CN115889949A - 一种用于厚壁部件非贯穿型缺陷的自动焊接修复方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于厚壁部件非贯穿型缺陷的自动焊接修复方法，包括焊前准备工序和焊接修复工序，焊前准备工序包括：无损检测，清除缺陷，清除完成后再次无损检测，加工缺陷部位以形成U形坡口；焊接修复工序包括：预热U形坡口，根据U形坡口宽度选择不同自动焊接装置，焊接时依次进行支撑焊、填充焊、找平焊，直至整个U形坡口均完成焊接，进行马氏体转变处理再进行消氢处理，待冷至室温再对焊缝进行无损检测，继续进行盖面施焊，进行焊后热处理。本发明自动化程度高，提高了对于不同环境的适应性，降低了对操作人员焊接技术水平的要求，减少了人工成本，且自动焊接修复后的焊缝较人工焊接修复后的质量好，冲击韧性高，不易再次发生裂纹。

Description

一种用于厚壁部件非贯穿型缺陷的自动焊接修复方法

技术领域

本发明属于焊接修复技术领域，具体涉及一种用于厚壁部件非贯穿型缺陷的自动焊接修复方法。

背景技术

火力发电厂锅炉、四大管道、汽轮机等重要部件大多为厚壁部件，其通常采用合金钢、铸钢等材料制成，且这些厚壁部件大部分会承受高温高压载荷对的长期作用，且部分厚壁部件还会受到交变载荷的作用，因此，恶劣的工作条件对这些厚壁部件的安全性提出了更高的要求。例如主蒸汽阀、调节阀以及锅炉联箱上的铸造三通等部件，由于体积大、不同部位壁厚变化大等因素，在制造过程中可能因冷却速度不同而存在组织不均匀性，导致其薄弱部位或制造缺陷区域在工作过程中易出现裂纹而失效。

现有技术中，通常采用手工焊接修复方法对厚壁部件的非贯穿型缺陷进行修复，例如可采用手工电弧焊。但是，火力发电厂内设备结构复杂，部分出现缺陷的厚壁部件周边的空间狭窄，操作人员难以进入进行手工焊接，且现场环境恶劣，存在一定的安全风险，因此手工焊接修复方法通常实施较为困难。此外，手工焊接修复的焊接质量难以保证，对操作人员的焊接技术水平的要求很高。

发明内容

本发明的目的是提供一种焊接效果好、自动化程度高的非贯穿型缺陷的自动焊接修复方法，适用于材质为P92钢的厚度大于20mm的厚壁部件。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种用于厚壁部件非贯穿型缺陷的自动焊接修复方法，包括如下步骤：

S1：焊前准备工序，包括：

(1)对缺陷部位进行无损检测，确定缺陷的位置和深度，并根据其位置和深度进行缺陷清除，清除完成后再次进行无损检测以确认无残留缺陷，

(2)对缺陷部位进行加工以形成U形坡口；

S2：焊接修复工序，包括：

(1)预热U形坡口至设定预热温度，

(2)根据U形坡口宽度选择不同自动焊接装置进行焊接，焊接时依次进行支撑焊、填充焊、找平焊，焊接时采用多层多道焊，在完成一层焊接后，对该层焊缝表面进行检查清理，经检查确认焊接质量合格后再进行下一层焊接，直至整个U形坡口均完成焊接，

(3)在温度80～120℃、时间1～2h条件下进行马氏体转变处理，再进行消氢处理，消氢处理完成后，待冷至室温再对焊缝进行无损检测，确保焊缝无超标缺陷存在，

(4)继续采用自动焊接装置进行盖面施焊，

(5)进行焊后热处理。

优选地，在S1(1)中，缺陷清除时采用坡口机，采用坡口机清除缺陷时将缺陷周边2～4mm范围内也进行清除。

进一步优选地，采用坡口机清除缺陷时将缺陷周边3mm范围内也进行清除。

优选地，在S2(1)中，设定预热温度为150～250℃。

优选地，在S2(5)中，焊后热处理的温度为730～740℃。

优选地，在S2(2)中，选择不同自动焊接装置时，当U形坡口宽度大于等于15mm，选择圆形焊炬，当U形坡口宽度小于15mm，选择扁形焊炬。

进一步优选地，所述的扁形焊炬包括焊枪本体、焊枪杆，所述的焊枪本体的厚度为6～10mm，所述的焊枪本体上开设有贯穿其相对两侧面的通槽，且所述的通槽具有朝向所述的焊枪本体一端的开口，所述的焊枪杆设置在所述的通槽内，且所述的焊枪杆的一端伸出所述的通槽的开口，所述的焊枪杆的另一端穿出所述的焊枪本体的另一端，所述的焊枪杆的一端连接有钨极，所述的焊枪本体的顶部具有气管接头、水管接头，所述的气管接头用于连接气管，所述的水管接头用于连接水管。

更进一步优选地，所述的焊枪本体的厚度为8mm。

进一步优选地，所述的圆形焊炬包括焊枪本体、焊枪杆以及圆柱形气罩，所述的焊枪本体设置在所述的圆柱形气罩一端的外部，所述的焊枪杆部分设置在所述的圆柱形气罩内，所述的焊枪杆与所述的圆柱形气罩的内壁通过连接部相连接，所述的焊枪杆的两端分别贯穿所述的圆柱形气罩的两端，所述的焊枪杆的一端与所述的焊枪本体连接，所述的焊枪杆的另一端设置有钨极。

更进一步优选地，所述的连接部呈圆柱状，所述的连接部的外径与所述的圆柱形气罩的内径一致，所述的连接部的外周面上开设有环形凹槽，所述的环形凹槽内设置有密封圈。

更进一步优选地，所述的圆形焊炬还包括滤网，所述的滤网设置在所述的圆柱形气罩内，且所述的滤网较所述的连接部更靠近所述的圆柱形气罩的另一端。

优选地，在S2(2)中，焊接时采用自动焊焊丝，自动焊焊丝的直径为0.8～1.2mm。

进一步优选地，采用直径为1mm的ER90S-B9自动焊焊丝。

优选地，在S2(2)中，焊接时采用氩气作为保护气体，氩气的纯度为99.999％。

优选地，在S2(2)中，焊接时层间温度为150～250℃。

进一步优选地，在S2(2)中，在进行支撑焊时，保护气体的气体流量为65～70L/min，并增加二次气体保护，在进行填充焊时，保护气体的气体流量为50～65L/min，在进行找平焊时，保护气体的气体流量为30～50L/min。

优选地，在S2(2)中，在进行填充焊时，自动焊接装置的钨极进行摇摆，且自动焊接装置的焊枪杆进行摆动。

优选地，在S2(2)中，对焊缝表面进行检查清理时，采用直接目视检查和/或自动焊接装置的摄像头检查。

由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：

本发明在焊接修复时采用自动焊接装置，自动化程度高，提高了对于不同环境的适应性，降低了对操作人员焊接技术水平的要求，减少了人工成本，安全性更好，且自动焊接修复后的焊缝较人工焊接修复后的质量好，冲击韧性高，不易再次发生裂纹，且整体过程简单，易于实现。

附图说明

附图1为本实施例的扁形焊炬的结构示意图；

附图2为本实施例的圆形焊炬的结构示意图；

附图3为采用本实施例的自动焊接修复方法的热影响区的金相组织图；

附图4为采用本实施例的自动焊接修复方法的焊缝区域的金相组织图；

附图5为采用现有技术的手工焊接修复方法的热影响区的金相组织图；

附图6为采用现有技术的手工焊接修复方法的焊缝区域的金相组织图；

附图7为采用本实施例的自动焊接修复方法和采用现有技术的手工焊接修复方法后焊缝区域的冲击韧性对比图。

以上附图中：

11、焊枪本体；110、通槽；111、气管接头；112、水管接头；12、焊枪杆；13、钨极；

21、焊枪本体；22、焊枪杆；23、圆柱形气罩；24、连接部；240、环形凹槽；241、密封圈；25、钨极；26、滤网。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

一种用于厚壁部件非贯穿型缺陷的自动焊接修复方法，包括焊前准备工序和焊接修复工序，步骤：

S1：首先进行焊前准备工序，具体包括：

(1)对缺陷部位进行无损检测，确定缺陷的位置和深度，无损检测可采用例如超声检测、磁粉探伤等方式；

根据获得的缺陷的位置和深度进行缺陷清除，缺陷清除时采用坡口机，采用坡口机清除缺陷时将缺陷周边母材2～4mm范围内也进行清除，优选为将缺陷周边母材3mm范围内进行清除；

清除完成后，再次进行无损检测，以确认无残留缺陷，保证缺陷清除干净。

(2)对缺陷部位进行加工，以形成U形坡口，加工时可采用例如自动环切机。

S2：完成焊前准备工序后，进行焊接修复工序，具体包括：

(1)预热U形坡口至设定预热温度，设定预热温度为150～250℃，预热时可采用例如远红外加热器。

(2)根据U形坡口宽度选择不同自动焊接装置进行焊接，当U形坡口宽度大于等于15mm，选择圆形焊炬，当U形坡口宽度小于15mm，选择扁形焊炬；

圆形焊炬和扁形焊炬的具体结构为：

如图1所示，扁形焊炬包括焊枪本体11、焊枪杆12，焊枪本体11整体呈扁平状，其厚度为6～10mm，优选为8mm，焊枪本体11上开设有贯穿其相对两侧面的通槽110，且通槽100具有朝向焊枪本体11一端的开口，焊枪杆12设置在通槽110内，且焊枪杆12的一端伸出通槽110的开口，焊枪杆12的另一端穿出焊枪本体11的另一端，钨极13设置在焊枪杆12的一端；焊枪本体11的顶部具有气管接头111、水管接头112，气管接头111用于连接气管，水管接头112用于连接水管，气管接头111设置有两个，两个气管接头111对称设置，水管接头112设置有两个，两个水管接头112对称设置；

如图2所示，圆形焊炬包括焊枪本体21、焊枪杆22以及圆柱形气罩23，焊枪本体21设置在圆柱形气罩23一端的外部，焊枪杆22部分设置在圆柱形气罩23内，焊枪杆22的两端分别贯穿圆柱形气罩23的两端，焊枪杆22的一端与焊枪本体21连接，焊枪杆22的另一端设置有钨极25，具体而言：圆柱形气罩23采用透明材料制成，焊枪杆22与圆柱形气罩23的内壁之间通过连接部24相连接，连接部24呈圆柱状，连接部24的外径与圆柱形气罩23的内径一致，连接部24的外周面与圆柱形气罩23的内壁连接，连接部24的外周面上开设有环形凹槽240，环形凹槽240内设置有密封圈241，圆柱形气罩23内还设置有滤网26，滤网26也呈圆柱状，滤网26的外周面与圆柱形气罩23的内壁连接，且滤网26较连接部24更靠近圆柱形气罩23的另一端；

焊接时采用自动焊焊丝，自动焊焊丝的直径为0.8～1.2mm，优选采用直径为1mm的ER90S-B9自动焊焊丝；焊接时采用氩气作为保护气体，氩气的纯度为99.999％；焊接时层间温度为150～250℃；

焊接时依次进行支撑焊、填充焊以及找平焊，在进行支撑焊、填充焊以及找平焊时，需设置自动焊接装置的焊接工艺参数，具体如表1所示；

在进行支撑焊时，保护气体的气体流量为65～70L/min，并增加二次气体保护；在进行填充焊时，保护气体的气体流量为50～65L/min，自动焊接装置的钨极进行摇摆，且自动焊接装置的焊枪杆进行摆动，以避免出现侧壁未熔合情况；在进行找平焊时，保护气体的气体流量为30～50L/min；

焊接时采用多层多道焊，在完成一层焊接后，对该层焊缝表面进行检查清理，可采用直接目视检查和/或自动焊接装置的摄像头检查，经检查确认焊接质量合格后再进行下一层焊接，直至整个U形坡口均完成焊接；

此外，在焊接成形过程中，还可施加超声波，以改变焊缝金属结晶形态，减小焊缝金属的粗大组织和应力水平。

表1支撑焊、填充焊、找平焊的焊接工艺参数

(3)为了确定焊缝没有超标缺陷存在，在整个U形坡口焊接完成后，对焊缝进行消氢处理，在进行消氢处理前，先在温度80～120℃、时间1～2h条件下进行马氏体转变处理，在消氢处理完成后，待冷至室温再对焊缝进行无损检测，确保焊缝无超标缺陷存在。

(4)继续采用步骤(2)中选择的自动焊接装置进行盖面施焊，需设置自动焊接装置的焊接工艺参数，具体如表2所示。

表2盖面施焊的焊接工艺参数

(5)最后进行焊后热处理，焊后热处理采用中频热处理加热器，焊后热处理温度(回火温度)为730～740℃，可降低热处理温度对长期服役后的母材的影响，进一步避免母材的劣化。

如图3至图6所示，为采用本实施例的自动焊接修复方法的热影响区和焊缝区域的金相组织图、采用现有技术的手工焊接修复方法后得到的热影响区和焊缝区域的金相组织图，具体而言：

从图3和图4可知，采用自动焊接修复方法的P92母材组织为不同位向的回火板条马氏体，焊缝为典型的回火马氏体组织，可以看到原柱状晶及包状晶形貌，内部由不同位向的马氏体板条束组成，从图5和图6可知，采用手工焊接修复方法在焊缝区域可见块状铁素体组织，在热影响区的粗晶区，晶粒大小明显较自动焊接修复方法的组织粗大。

如图7所示，为采用本实施例的自动焊接修复方法和采用现有技术的手工焊接修复方法后焊缝区域的冲击韧性对比图，采用自动焊接修复方法的焊缝上表面的冲击韧性可达到了156.3J，明显高于手工焊接修复方法的77J，主要原因是由于采用手工焊接修复方法时热输入量大，使得熔池的体积大，熔池金属高温停留时间变长，冷却速度较慢，焊缝金属熔融态冷却后得到粗大的铸态组织，使得其冲击韧性明显低于自动焊接修复方法的冲击韧性；并且相比手工焊接修复方法，自动焊接修复方法的表面热影响区的冲击韧性可达到190J，明显高于手工焊接修复方法的表面热影响区的冲击韧性。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于厚壁部件非贯穿型缺陷的自动焊接修复方法，其特征在于：包括如下步骤：

S1：焊前准备工序，包括：

（1）对缺陷部位进行无损检测，确定缺陷的位置和深度，并根据其位置和深度进行缺陷清除，清除完成后再次进行无损检测以确认无残留缺陷，

（2）对缺陷部位进行加工以形成U形坡口；

S2：焊接修复工序，包括：

（1）预热U形坡口至设定预热温度，

（2）根据U形坡口宽度选择不同自动焊接装置进行焊接，焊接时依次进行支撑焊、填充焊、找平焊，焊接时采用多层多道焊，在完成一层焊接后，对该层焊缝表面进行检查清理，经检查确认焊接质量合格后再进行下一层焊接，直至整个U形坡口均完成焊接，

（3）在温度80~120℃、时间1~2h条件下进行马氏体转变处理，再进行消氢处理，消氢处理完成后，待冷至室温再对焊缝进行无损检测，确保焊缝无超标缺陷存在，

（4）继续采用自动焊接装置进行盖面施焊，

（5）进行焊后热处理。

2.根据权利要求1所述的用于厚壁部件非贯穿型缺陷的自动焊接修复方法，其特征在于：在S1（1）中，缺陷清除时采用坡口机，采用坡口机清除缺陷时将缺陷周边2~4mm范围内也进行清除。

3.根据权利要求1所述的用于厚壁部件非贯穿型缺陷的自动焊接修复方法，其特征在于：在S2（1）中，设定预热温度为150~250℃；在S2（5）中，焊后热处理的温度为730~740℃。

4.根据权利要求1所述的用于厚壁部件非贯穿型缺陷的自动焊接修复方法，其特征在于：在S2（2）中，选择不同自动焊接装置时，当U形坡口宽度大于等于15mm，选择圆形焊炬，当U形坡口宽度小于15mm，选择扁形焊炬。

5.根据权利要求4所述的用于厚壁部件非贯穿型缺陷的自动焊接修复方法，其特征在于：所述的扁形焊炬包括焊枪本体、焊枪杆，所述的焊枪本体的厚度为6~10mm，所述的焊枪本体上开设有贯穿其相对两侧面的通槽，且所述的通槽具有朝向所述的焊枪本体一端的开口，所述的焊枪杆设置在所述的通槽内，且所述的焊枪杆的一端伸出所述的通槽的开口，所述的焊枪杆的另一端穿出所述的焊枪本体的另一端，所述的焊枪杆的一端连接有钨极，所述的焊枪本体的顶部具有气管接头、水管接头，所述的气管接头用于连接气管，所述的水管接头用于连接水管。

6.根据权利要求4所述的用于厚壁部件非贯穿型缺陷的自动焊接修复方法，其特征在于：所述的圆形焊炬包括焊枪本体、焊枪杆以及圆柱形气罩，所述的焊枪本体设置在所述的圆柱形气罩一端的外部，所述的焊枪杆部分设置在所述的圆柱形气罩内，所述的焊枪杆与所述的圆柱形气罩的内壁通过连接部相连接，所述的焊枪杆的两端分别贯穿所述的圆柱形气罩的两端，所述的焊枪杆的一端与所述的焊枪本体连接，所述的焊枪杆的另一端设置有钨极。

7.根据权利要求1所述的用于厚壁部件非贯穿型缺陷的自动焊接修复方法，其特征在于：在S2（2）中，焊接时采用自动焊焊丝，自动焊焊丝的直径为0.8~1.2mm；焊接时采用氩气作为保护气体；焊接时层间温度为150~250℃。

8.根据权利要求7所述的用于厚壁部件非贯穿型缺陷的自动焊接修复方法，其特征在于：在S2（2）中，在进行支撑焊时，保护气体的气体流量为65~70L/min，并增加二次气体保护，在进行填充焊时，保护气体的气体流量为50~65L/min，在进行找平焊时，保护气体的气体流量为30~50L/min。

9.根据权利要求1所述的用于厚壁部件非贯穿型缺陷的自动焊接修复方法，其特征在于：在S2（2）中，在进行填充焊时，自动焊接装置的钨极进行摇摆，且自动焊接装置的焊枪杆进行摆动。

10.根据权利要求1所述的用于厚壁部件非贯穿型缺陷的自动焊接修复方法，其特征在于：在S2（2）中，对焊缝表面进行检查清理时，采用直接目视检查和/或自动焊接装置的摄像头检查。

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