α’1、α2、α’2、α3均表示指数。
优选的，所述步骤四中，焊接材料使用颗粒度为10-40目的焊剂，且颗粒度小于40目的颗粒≤3.0％，颗粒度大于10目的颗粒≤20％，碱度控制在1.70-2.50之间，含水量≤0.1％，焊剂中的机械杂物含量≤0.3％，对于重复使用的焊剂进行磁筛选，并且和新的焊剂进行混合使用，且新焊剂：旧焊剂的比例不得小于3：1。
优选的，所述步骤五中，内、外焊焊接前，对焊头进行垂直度测量，调整焊头侧倾位置，使焊丝与地面保持垂直，防止焊偏，改造焊剂固定装置,保证焊剂堆高在30-40mm，保证熔池的透气性。
优选的，所述步骤六中，焊头位置参数的优化：增大焊丝后倾角度，将1丝焊丝倾角由10°调整为12°，增强电弧对熔池液态金属的排出作用，减小焊丝伸出长度，将外焊焊丝伸出长度，由35mm调整为32mm，内焊焊丝伸出长度由35mm调整为30mm；缩短焊丝间距，内焊焊丝间距由原来的16mm、18mm、22mm调整为16mm、16mm、20mm，外焊焊丝间距由原来的17mm、19mm、22mm调整为16mm,18mm、20mm。
优选的，所述步骤六中，焊接的工艺参数的优化：将内焊焊接速度由原来的1.6m/min调整为1.5m/min，通过降低焊接速度，减小θ角(晶粒成长平均线速度方向与焊接速度方向之间的夹角)，使晶粒主轴成长方向越弯曲，越利于排渣、排气，减小内焊1丝电流,由原来1050A调整为1000A。
优选的，所述步骤七中，对焊件进行清理的过程为焊前对坡口、坡口两侧各20mm区域内及待焊部位的表面铁锈、氧化皮及油污等清理干净，保证焊丝表面无氧化皮、铁锈及油污等，焊剂保存时要注意防潮，使用前必须按规定的温度烘干待用。
与现有技术相比，本发明提供了一种镍基合金焊焊缝点状缺陷控制方法，具备以下有益效果：
本发明通过选用合适的焊接线能量、坡口尺寸及焊接工艺，保证了镍基合金的良好焊缝的形貌及各项力学性能指标，有效的防止了镍基合金焊接时焊缝点状缺陷的产生，有效地避免了目前在对镍基合金进行焊接时，通常在焊缝处会出现较多的点状缺陷，焊接过程中一般焊接设备通常无法对这些点状缺陷进行精准定位，使用时存在一定的局限性的问题；
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一
一种镍基合金焊焊缝点状缺陷控制方法，包括以下步骤：
步骤一：首先对镍基合金焊接过程中焊缝点状缺陷的产生原因进行分析；
步骤二：从焊接冶金学方面分析原因；
步骤三：将铣边坡口钝边尺寸由6.5mm增加到8.5mm，铣边内焊坡口角度由原来的37°改为45°；
步骤四：对焊接材料进行优选；
步骤五：对焊接设备进行改进；
步骤六：对焊接的工艺参数进行优化；
步骤七：对焊件进行仔细清理；
步骤八：焊接完成后，对采用优化后的工艺参数焊接后的镍基合金进行效果验证。
步骤一中，镍基合金焊接过程中焊缝点状缺陷的产生原因大致可分为以下两点：一是焊缝底部熔池柱状晶粒成长方向欠佳，二是内外焊缝中心线无法重合，内外焊道存在焊接偏差导致的焊接未熔合。
焊缝底部熔池柱状晶粒成长方向欠佳的原因是，晶粒成长方向不利于脱渣、脱气，而焊缝熔池中柱状晶成长的形态与焊接线能量、焊缝位置及熔池的搅拌等有密切的关系，当其中某一种或多种匹配不当或者处于临界点时，使得熔池中的熔化金属凝固速度大于熔渣上浮速度，在熔化镍基合金凝固时熔渣来不及浮出熔池而被包络在焊缝中形成夹渣，初步判定此点状缺陷有可能是夹渣。
实施例二
一种镍基合金焊焊缝点状缺陷控制方法，包括以下步骤：
步骤一：首先对镍基合金焊接过程中焊缝点状缺陷的产生原因进行分析；
步骤二：从焊接冶金学方面分析原因；
步骤三：将铣边坡口钝边尺寸由6.5mm增加到8.5mm，铣边内焊坡口角度由原来的37°改为45°；
步骤四：对焊接材料进行优选；
步骤五：对焊接设备进行改进；
步骤六：对焊接的工艺参数进行优化；
步骤七：对焊件进行仔细清理；
步骤八：焊接完成后，对采用优化后的工艺参数焊接后的镍基合金进行效果验证。
步骤一中，镍基合金焊接过程中焊缝点状缺陷的产生原因大致可分为以下两点：一是焊缝底部熔池柱状晶粒成长方向欠佳，二是内外焊缝中心线无法重合，内外焊道存在焊接偏差导致的焊接未熔合。
焊缝底部熔池柱状晶粒成长方向欠佳的原因是，晶粒成长方向不利于脱渣、脱气，而焊缝熔池中柱状晶成长的形态与焊接线能量、焊缝位置及熔池的搅拌等有密切的关系，当其中某一种或多种匹配不当或者处于临界点时，使得熔池中的熔化金属凝固速度大于熔渣上浮速度，在熔化镍基合金凝固时熔渣来不及浮出熔池而被包络在焊缝中形成夹渣，初步判定此点状缺陷有可能是夹渣。
步骤二中，焊缝熔合线产生夹渣主要是熔合线加热峰值温度太低，而加热峰值温度主要与线能量、热源中心距离有关，线能量过大或过小都会影响钢管的焊接质量，通过以下公式可确定热源中心距离主要与坡口尺寸、1丝电流、电压、焊接速度有关，其公式如下：
公式中，I表示焊接电流，单位为A，U表示电弧电压，单位为V，v表示焊接速度，单位为mm/min，t表示镍基合金壁厚，单位为mm，K1、K’1均表示系数，h表示坡口深度，单位为mm，α表示坡口角度，单位为°，B表示焊缝宽度，单位为mm，且B＝10～30mm，V表示焊接熔透量，单位为mm，i为焊枪电极序号，且i＝1，2，3，...，n，b表示钝边，单位为mm，α1、α’1、α2、α’2、α3均表示指数。
步骤四中，焊接材料使用颗粒度为10-40目的焊剂，且颗粒度小于40目的颗粒≤3.0％，颗粒度大于10目的颗粒≤20％，碱度控制在1.70-2.50之间，含水量≤0.1％，焊剂中的机械杂物含量≤0.3％，对于重复使用的焊剂进行磁筛选，并且和新的焊剂进行混合使用，且新焊剂：旧焊剂的比例不得小于3：1。
步骤五中，内、外焊焊接前，对焊头进行垂直度测量，调整焊头侧倾位置，使焊丝与地面保持垂直，防止焊偏，改造焊剂固定装置,保证焊剂堆高在30-40mm，保证熔池的透气性。
实施例三
一种镍基合金焊焊缝点状缺陷控制方法，包括以下步骤：
步骤一：首先对镍基合金焊接过程中焊缝点状缺陷的产生原因进行分析；
步骤二：从焊接冶金学方面分析原因；
步骤三：将铣边坡口钝边尺寸由6.5mm增加到8.5mm，铣边内焊坡口角度由原来的37°改为45°；
步骤四：对焊接材料进行优选；
步骤五：对焊接设备进行改进；
步骤六：对焊接的工艺参数进行优化；
步骤七：对焊件进行仔细清理；
步骤八：焊接完成后，对采用优化后的工艺参数焊接后的镍基合金进行效果验证。
步骤一中，镍基合金焊接过程中焊缝点状缺陷的产生原因大致可分为以下两点：一是焊缝底部熔池柱状晶粒成长方向欠佳，二是内外焊缝中心线无法重合，内外焊道存在焊接偏差导致的焊接未熔合。
焊缝底部熔池柱状晶粒成长方向欠佳的原因是，晶粒成长方向不利于脱渣、脱气，而焊缝熔池中柱状晶成长的形态与焊接线能量、焊缝位置及熔池的搅拌等有密切的关系，当其中某一种或多种匹配不当或者处于临界点时，使得熔池中的熔化金属凝固速度大于熔渣上浮速度，在熔化镍基合金凝固时熔渣来不及浮出熔池而被包络在焊缝中形成夹渣，初步判定此点状缺陷有可能是夹渣。
步骤二中，焊缝熔合线产生夹渣主要是熔合线加热峰值温度太低，而加热峰值温度主要与线能量、热源中心距离有关，线能量过大或过小都会影响钢管的焊接质量，通过以下公式可确定热源中心距离主要与坡口尺寸、1丝电流、电压、焊接速度有关，其公式如下：
公式中，I表示焊接电流，单位为A，U表示电弧电压，单位为V，v表示焊接速度，单位为mm/min，t表示镍基合金壁厚，单位为mm，K1、K’1均表示系数，h表示坡口深度，单位为mm，α表示坡口角度，单位为°，B表示焊缝宽度，单位为mm，且B＝10～30mm，V表示焊接熔透量，单位为mm，i为焊枪电极序号，且i＝1，2，3，...，n，b表示钝边，单位为mm，α1、α’1、α2、α’2、α3均表示指数。
步骤四中，焊接材料使用颗粒度为10-40目的焊剂，且颗粒度小于40目的颗粒≤3.0％，颗粒度大于10目的颗粒≤20％，碱度控制在1.70-2.50之间，含水量≤0.1％，焊剂中的机械杂物含量≤0.3％，对于重复使用的焊剂进行磁筛选，并且和新的焊剂进行混合使用，且新焊剂：旧焊剂的比例不得小于3：1。
步骤五中，内、外焊焊接前，对焊头进行垂直度测量，调整焊头侧倾位置，使焊丝与地面保持垂直，防止焊偏，改造焊剂固定装置,保证焊剂堆高在30-40mm，保证熔池的透气性。
步骤六中，焊头位置参数的优化：增大焊丝后倾角度，将1丝焊丝倾角由10°调整为12°，增强电弧对熔池液态金属的排出作用，减小焊丝伸出长度，将外焊焊丝伸出长度，由35mm调整为32mm，内焊焊丝伸出长度由35mm调整为30mm；缩短焊丝间距，内焊焊丝间距由原来的16mm、18mm、22mm调整为16mm、16mm、20mm，外焊焊丝间距由原来的17mm、19mm、22mm调整为16mm,18mm、20mm。
步骤六中，焊接的工艺参数的优化：将内焊焊接速度由原来的1.6m/min调整为1.5m/min，通过降低焊接速度，减小θ角(晶粒成长平均线速度方向与焊接速度方向之间的夹角)，使晶粒主轴成长方向越弯曲，越利于排渣、排气，减小内焊1丝电流,由原来1050A调整为1000A。
步骤七中，对焊件进行清理的过程为焊前对坡口、坡口两侧各20mm区域内及待焊部位的表面铁锈、氧化皮及油污等清理干净，保证焊丝表面无氧化皮、铁锈及油污等，焊剂保存时要注意防潮，使用前必须按规定的温度烘干待用。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (10)
1.一种镍基合金焊焊缝点状缺陷控制方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一：首先对镍基合金焊接过程中焊缝点状缺陷的产生原因进行分析；
步骤二：从焊接冶金学方面分析原因；
步骤三：将铣边坡口钝边尺寸由6.5mm增加到8.5mm，铣边内焊坡口角度由原来的37°改为45°；
步骤四：对焊接材料进行优选；
步骤五：对焊接设备进行改进；
步骤六：对焊接的工艺参数进行优化；
步骤七：对焊件进行仔细清理；
步骤八：焊接完成后，对采用优化后的工艺参数焊接后的镍基合金进行效果验证。
2.根据权利要求1所述的一种镍基合金焊焊缝点状缺陷控制方法，其特征在于：所述步骤一中，镍基合金焊接过程中焊缝点状缺陷的产生原因大致可分为以下两点：一是焊缝底部熔池柱状晶粒成长方向欠佳，二是内外焊缝中心线无法重合，内外焊道存在焊接偏差导致的焊接未熔合。
3.根据权利要求2所述的一种镍基合金焊焊缝点状缺陷控制方法，其特征在于：所述焊缝底部熔池柱状晶粒成长方向欠佳的原因是，晶粒成长方向不利于脱渣、脱气，而焊缝熔池中柱状晶成长的形态与焊接线能量、焊缝位置及熔池的搅拌等有密切的关系，当其中某一种或多种匹配不当或者处于临界点时，使得熔池中的熔化金属凝固速度大于熔渣上浮速度，在熔化镍基合金凝固时熔渣来不及浮出熔池而被包络在焊缝中形成夹渣，初步判定此点状缺陷有可能是夹渣。
4.根据权利要求1所述的一种镍基合金焊焊缝点状缺陷控制方法，其特征在于：所述步骤二中，焊缝熔合线产生夹渣主要是熔合线加热峰值温度太低，而加热峰值温度主要与线能量、热源中心距离有关，线能量过大或过小都会影响钢管的焊接质量，通过以下公式可确定热源中心距离主要与坡口尺寸、1丝电流、电压、焊接速度有关，其公式如下：
5.根据权利要求1所述的一种镍基合金焊焊缝点状缺陷控制方法，其特征在于：所述公式中，I表示焊接电流，单位为A，U表示电弧电压，单位为V，v表示焊接速度，单位为mm/min，t表示镍基合金壁厚，单位为mm，K1、K’1均表示系数，h表示坡口深度，单位为mm，α表示坡口角度，单位为°，B表示焊缝宽度，单位为mm，且B＝10～30mm，V表示焊接熔透量，单位为mm，i为焊枪电极序号，且i＝1，2，3，...，n，b表示钝边，单位为mm，α1、α1’、α2、α2’、α3均表示指数。
6.根据权利要求1所述的一种镍基合金焊焊缝点状缺陷控制方法，其特征在于：所述步骤四中，焊接材料使用颗粒度为10-40目的焊剂，且颗粒度小于40目的颗粒≤3.0％，颗粒度大于10目的颗粒≤20％，碱度控制在1.70-2.50之间，含水量≤0.1％，焊剂中的机械杂物含量≤0.3％，对于重复使用的焊剂进行磁筛选，并且和新的焊剂进行混合使用，且新焊剂：旧焊剂的比例不得小于3：1。
7.根据权利要求1所述的一种镍基合金焊焊缝点状缺陷控制方法，其特征在于：所述步骤五中，内、外焊焊接前，对焊头进行垂直度测量，调整焊头侧倾位置，使焊丝与地面保持垂直，防止焊偏，改造焊剂固定装置,保证焊剂堆高在30-40mm，保证熔池的透气性。
8.根据权利要求1所述的一种镍基合金焊焊缝点状缺陷控制方法，其特征在于：所述步骤六中，焊头位置参数的优化：增大焊丝后倾角度，将1丝焊丝倾角由10°调整为12°，增强电弧对熔池液态金属的排出作用，减小焊丝伸出长度，将外焊焊丝伸出长度，由35mm调整为32mm，内焊焊丝伸出长度由35mm调整为30mm；缩短焊丝间距，内焊焊丝间距由原来的16mm、18mm、22mm调整为16mm、16mm、20mm，外焊焊丝间距由原来的17mm、19mm、22mm调整为16mm,18mm、20mm。
9.根据权利要求1所述的一种镍基合金焊焊缝点状缺陷控制方法，其特征在于：所述步骤六中，焊接的工艺参数的优化：将内焊焊接速度由原来的1.6m/min调整为1.5m/min，通过降低焊接速度，减小θ角(晶粒成长平均线速度方向与焊接速度方向之间的夹角)，使晶粒主轴成长方向越弯曲，越利于排渣、排气，减小内焊1丝电流,由原来1050A调整为1000A。
10.根据权利要求1所述的一种镍基合金焊焊缝点状缺陷控制方法，其特征在于：所述步骤七中，对焊件进行清理的过程为焊前对坡口、坡口两侧各20mm区域内及待焊部位的表面铁锈、氧化皮及油污等清理干净，保证焊丝表面无氧化皮、铁锈及油污等，焊剂保存时要注意防潮，使用前必须按规定的温度烘干待用。
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2022
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