CN114799416A - 一种水下采油树平板件的盲孔堆焊方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种水下采油树平板件的盲孔堆焊方法，以平焊的方式焊接平板件，包括1.焊接预热，平板件焊接前进行预热，使用燃气火焰或电加热对平板件进行预热；2.平板件焊接，通过对焊机设置不同的焊接参数，实现对平板件待焊接处的盲孔进行多道焊接；3.保温处理，采用硅酸铝棉或石棉对平板件上的堆焊焊缝进行覆盖保温；4.焊缝检测，对完成焊接的平板件表面进行目视检测、渗透检测和超声检测。本发明通过对水下采油平板件堆焊的预热温度、堆焊电流、堆焊电压、堆焊速度等工艺参数的调节控制，从而获得优良的堆焊层形状及较低稀释率，稀释率可以控制在0.27至0.37左右；本发明在焊接时加大熔池的宽度，获得均匀美观的焊缝，节约焊丝。

Description

一种水下采油树平板件的盲孔堆焊方法
技术领域
本发明涉及一种水下采油树平板件的盲孔堆焊方法，属于焊接技术领域。
背景技术
随着工业生产日益发展，堆焊技术在各行各业都要极大的应用价值，如水下采油、载人航天、火力发电、军工产业、车辆工程等领域，为社会发展创造了巨大的经济效益。堆焊技术是表面工程中重要的分支学科，它主要依靠焊接方式将具有所需性能的合金材料在基体或受损平板件表面进行熔覆，使平板件获得特定性能或使受损平板件恢复原有尺寸和效用。堆焊技术最明显的特点是强化层与母材发生典型的冶金结合。强化层在服役过程中几乎不发生脱落，而且可以根据服役工况的具体条件选择或设计强化合金的具体性能，使材料或零件表面具有良好的耐磨、耐蚀、耐辐照、抗氧化、耐蠕变等性能，并且在工艺上有很大的操作空间。堆焊技术最初的目的是对受损的零件进行修复，恢复其原有尺寸并使零件表面性能在原有程度上得到一定的加强或具有新的性能。
焊接质量的好坏关键因素在于稀释率，稀释率是指焊缝横截面积中,母材熔入的金属面积与焊缝横截面积的百分比。稀释率又常称为熔合比。焊接电流、焊接速度、焊接方法及焊接接头形式对稀释率都有很大的影响。针对水下采油树产品的堆焊工艺，为了解决稀释率问题，现提出一种良好的堆焊方法。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供一种水下采油树平板件的盲孔堆焊方法，其具体技术方案如下：
一种水下采油树平板件的盲孔堆焊方法，包括以下步骤：
步骤1：焊接预热：平板件焊接前进行预热，使用燃气火焰或电加热对平板件进行预热，预热温度为160℃至300℃；
步骤2：平板件焊接：通过对焊机设置不同的焊接参数，实现对平板件待焊接处的盲孔进行多道焊接，焊接参数包括堆焊电压为12.5V -15.5V，堆焊电流为230A-290A，焊枪与待焊接处的角度为30°-60°，焊接速度为25cm/min-35cm/min，送丝速度为175 cm/min -205cm/min，每道堆焊的重叠量为50%-80%；
步骤3：保温处理：采用硅酸铝棉或石棉对平板件上的堆焊焊缝进行覆盖保温；
步骤4：焊缝检测：对完成焊接的平板件表面进行目视检测、渗透检测和超声检测，检测平板件表面和内部是否有缺陷，并挑选出具有焊接缺陷的平板件。
进一步的，所述步骤2中对平板件待焊接处进行第一道焊接、第二道焊接和第三道焊接，所述第一道焊接为对平板件的待焊接处的盲孔底部平面进行，焊接方式为平焊，焊枪与平板件的待焊接处盲孔底部平面的角度为60°，焊接电流的峰值范围为215A-250A、基值为125A，焊接电压为13V-14V，焊接速度为25cm/min-28cm/min，送丝速度为180cm/min，
所述第二道焊接为对平板件的待焊接处坡口面进行，焊接方式为横焊，焊枪与平板件的待焊接处底部平面的角度为30°，焊接电流的峰值范围为250A-290 A、基值为125A，焊接电压为13.5V-14.5V，焊接速度为27 cm/min -30cm/min，送丝速度为175cm/min-195cm/min，
所述第三道焊接为对平板件的待焊接处平面剩余层进行，焊接方式为平焊，焊枪与平板件的待焊接处底部平面的角度为60°，焊接电流的峰值范围为215A -270A、基值为125A，焊接电压为14V-15.5V，焊接速度为28cm/min-35cm/min，送丝速度为190cm/min -205cm/min。
进一步的，所述盲孔底部平面与坡口面交界处进行第二道焊接时，其焊接方式为平焊，焊枪与交界处的角度为45°，焊接电压为14V，焊接速度为27cm/min，送丝速度为185cm/min。
进一步的，所述平面剩余层与坡口面交界处进行第三道焊接时，其焊接方式为平焊，焊枪与交界处的角度为60°，焊接电压为14V，焊接速度为29cm/min，送丝速度为195cm/min。
进一步的，所述第一道焊接时，每道堆焊的重叠量为50%，所述第二道焊接时每道堆焊的重叠量为80%，所述第三道焊接每道堆焊的重叠量为50%。
进一步的，所述步骤4中目视检测时，光照强度不小于1500lx，检测平板件焊接处表面是否有焊后缺陷，
所述渗透检测采用荧光渗透剂喷涂在工件焊接处，荧光渗透剂在渗透过程中始终保持平板件焊接处的被检表面为湿润状态，当荧光渗透剂完成渗透且平板件焊接处的被检表面自然干燥后，在平板件焊接处的被检表面喷涂显像剂，形成薄而均匀的薄膜，显像剂施加后1min至30min时进行观察检测，
所述超声检测采用便携式超声波检测仪，通过纵波双晶斜探头，沿平板件焊接处的堆焊方向和垂直于堆焊方向移动探头进行检测，所述纵波双晶斜探头的扫查速度小于150mm/s。
进一步的，所述纵波双晶斜探头在探测过程中探头探道的重叠量不小于15%。
进一步的，所述焊机为脉冲直流焊机，所述脉冲直流焊机采用GTAW-P—AVC控制热丝脉冲钨极氩弧焊，所述脉冲直流焊机采用是焊丝为ERNiCrMo-3焊丝。
本发明的有益效果：
本发明通过对水下采油平板件堆焊的预热温度、堆焊电流、堆焊电压、堆焊速度等工艺参数的调节控制，从而获得优良的堆焊层形状及较低稀释率，稀释率可以控制在0.27至0.37左右；本发明在焊接时加大熔池的宽度，获得均匀美观的焊缝，节约焊丝，完全适用于水下采油树的工作环境。
附图说明
图1是本发明的流程示意图，
图2是本发明的平板件堆焊主视示意图，
图3是本发明的平板件堆焊侧视示意图，
图4是本发明的平板件台阶面焊接示意图，
图5是本发明的平板件堆焊后示意图，
图6是本发明的预热温度对堆焊稀释率的影响折线图，
图7是本发明的堆焊电流对堆焊稀释率的影响折线图，
图8是本发明的堆焊电压对堆焊稀释率的影响折线图，
图9是本发明的堆焊速度对堆焊稀释率的影响折线图。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
如图1所示，本发明的一种水下采油树平板件的盲孔堆焊方法。如图2至图5所示，首先，对待焊接的水下采油树平板件表面进行焊前清洗，使用电动或气动磨头将粘附在待清理平板件表面上的顽固污垢打磨干净；再用蘸有异丙醇的无绒布或纸擦拭已经“抛光”区域，以去除金属粉末或灰尘痕迹。然后，对清洗完并晾干的待焊接工件进行目视检验，确保没有氧化皮、折皮、氧化物、非金属、油脂或其它会影响焊接的污物。确保需要堆焊的平面、圆弧面、内壁等表面平整光滑。
水下采油树的平板件在堆焊前，使用燃气火焰或电加热对平板件进行预热。最低预热温度为155℃；最大道间温度为292℃；预热和道间加热方式为燃气火焰或电加热；预热和道间温度测量方式为接触式温度计测量。当在平板件表面进行第一道底平面焊接时，起弧点为坡口底和底平面交接处，焊接参数为：焊接方式：平焊，焊枪与平面的角度：60°，焊接电流:峰值215A、基值125A，焊接电压:10-15V，焊接速度：28cm/min，送丝速度：180cm/min；焊枪做圆周运动，每堆焊完一圈后，焊枪在步进运动的作用下（步进的长度3mm），倾斜进入下一圈，接着堆焊下一圈，由圆弧向圆心方向进行堆焊，每道堆焊的重叠量约为50％，在底平面圆心处收弧。当在平板件表面进行第二道坡口面焊接时，焊接参数为：焊接方式：横焊，焊枪与盲孔底面的角度：30°，焊接电流:峰值260A、基值125A，焊接电压:13.5V，焊接速度：27.5cm/min，送丝速度：185cm/min；焊枪做圆周运动，每堆焊一圈，焊枪在步进运动的作用下（步进的长度为3mm），倾斜进入下一圈，接着堆焊下一圈，由坡口底向坡口顶的方向进行堆焊，每道堆焊的重叠量约为80％，在坡口顶处收弧。当在平板件表面进行第三道平面剩余层焊接时，焊接参数为：焊接方式：平焊，焊枪与平面的角度：60°，焊接电流:峰值225A、基值125A，焊接电压:14V，焊接速度：29cm/min，送丝速度：202cm/min；焊枪做圆周运动，每堆焊完一圈后，焊枪在步进运动的作用下（步进的长度3mm），倾斜进入下一圈，接着堆焊下一圈，由圆弧向圆心方向进行堆焊，每道堆焊的重叠量约为50％，在底平面圆心处收弧。盲孔底部平面与坡口面交界处进行第二道焊接时，其焊接方式为平焊，焊枪与交界处的角度为45°，焊接电压为14V，焊接速度为27cm/min，送丝速度为185cm/min。平面剩余层与坡口面交界处进行第三道焊接时，其焊接方式为平焊，焊枪与交界处的角度为60°，焊接电压为14V，焊接速度为29cm/min，送丝速度为195cm/min。
平板件堆焊完成后使用气动磨具对焊后工件平板件进行打磨，除去层间氧化皮。然后，将平板件上的焊缝用硅酸铝棉或石棉被盖上进行保温。通过硅酸铝棉或石棉的保温纤维阻止热传递同时采用反辐射原理来达到保温目的。对堆焊完成后的平板件进行目视检测。对平板件的焊缝进行目视检测；光照强度不小于1500lx；确保所有承压焊缝应完全焊透熔合；且在密封表面上或其3mm之内没有表面气孔和裸露的夹渣。目视检测完成后，对平板件进行渗透检测。对平板件的焊缝及焊缝二侧各25mm范围使用溶剂清洗，自然干燥后采用荧光渗透剂均匀喷涂在焊接处，保持表面湿润状态15min。再用干净抹布将多余的渗透剂擦掉,将少许清洗剂喷在抹布上依次擦试。自然干燥5min后，施加显像剂喷涂在整个被检表面，形成薄而均匀的薄膜，使用喷罐时，喷嘴距被检表面为400mm，喷洒方向与被检面夹角为45°。显像剂施加后30min内进行观察。最后，对堆焊完成后的平板件进行超声检测。采用便携式超声波检测仪，采用纵波双晶斜探头，沿堆焊方向和垂直于堆焊方向移动探头进行检测，扫查速度小于150 mm/s。每道探头至少有15%重叠，确保完整覆盖。通过控制堆焊工艺参数，改变堆焊预热温度，比较不同堆焊预热温度对稀释率的影响，如图6和表1所示，
表1
编号 预热温度（℃） 堆焊电流（A） 电弧电压（V） 堆焊速度（mm/min） 熔深（mm） 熔宽（mm） 堆高（mm） 稀释率
1 160 240 13.0 270 1.42 11.51 2.62 0.314
2 200 240 13.0 270 1.64 11.52 2.71 0.318
3 220 240 13.0 270 1.61 11.62 2.73 0.319
4 300 240 13.0 270 1.73 11.74 2.62 0.321
通过控制堆焊工艺参数，改变堆焊电流，比较不同堆焊电流对稀释率的影响，如图7和表2所示，
表2
编号 预热温度（℃） 堆焊电流（A） 电弧电压（V） 堆焊速度（mm/min） 熔深（mm） 熔宽（mm） 堆高（mm） 稀释率
1 200 230 13.0 270 1.58 11.23 2.68 0.314
2 200 240 13.0 270 1.64 11.52 2.71 0.318
3 200 260 13.0 270 1.71 11.97 2.73 0.340
4 200 290 13.0 270 1.89 12.68 2.76 0.371
通过控制堆焊工艺参数，改变堆焊电压，比较不同堆焊电压对稀释率的影响，如图8和表3所示，
表3
编号 预热温度（℃） 堆焊电流（A） 电弧电压（V） 堆焊速度（mm/min） 熔深（mm） 熔宽（mm） 堆高（mm） 稀释率
1 200 240 12.5 270 1.64 10.75 2.70 0.319
2 200 240 13.0 270 1.64 11.52 2.71 0.318
3 200 240 14.0 270 1.61 12.48 2.69 0.316
4 200 240 15.5 270 1.60 13.21 2.67 0.314
通过控制堆焊工艺参数，改变堆焊速度，比较不同堆焊速度对稀释率的影响，如图9和表4所示。
表4
编号 预热温度（℃） 堆焊电流（A） 电弧电压（V） 堆焊速度（mm/min） 熔深（mm） 熔宽（mm） 堆高（mm） 稀释率
1 200 240 13.0 250 1.71 11.96 2.97 0.326
2 200 240 13.0 270 1.64 11.52 2.71 0.318
3 200 240 13.0 300 1.49 10.97 2.23 0.301
4 200 240 13.0 350 1.14 9.84 2.08 0.271
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (8)

1.一种水下采油树平板件的盲孔堆焊方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：焊接预热：平板件焊接前进行预热，使用燃气火焰或电加热对平板件进行预热，预热温度为160℃至300℃；
步骤2：平板件焊接：通过对焊机设置不同的焊接参数，实现对平板件待焊接处的盲孔进行多道焊接，焊接参数包括堆焊电压为12.5V -15.5V，堆焊电流为230A-290A，焊枪与待焊接处的角度为30°-60°，焊接速度为25cm/min-35cm/min，送丝速度为175 cm/min -205cm/min，每道堆焊的重叠量为50%-80%；
步骤3：保温处理：采用硅酸铝棉或石棉对平板件上的堆焊焊缝进行覆盖保温；
步骤4：焊缝检测：对完成焊接的平板件表面进行目视检测、渗透检测和超声检测，检测平板件表面和内部是否有缺陷，并挑选出具有焊接缺陷的平板件。
2.根据权利要求1所述的水下采油树平板件的盲孔堆焊方法，其特征在于：所述步骤2中对平板件待焊接处进行第一道焊接、第二道焊接和第三道焊接，所述第一道焊接为对平板件的待焊接处的盲孔底部平面进行，焊接方式为平焊，焊枪与平板件的待焊接处盲孔底部平面的角度为60°，焊接电流的峰值范围为215A-250A、基值为125A，焊接电压为13V-14V，焊接速度为25cm/min-28cm/min，送丝速度为180cm/min，
所述第二道焊接为对平板件的待焊接处坡口面进行，焊接方式为横焊，焊枪与平板件的待焊接处底部平面的角度为30°，焊接电流的峰值范围为250A-290 A、基值为125A，焊接电压为13.5V-14.5V，焊接速度为27 cm/min -30cm/min，送丝速度为175cm/min-195cm/min，
所述第三道焊接为对平板件的待焊接处平面剩余层进行，焊接方式为平焊，焊枪与平板件的待焊接处底部平面的角度为60°，焊接电流的峰值范围为215A -270A、基值为125A，焊接电压为14V-15.5V，焊接速度为28cm/min-35cm/min，送丝速度为190cm/min -205cm/min。
3.根据权利要求2所述的水下采油树平板件的盲孔堆焊方法，其特征在于：所述盲孔底部平面与坡口面交界处进行第二道焊接时，其焊接方式为平焊，焊枪与交界处的角度为45°，焊接电压为14V，焊接速度为27cm/min，送丝速度为185cm/min。
4.根据权利要求2所述的水下采油树平板件的盲孔堆焊方法，其特征在于：所述平面剩余层与坡口面交界处进行第三道焊接时，其焊接方式为平焊，焊枪与交界处的角度为60°，焊接电压为14V，焊接速度为29cm/min，送丝速度为195cm/min。
5.根据权利要求2所述的水下采油树平板件的盲孔堆焊方法，其特征在于：所述第一道焊接时，每道堆焊的重叠量为50%，所述第二道焊接时每道堆焊的重叠量为80%，所述第三道焊接每道堆焊的重叠量为50%。
6.根据权利要求1所述的水下采油树平板件的盲孔堆焊方法，其特征在于：所述步骤4中目视检测时，光照强度不小于1500lx，检测平板件焊接处表面是否有焊后缺陷，
所述渗透检测采用荧光渗透剂喷涂在工件焊接处，荧光渗透剂在渗透过程中始终保持平板件焊接处的被检表面为湿润状态，当荧光渗透剂完成渗透且平板件焊接处的被检表面自然干燥后，在平板件焊接处的被检表面喷涂显像剂，形成薄而均匀的薄膜，显像剂施加后1min至30min时进行观察检测，
所述超声检测采用便携式超声波检测仪，通过纵波双晶斜探头，沿平板件焊接处的堆焊方向和垂直于堆焊方向移动探头进行检测，所述纵波双晶斜探头的扫查速度小于150mm/s。
7.根据权利要求6所述的水下采油树平板件的盲孔堆焊方法，其特征在于：所述纵波双晶斜探头在探测过程中探头探道的重叠量不小于15%。
8.根据权利要求1所述的水下采油树平板件的盲孔堆焊方法，其特征在于：所述焊机为脉冲直流焊机，所述脉冲直流焊机采用GTAW-P—AVC控制热丝脉冲钨极氩弧焊，所述脉冲直流焊机采用是焊丝为ERNiCrMo-3焊丝。
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