CN115351395A - 采用三元混合气体保护焊接n06059镍基合金材料的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于N06059镍基合金化工压力容器焊接工艺，涉及一种采用三元混合气体保护焊接N06059镍基合金材料的方法，其特征在于焊接N06059镍基合金材料时，在混合气体保护中采用半自动或全自动熔化极气体保护焊进行焊接，所述的混合气体为：Ar、He与H2的混合气体。本发明采用三元混合气体保护进行N06059镍基合金部件焊接，保证了部件对接或者角接等焊缝的焊接质量，避免或减少气孔、裂纹、未熔合等缺陷的产生，焊缝成型均匀美观。
Description
技术领域
本发明属于N06059镍基合金化工压力容器焊接工艺，具体涉及化工容器部件间的对接及角接等焊接接头型式，采用三元混合气体保护焊接N06059镍基合金材料的方法，可以保证焊缝的焊接质量，减小工件焊接变形，提高焊接效率，降低焊工劳动强度。
背景技术
近些年来，化工压力容器制造朝着大型化、自动化、高参数化方向发展，这些化工设备直径大、工件厚、结构复杂、质量要求高。
N06059镍基合金属于目前含铬量最高的Ni-Cr-Mo耐蚀镍合金，具有典型的耐腐蚀和抗高温氧化性能，尤其是在高温下具有优良的耐腐蚀、耐热疲劳、耐高温冲击性能。在工业锅炉和石化行业中，广泛应用于各类高温高压环境。
为了提高N06059化工设备零部件焊接效率，实现半自动或自动化焊接，减小工件变形，保证产品质量，并且尽可能降低工人的劳动强度，采用了熔化极气体保护焊接工艺。
但是，N06059镍基合金焊接时焊缝液态金属流动性差，易产生气孔、裂纹、未熔合等缺陷。同时在焊接过程中由于镍基合金晶粒内碳元素在敏化去温度范围内析出与晶界中的合金元素形成碳化物，易产生晶间腐蚀等问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种采用三元混合气体保护焊接N06059镍基合金材料的方法，该方法是在三元混合气体保护下，对N06059镍基合金材料采用半自动熔化极气体保护焊，该方法焊接N06059镍基合金材料，在混合气体（Ar与He）的基础上再加入少量的氢气，这样可以提高电弧的热功率，增加熔深，提高焊接速度，且氢气作为还原性保护气体，使焊缝表面更加光亮，同时还改善了焊缝液态金属流动性差，避免或减少气孔、裂纹、未熔合等焊接缺陷的产生。
为达到上述目的，本发明一种采用三元混合气体保护焊接N06059镍基合金材料的方法，其特征在于焊接N06059镍基合金材料时，在混合气体保护中采用半自动或全自动熔化极气体保护焊进行焊接，所述的混合气体为：Ar、He与H2的混合气体。
进一步地，所述混合气体以体积百分数计，Ar%+He%+H2=100%，Ar在保护气体中占5~95%，He在保护气体中占3~90%，其余为H2。
优选地，所述混合气体以体积百分数计，Ar在混合气体中占65-95%，He在混合气体中占3~30%，H2在混合气体中占2-5%。
优选地，所述混合气体以体积百分数计，Ar在混合气体中占85%，He在混合气体中占10%，H2在混合气体中占5%。
优选地，所述混合气体以体积百分数计，Ar在混合气体中占90%，He在混合气体中占5%，H2在混合气体中占5%。
一般地，所述Ar、He与H2的纯度均大于等于99.99%。
所述焊接N06059镍基合金材料包括对接及角接。
一般地，所述半自动熔化极气体保护焊，焊接电流为120~160A,电弧电压为20~24V，焊接速度为3.5~5.5mm/min。
优选地，所述半自动熔化极气体保护焊，焊接电流为120A,电弧电压为20V，焊接速度为4.5mm/min。
优选地，所述半自动熔化极气体保护焊，焊接电流为150A,电弧电压为23V，焊接速度为3.5/min。
本发明采用一定比例的混合气体对N06059镍基合金部件熔化极焊接时进行保护，以改善焊缝液态金属流动性差，避免或减少气孔、裂纹、未熔合等缺陷的产生。混合气体中添加了He气和H2气，电弧发热量大而集中，具有较大的熔深，能够改善熔滴的过渡特性，使熔滴过渡的尺寸变细，从而减少了飞溅，不易产生气孔，同时也改善了焊缝的颜色和成形，提高了焊接速度。
为保证N06059镍基合金部件焊接质量，避免或减少气孔、裂纹、未熔合等缺陷的产生，采用三种气体以一定比例进行混合，对N06059镍基合金部件熔化极焊接时进行保护。通过改变气体的混合比例可以达到不同的焊接效果。
本发明采用三元混合气体保护进行N06059镍基合金部件焊接，保证了部件对接或者角接等焊缝的焊接质量，避免或减少气孔、裂纹、未熔合等缺陷的产生，焊缝成型均匀美观。
附图说明
图1为实施例中N06059镍基合金部件对接焊缝示意图。
图2为实施例中N06059镍基合金部件角接焊缝示意图。
图3 为实施例5中筒体纵环缝示意图。
图4 为实施例5中筒体纵环缝坡口示意图。
图5 为实施例6中塔盘支撑圈与筒体为T型角接示意图。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明方法加以详细描述。
对比例及实施例1~4
针对N06059镍基合金对接及角接部件，采用不同混合比例保护气体进行焊接工艺评定，即依据《承压设备焊接工艺评定》NB/T47014—2011的有关规定及产品技术条件要求，对N06059镍合金材料采用半自动熔化极气体保护焊进行板材对接和角接焊接工艺评定，实施例中的保护气体为：氩气（Ar）+氦气（He）+氢气（H2）；混合气体以体积百分数计，Ar%+He%+H2=100%，Ar在保护气体中占5~95%，He在保护气体中占3~90%，其余为H2，H2气体在保护气体体积百分数不为0。Ar、He及H2的纯度均至少为99.99%。
对比例及实施例焊接方法为半自动熔化极气体保护焊，焊接电流为120~160A,电弧电压为20~24V，焊接速度为3.5~5.5mm/min。具体实施例1~6采用不同保护气体对N06059镍基合金对接及角接试板焊接（参考附图1和2）结果如下表1所示，表1中对比及实施例对不同混合比例保护气体的焊接结果进行了比较分析。
表1 不同混合比例保护气体焊接结果
由表1可见，对比例1单一保护气体焊接，电弧漂移不稳定，焊缝表面凸起，边缘熔合不良，易烧损导电嘴；对比例2混合保护气体中不含氢气，焊缝熔深很大，飞溅多，表面有氧化色。实施例混合保护气体中，Ar在混合气体中占65-95%，He在混合气体中占3~30%，H2在混合气体中占2-5%。所述Ar的比例80-95%，He的比例为3-15% 及H2在保护气体中占2~5%更优。
实施例1、2、3的焊接试板进行了射线和着色探伤、力学性能和腐蚀性能试验，各项检测及试验均合格，符合相关标准及技术条件要求，可以应用于实际产品的焊接。
实施例5
在分析了实施例1~4采用不同比例保护气体对N06059镍基合金对接及角接试验板件焊接结果的基础上，某气化炉内部筒体纵缝（参考附图3中的AW01~04）和筒体对接环缝（参考附图3中的BAW01~03）进行了实际应用，筒体材质为N06059镍基合金材料，筒体厚度10mm，坡口型式为V型（参考附图4），坡口角度单边30°，钝边1.5mm，采用半自动熔化极混合气体保护焊接，混合保护气体为氩气85%+氦气10%+氢气5%，以上均上以体积百分数计，该焊接方法中，焊接电流120A，电弧电压20V，焊接速度4.5mm/min，焊缝表面颜色光亮，且与母材边缘过渡圆滑无咬边，纹路均匀，在筒体背面焊缝加了氩气保护，实现了单面焊接双面成形的效果，因此说明熔深较大，熔池铁水的流动性好，焊缝射线探伤无气孔、裂纹、未焊透等缺陷，达到了产品焊接技术条件要求。
实施例6
某塔器塔盘支撑圈与筒体为T型角接方式（参考附图5），采用半自动熔化极混合气体保护焊接，混合保护气体为氩气90%+氦气5%+氢气5%，以上均上以体积百分数计，该焊接方法中，焊接电流150A，电弧电压23V，焊接速度3.5mm/min，焊缝表面颜色光亮过渡圆滑，纹路均匀，采用该方法焊接相较于焊条电弧焊、钨极氩弧焊减小了工件变形，焊缝100%着色探伤无气孔、裂纹等缺陷，符合产品焊接技术条件要求。
本发明经过工程实践及产品焊接证实，焊缝表面成型优良，对焊缝进行射线和着色探伤、力学性能和腐蚀性能试验均合格，焊接质量符合相关标准及技术条件要求；部件焊后变形小于钨极氩弧焊和焊条电弧焊，焊接效率与焊条电弧焊相比提高近3倍，比手工钨极氩弧焊提高近5倍，且添加了一定比例的氢气，减小了氦气的添加比例更加经济，本发明的方法能够达到良好的焊接效果和经济效益。
Claims (10)
1.一种采用三元混合气体保护焊接N06059镍基合金材料的方法，其特征在于焊接N06059镍基合金材料时，在混合气体保护中采用半自动或全自动熔化极气体保护焊进行焊接，所述的混合气体为：Ar、He与H2的混合气体。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述混合气体以体积百分数计，Ar%+He%+H2=100%，Ar在保护气体中占5~95%，He在保护气体中占3~90%，其余为H2。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于所述混合气体以体积百分数计，Ar在混合气体中占65-95%，He在混合气体中占3~30%，H2在混合气体中占2-5%。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于所述混合气体以体积百分数计，Ar在混合气体中占85%，He在混合气体中占10%，H2在混合气体中占5%。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于所述混合气体以体积百分数计，Ar在混合气体中占90%，He在混合气体中占5%，H2在混合气体中占5%。
6.根据权利要求1-5之一所述的方法，其特征在于所述Ar、He与H2的纯度均大于等于99.99%。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述焊接N06059镍基合金材料包括对接及角接。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述半自动熔化极气体保护焊，焊接电流为120~160A,电弧电压为20~24V，焊接速度为3.5~5.5mm/min。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于所述半自动熔化极气体保护焊，焊接电流为120A,电弧电压为20V，焊接速度为4.5mm/min。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于所述半自动熔化极气体保护焊，焊接电流为150A,电弧电压为23V，焊接速度为3.5/min。
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