CN1325218C - 厚壁紫铜管对接焊缝不预热单面焊双面直接成形焊接方法 - Google Patents

厚壁紫铜管对接焊缝不预热单面焊双面直接成形焊接方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及厚壁紫铜管对接焊缝不预热单面焊双面直接成形焊接方法，步骤如下：加工紫铜管焊接坡口，加工铜镍合金熔化垫圈或合金定位塞块；焊前清除焊缝两侧污物及氧化皮并用丙酮擦拭干净；将熔化垫圈或定位塞块置入焊接坡口定位；采用钨极氦弧焊焊接定位焊缝、打底焊缝和充填焊缝。本方法焊制的焊缝质量可满足国家射线检验标准GB3323-87的二级质量要求，采用特殊的钨极氦弧焊方法，来提高电弧功率和电弧熔透能力，实现厚壁紫铜6-30mm不预热焊接，通过焊接材料中加入一定数量的Ni和脱氧Si、Mn合金元素，提高液态焊缝金属表面张力，降低液态金属流动性，提高焊缝金属熔点方法，使得焊接成形好，接头强度高、塑性好，同时改善了工作环境。

Description

厚壁紫铜管对接焊缝不预热单面焊双面直接成形焊接方法
(一)技术领域
本发明涉及焊接方法，特别是涉及厚壁紫铜管对接焊缝不预热单面焊双面直接成形焊接方法。
(二)背景技术
目前紫铜焊接存在的难题，是铜的热导率比普通碳钢大7-11倍，母材散热过快，与填充金属难于熔合，母材厚度和尺寸越大，散热越严重，也越难达到熔化温度，即使采用大功率焊接电源，还得在焊前预热，焊接过程中仍需采取同步加热措施。为了保持工件温度，工人劳动强度大，施工条件恶劣，飞溅很大，且焊缝质量差，表现母材性能损失大，焊接接头处机械性能严重下降。铜在熔化状态时的表面张力比碳钢小1/3，流动性比钢大1-1.5倍，因此表面成形能力差，根据目前已有的焊接方法根本无法实现单面焊双面成形，一般的线胀系数及收缩率比钢大一倍以上，焊后会产生较大变形和应力，加之铜中杂质元素的存在，焊接接头热裂倾向大。
紫铜焊接现有技术：按照目前国家标准GB/T11618-1999《铜管接头》和船舶行业标准CB/T3790-1997《船舶管子加工技术条件》的内容，壁厚δ＜6mm的紫铜管可以采用插承式管件和对接接头，焊接方法为火焰钎焊，而对于壁厚δ≥6mm的厚壁紫铜管，国标和船标都规定禁止采用钎焊，而必须采用电弧熔焊方法焊接，但国标和船标中都没有给出可操作的电弧熔焊工艺。
目前国内已知的厚壁紫铜管电弧熔焊工艺基本上都是使用手工电弧焊方法或熔化极电弧焊方法，采用紫铜焊条(GB/T3670-1995Ecu)或紫铜焊丝(GB9160-88HSCu)作为填充材料，焊接时需预热550℃以上，焊接条件非常恶劣，劳动效率低，焊接质量不易保证，母材机械性能损失也很大，且采用上述焊接方法都无法实现紫铜管对接焊缝单面焊双面成形。由于国内目前没有可以直接实现厚壁紫铜管对接焊缝不预热单面焊双面成形的焊接方法，自然也就没有相应的对接焊缝无损检测(射线检验)标准和技术要求。
(三)发明内容
本发明要解决的技术问题，是提供一种无须预热、单面焊双面成形、焊接过程无热裂、焊缝可满足射线检验、保证母材及焊接接头机械性能、高质量，减轻工作劳动强度，改善施工条件的厚壁紫铜管对接焊缝不预热单面焊双面直接成形焊接方法。
采用的技术方案是：
厚壁紫铜管对接焊缝不预热单面焊双面直接成形焊接方法，包括如下步骤：
1、采用机械加工作出紫铜管焊接坡口，加工制作铜镍合金熔化垫圈或铜镍合金定位塞块；
2、焊前严格清除焊缝两侧30mm内的氧化皮、油、锈、水及其它污物，并用丙酮擦拭干净。
3、将铜镍合金熔化垫圈或铜镍合金定位塞块置入焊接坡口定位；
4、定位焊缝，采用钨极惰性气体保护焊，定位焊缝沿紫铜管周长方向等分位置各焊一处定位焊缝，定位焊缝长为10-20mm；
5、打底焊缝，采用钨极惰性气体保护焊，打底焊缝的焊接过程中，紫铜管内须连续不断地充高纯度惰性气体保护；
6、充填焊缝，采用钨极惰性气体保护焊，并配铜镍合金焊丝焊接填充焊缝。
上述的紫铜管焊接坡口，其焊接坡口面角α为30-40°。
上述的铜镍合金熔化垫圈截面尺寸，厚H为1.0-2.5mm，宽A为3.5-6.5mm，楔高R为2.0-2.5mm，楔宽B为1.0-2.5mm。
上述的铜镍合金定位塞块截面尺寸，塞楔高D为1.5-2.0mm，，塞楔宽C为1.5-5.5mm。
上述的定位焊缝、打底焊缝和充填焊缝均采用的钨极惰性气体保护焊为钨极氦弧焊。
上述的打底焊缝焊接过程中，紫铜管内须连续不断地充高纯度的隋性气体保护，为纯度大于99.99％纯氩保护。
上述的铜镍合金熔化垫圈、铜镍合金定位塞块及铜镍合金焊丝，其铜镍合金为CuNi90/10、CuNi70/30、CuNi25/75的合金。
上述的厚壁紫铜管对接焊缝不预热单面焊双面直接成形焊接方法，适用厚板状紫铜材料焊接。
本方法无须焊缝预热，改善了工作环境、减轻了工人的劳动强度，实现了厚壁大口径紫铜管道或厚板状紫铜材料对接焊缝不预热单面焊双面直接成形，焊缝质量可满足国家射线检测标准GB3323-87的二级质量要求，提高了焊缝强度且不降低焊缝塑性，提高了焊缝抗热裂性能及接头处总体综合机械性能。
(四)附图说明
图1为本发明实施例一示意图。
图2为本发明实施例二示意图。
(五)具体实施方式
厚壁紫铜管对接焊缝不预热单面焊双面直接成形焊接方法，是采用功率输出比较大的直流焊接电源，其输出电流大于400A，同时以纯氦作为保护气体的钨极氦弧焊，根据在电流相同的条件下，氦气的热输入量为氩气的1.5倍，氦弧的穿透能力比氩弧增加3-5倍，来提高电弧功率和电弧熔透能力，可将电弧功率密度提高至钨极氩弧焊的3-5倍，氦气冷却效果好，电弧能量密度大，弧柱细而集中，可提高熔透能力，从而实现厚壁紫铜6-30mm不预热焊接。利用铜镍完全固熔原理，采用强度、塑性、合金熔液表面张力综合性能较好的铜镍合金焊丝，如CuNi90/10、CuNi70/30、CuNi25/75焊丝来提高液态焊缝金属表面张力，降低液态焊缝金属的流动性，从而提高接头根部焊缝表面成形能力。通过在焊接材料中填加10-75％的Ni元素来提高焊缝金属熔点，在焊接材料中加入Si、Mn脱氧合金元素增强脱氧能力，最终提高焊缝金属强度且不降低焊缝塑性的方法来提高焊缝抗热裂性及焊接接头总体综合性能，见表1。
表1
    合金    熔点(℃) 强度σb(MPa)  塑性δ10(％)
  Cu     1083     ≥170     ≥30
  CuNi90/10     1110     ≥270     ≥25
  CuNi70/30     1180     ≥350     ≥30
  CuNi25/75     1330     ≥480     ≥30
实施例一
厚壁紫铜管对接焊缝不预热单面焊双面直接成形焊接方法，包括如下步骤：
1、采用机械加工作出厚壁的紫铜管2的焊接坡口1，加工制作铜镍合金熔化垫圈3；
2、焊前严格清除焊缝两侧30mm内的氧化皮、油、锈、水及其它污物，并用丙酮擦拭干净；
3、将铜镍合金熔化垫圈3置入厚壁的紫铜管2的焊接坡口1装配，装配后的焊接坡口1的坡口面角α＝35°，铜镍合金熔化垫圈3的截面尺寸：厚H＝2mm，宽A＝5.5mm，楔高R＝2mm，楔宽B＝2.5mm；
4、定位焊缝，采用钨极氦弧焊，不填加焊丝干熔焊接，定位焊缝沿紫铜管2周长方向六等分位置各焊一处定位焊缝，定位焊缝长为15mm；
5、打底焊缝，采用钨极氦弧焊，不预热、不填加焊丝干熔焊接，操作时将电弧在焊接坡口1根部两侧紫铜母材稍作停留，而在铜镍合金熔化垫圈3处不作停留，以保证焊接坡口1两侧根部熔合良好和实现背部焊缝成形，整个打底焊缝的焊接过程中，厚壁的紫铜管2内须连续不断地充高纯度氩(纯度大于99.99％)保护；
6、充填焊缝，打底焊缝焊好后，即可采用钨极氦弧焊配Φ1.6-Φ3.2mm的铜镍合金焊丝不预热焊接填充焊缝，填充焊缝焊接只需按照正常的钨极氩弧焊焊接操作技术就可。
实施例二
厚壁紫铜管对接焊缝不预热单面焊双面直接成形焊接方法，包括如下步骤：
1、采用机械加工作出厚壁的紫铜管2的焊接坡口1，加工制作铜镍合金定位塞块4；
2、焊前严格清除焊缝两侧30mm内的氧化皮、油、锈、水及其他污物，并用丙酮擦拭干净；
3、将铜镍合金定位塞块4置入厚壁的紫铜管2的焊接坡口1装配，装配时要保证接头装配间隙和定位，本例的焊接坡口1的坡口面角α＝36°，铜镍合金定位塞块4的塞楔宽C＝3.5mm，塞楔高D＝2mm，铜镍合金定位塞块4的数量可随厚壁的紫铜管2的直径不同而不同，一般直径大于100mm的接头需要四块铜镍合金定位塞块4来定位；
4、定位焊缝，采用钨极氦弧焊内填铜镍合金焊丝，将厚壁的紫铜管2与铜镍合金定位塞块4焊接定位；
5、打底焊缝，采用钨极氦弧焊，配铜镍合金焊丝焊接，整个打底焊缝的焊接过程中，厚壁的紫铜管2内部必须连续不断地充纯氩(纯度大于99.99％)保护，而为了保证氩气的保护效果，整个接头-周除进行焊接的一段处，所有留有间隙的部位都必须用不干胶条粘封，以防止氩气跑掉，打底焊缝焊到哪个铜镍合金定位塞块4处，就将该处的铜镍合金定位塞块4去掉，继续焊接下段打底焊缝；；
6、充填焊缝，打底焊缝焊好后，即可采用钨极氦弧焊配Φ1.6-Φ3.2mm的铜镍合金焊丝不预热焊接填充焊缝，填充焊缝焊接只需按照正常的钨极氩弧焊焊接操作技术就可。

Claims (6)

1、厚壁紫铜管对接焊缝不预热单面焊双面直接成形焊接方法，其特征包括如下步骤：
A、采用机械加工作出紫铜管焊接坡口(1)，加工制作铜镍合金熔化垫圈(3)或铜镍合金定位塞块(4)；
B、焊前严格清除焊缝两侧30mm内的氧化皮、油、锈、水及其它污物，并用丙酮擦拭干净；
C、将铜镍合金熔化垫圈(3)或铜镍合金定位塞块(4)置入焊接坡口定位；
D、定位焊缝采用钨极惰性气体保护焊，定位焊缝沿紫铜管(2)周长方向等分位置各焊一处定位焊缝，定位焊缝长为10-20mm；
E、打底焊缝，采用钨极惰性气体保护焊，打底焊缝的焊接过程中，紫铜管(2)内须连续不断地充高纯度惰性气体保护；
F、充填焊缝，采用钨极惰性气体保护焊，并配铜镍合金焊丝焊接填充焊缝；
定位焊缝、打底焊缝和充填焊缝采用的钨极惰性气体保护焊均为钨极氦弧焊。
2、根据权利要求1所述的厚壁紫铜管对接焊缝不预热单面焊双面直接成形焊接方法，其特征在于所述的紫铜管(2)的焊接坡口(1)，其焊接坡口(1)坡口面角α为30°-40°。
3、根据权利要求1所述的厚壁紫铜管对接焊缝不预热单面焊双面直接成形焊接方法，其特征在于所述的铜镍合金熔化垫圈(3)截面尺寸，厚H为1.0-2.5mm，宽A为3.5-6.5mm，楔高R为2.0-2.5mm，楔宽B为1.0-2.5mm。
4、根据权利要求1所述的厚壁紫铜管对接焊缝不预热单面焊双面直接成形焊接方法，其特征在于所述的铜镍合金定位塞块(4)截面尺寸，塞楔高D为1.5-2.0mm，塞楔宽C为1.5-5.5mm。
5、根据权利要求1所述的厚壁紫铜管对接焊缝不预热单面焊双面直接成形焊接方法，其特征在于所述的打底焊缝焊接过程中，紫铜管(2)内须连续不断地充高纯度的隋性气体保护，为纯度大于99.99％纯氩保护。
6、根据权利要求1所述的厚壁紫铜管对接焊缝不预热单面焊双面直接成形焊接方法，其特征在于所述的铜镍合金熔化垫圈(3)、铜镍合金定位塞块(4)及铜镍合金焊丝，其铜镍合金为CuNi90/10、CuNi70/30、CuNi25/75的合金。
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