一種哈氏合金管材焊接方法與流程

本發明涉及一種焊接方法，尤其是一種哈氏合金管材的焊接方法。

背景技術：

哈氏合金的導電率和導熱系數要比低碳鋼低得多，而電阻率和膨脹率都比低碳鋼高得多，熔池流動性差，潤濕性差，穿透力小，熔深淺，所以容易產生氣孔、裂紋、未焊透、未熔合、夾渣等缺陷。

目前，在進行哈氏合金焊接過程中，焊縫缺陷產生原因一般包括：

氣孔產生原因：鎳基合金液態金屬的流動性比較差，在液態下氣體來不及逸出；鎳基合金固液相的溫度間距小，氧氣二氧化碳和氫氣等氣體在液態鎳中的溶解度比較大，但當焊縫冷卻時，溶解度明顯減小，熔池中的氣體來不及逸出形成氣孔。

裂紋產生原因：在高溫下鎳與硫、磷極易形成低熔點共晶體；當焊接熱輸入較大時，會導致焊接接頭晶粒粗大，晶粒間會存在較多的碳化物和促進液化裂紋的金屬間化合物，增大熱裂紋傾向。

未焊透產生原因：C-276焊接時熱輸入不能過大且C-276焊縫熔池的流動性差，另外其焊縫金屬的熔深淺，所以容易形成未焊透缺陷。

夾渣傾向大產生原因：由于材料的導熱性差，焊道兩側容易產生夾溝或咬邊影響下道焊道的焊接，熔池前方和母材處的熔化速度較慢，焊道表面形狀缺陷不容易熔化，處理不當造成層間夾渣。

技術實現要素：

本發明要解決的技術問題是現有的哈氏合金常常出現焊縫缺陷。

為了解決上述技術問題，本發明提供了一種哈氏合金管材焊接方法，包括如下步驟：

步驟1，焊前準備，具體步驟為：

步驟1.1，坡口制作，將管材焊接位置制作為大角度和小鈍邊形式的坡口；

步驟1.2，焊前清理，對管材內、外表面的坡口兩側20mm范圍內的油污、毛刺、銹斑以及氧化皮進行清理；

步驟1.3，焊口組對，將待焊接管材進行焊縫組對，確保內壁平齊，且錯邊量低于壁厚的10％；

步驟1.4，安裝氬氣保護裝置，在待管材的焊縫組對處的內部安裝氬氣保護裝置，對焊縫背面進行充氬保護；

步驟1.5，進行定位焊，利用加入脫氧元素的焊接材料等間隔進行定位焊接且定位焊縫的長度為10～15mm，定位焊的焊接厚度為2～4mm且低于壁厚的2/3；

步驟2，進行全面焊接，采用與定位焊相同的焊接參數進行焊接，焊接時焊絲受熱端處于氬氣保護中，利用短弧焊接且控制層間溫度低于100℃，在每焊完一層后清除焊道表面的夾溝和氧化膜，在焊接過程中要控制母材熔入量，確保母材金屬與填充金屬各占50％，焊接后要在背面焊縫形成凸形，收弧時需將弧坑填滿且滯后30s停止氬氣保護；

步驟3，焊后焊縫清理，對焊接或熱處理時產生的氧化物進行表面刷除，再利用酸洗膏進行酸洗，最后用清水沖洗干凈；

步驟4，焊縫修補，具體步驟為：

步驟4.1，焊縫表面修補，利用角向磨光機對表面缺陷進行清除，且在表面缺陷清除后焊縫厚度不低于最小焊接厚度，若焊縫厚度小于最小焊接厚度，則進行焊縫修補，并最終將焊縫表面打磨平整圓滑；

步驟4.2，焊縫內部修補，利用射線檢測判定焊縫在缺陷清除是否合格，若不合格則進行焊接修補，利用角向磨光機對缺陷進行打磨清除，且打磨應間斷進行，焊縫內部修補完畢后按照原檢查程序進行外觀檢查和無損檢測。

采用焊前清理步驟能夠將施焊區域的油、水等會引起氣孔的雜質去除干凈，同時采用可以加入錳、鈦和鈮等脫氧元素的焊接材料進行焊接，同時在焊接過程中對焊接熔池進行氣體保護能夠有效避免氣孔的缺陷；采用層間溫度低于100℃的控制能夠有效避免產生裂紋；采用為大角度和小鈍邊形式的坡口能夠有效防止未焊透的缺陷；采用在每焊完一層后清除焊道表面的夾溝和氧化膜能夠有效防止夾渣；采用氬氣保護裝置能夠有效防止焊縫根部氧化和成型不良。

作為本發明的進一步限定方案，步驟1.1中，制作的坡口角度為35±2.5°，小鈍邊的尺寸為0.5mm。該坡口尺寸是針對哈氏合金C-276專門研究設定的，只有在該尺寸條件下才能夠確保完全焊透。

作為本發明的進一步限定方案，步驟1.2中，使用丙酮溶劑清洗去除油污、銹斑以及氧化皮。采用丙酮溶劑清洗去除油污、銹斑以及氧化皮，能夠避免氣孔和裂紋的產生。

作為本發明的進一步限定方案，步驟1.5中進行定位焊時，在定位焊縫的兩端打磨成帶斜坡的凹槽。采用將定位焊縫的兩端打磨成帶斜坡的凹槽，能夠便于正式焊接時接頭部位能良好的熔合。

作為本發明的進一步限定方案，步驟1.4中的氬氣保護裝置包括兩個限位擋氣機構、兩根對拉螺桿以及一根進氣管；限位擋氣機構包括兩塊限位板、一塊可溶紙板以及四個限位螺母；可溶紙板夾持在兩塊限位板之間，且可溶紙板的邊緣突出兩塊限位板的邊緣外；兩根對拉螺桿的兩端貫穿兩個限位擋氣機構，并通過限位螺母將對拉螺桿的端部固定在限位擋氣機構上；兩個限位擋氣機構的可溶紙板相互平行；進氣管的端部貫穿一個限位擋氣機構后伸入兩個限位擋氣機構之間。采用兩個限位擋氣機構能夠在組對后的焊縫背面形成保護氣腔，確保氬氣的充分利用，維持一個較長的保護周期；采用兩塊限位板夾持可溶紙板，既增強了可溶紙板的結構強度，又能夠方便通過對拉螺桿調節保護氣腔的大小。

作為本發明的進一步限定方案，在進氣管的端部設有兩個限位擋圈；兩個限位擋圈夾持在限位擋氣機構的兩側。采用限位擋圈能夠方便將進氣管固定在限位擋氣機構上，從而方便通過進氣管將氬氣保護裝置送入管材內進行定位安裝。

作為本發明的進一步限定方案，氬氣保護裝置還包括一個環繞在組對焊縫外圍的密封膠帶。采用密封膠帶能夠對焊縫進行封閉，防止大面積漏氣，確保氬氣充滿保護氣腔。

作為本發明的進一步限定方案，可溶紙板為圓形或方形，可溶紙板的邊緣貼緊管材的內壁。采用將可溶紙板的邊緣貼緊管材的內壁能夠盡量避免氬氣漏出。

作為本發明的進一步限定方案，步驟2中的焊接參數為：第一層焊接時，焊接電流60～90A，焊接電壓為10～16V，焊接速度為60～70mm/min，正面Ar流量為6～8L/min，背面Ar流量為10～12L/min；第二層焊接時，焊接電流65～95A，焊接電壓為10～16V，焊接速度為70～80mm/min，正面Ar流量為6～8L/min，背面Ar流量為10～12L/min；第三層焊接時，焊接電流65～100A，焊接電壓為10～16V，焊接速度為70～90mm/min，正面Ar流量為6～8L/min，無需背面通氬氣。只有在該焊接參數的條件下才能夠確保哈氏合金管材的正常可靠焊接。

本發明的有益效果在于：(1)采用焊前清理步驟能夠將施焊區域的油、水等會引起氣孔的雜質去除干凈，同時采用可以加入錳、鈦和鈮等脫氧元素的焊接材料進行焊接，同時在焊接過程中對焊接熔池進行氣體保護能夠有效避免氣孔的缺陷；(2)采用層間溫度低于100℃的控制能夠有效避免產生裂紋；(3)采用為大角度和小鈍邊形式的坡口能夠有效防止未焊透的缺陷；(4)采用在每焊完一層后清除焊道表面的夾溝和氧化膜能夠有效防止夾渣；(5)采用氬氣保護裝置能夠有效防止焊縫根部氧化和成型不良。

附圖說明

圖1為本發明的方法流程圖；

圖2為本發明的氬氣保護裝置結構示意圖。

圖中：1、限位板，2、對拉螺桿，3、限位螺母，4、可溶紙板，5、進氣管，6、限位擋圈，7、密封膠帶，8、管材。

具體實施方式

如圖1所示，本發明公開的哈氏合金管材焊接方法，包括如下步驟：

步驟1，焊前準備，具體步驟為：

步驟1.1，坡口制作，將管材焊接位置制作為大角度和小鈍邊形式的坡口；

步驟1.2，焊前清理，對管材內、外表面的坡口兩側20mm范圍內的油污、毛刺、銹斑以及氧化皮進行清理；

步驟1.3，焊口組對，將待焊接管材進行焊縫組對，確保內壁平齊，且錯邊量低于壁厚的10％；

步驟1.4，安裝氬氣保護裝置，在待管材的焊縫組對處的內部安裝氬氣保護裝置，對焊縫背面進行充氬保護；

步驟1.5，進行定位焊，利用加入脫氧元素的焊接材料等間隔進行定位焊接且定位焊縫的長度為10～15mm，定位焊的焊接厚度為2～4mm且低于壁厚的2/3；

步驟2，進行全面焊接，采用與定位焊相同的焊接參數進行焊接，焊接時焊絲受熱端處于氬氣保護中，利用短弧焊接且控制層間溫度低于100℃，在每焊完一層后清除焊道表面的夾溝和氧化膜，在焊接過程中要控制母材熔入量，確保母材金屬與填充金屬各占50％，焊接后要在背面焊縫形成凸形，收弧時需將弧坑填滿且滯后30s停止氬氣保護；

步驟3，焊后焊縫清理，對焊接或熱處理時產生的氧化物進行表面刷除，再利用酸洗膏進行酸洗，最后用清水沖洗干凈；

步驟4，焊縫修補，具體步驟為：

步驟4.1，焊縫表面修補，利用角向磨光機對表面缺陷進行清除，且在表面缺陷清除后焊縫厚度不低于最小焊接厚度，若焊縫厚度小于最小焊接厚度，則進行焊縫修補，并最終將焊縫表面打磨平整圓滑；

步驟4.2，焊縫內部修補，利用射線檢測判定焊縫在缺陷清除是否合格，若不合格則進行焊接修補，利用角向磨光機對缺陷進行打磨清除，且打磨應間斷進行，焊縫內部修補完畢后按照原檢查程序進行外觀檢查和無損檢測。

其中，步驟1.1中，制作的坡口角度為35±2.5°，小鈍邊的尺寸為0.5mm。該坡口尺寸是針對哈氏合金C-276專門研究設定的，只有在該尺寸條件下才能夠確保完全焊透。

步驟1.2中，使用丙酮溶劑清洗去除油污、銹斑以及氧化皮。采用丙酮溶劑清洗去除油污、銹斑以及氧化皮，能夠避免氣孔和裂紋的產生。

步驟1.5中進行定位焊時，在定位焊縫的兩端打磨成帶斜坡的凹槽。采用將定位焊縫的兩端打磨成帶斜坡的凹槽，能夠便于正式焊接時接頭部位能良好的熔合。

步驟2中的焊接參數如下表，只有在下表中的焊接參數條件下才能夠具有99％的焊縫的合格率。

如圖2所示，步驟1.4中的氬氣保護裝置包括兩個限位擋氣機構、兩根對拉螺桿2以及一根進氣管5；限位擋氣機構包括兩塊限位板1、一塊可溶紙板4以及四個限位螺母3；可溶紙板4夾持在兩塊限位板1之間，且可溶紙板4的邊緣突出兩塊限位板1的邊緣外；兩根對拉螺桿2的兩端貫穿兩個限位擋氣機構，并通過限位螺母3將對拉螺桿的端部固定在限位擋氣機構上；兩個限位擋氣機構的可溶紙板4相互平行；進氣管5的端部貫穿一個限位擋氣機構后伸入兩個限位擋氣機構之間；在進氣管5的端部設有兩個限位擋圈6；兩個限位擋圈6夾持在限位擋氣機構的兩側；氬氣保護裝置還包括一個環繞在組對焊縫外圍的密封膠帶7；可溶紙板4為圓形或方形，可溶紙板4的邊緣貼緊管材8的內壁。

本發明在步驟2中進行全面焊接的注意事項如下：

(1)焊接時選用較少的線能量，焊絲前端(受熱端)必須處于氣體保護中，以連續送絲為宜，杜絕斷續送絲，同時焊接時鎢極應避免與熔池和焊絲接觸，防止夾鎢，

(2)焊接時應注意避免用焊絲攪拌熔池。

(3)焊接全過程均宜采用短弧焊接，控制好層間溫度應低于100℃。

(4)每焊完一層，用砂輪或不銹鋼絲刷清除焊道表面的夾溝、氧化膜等雜物，保證下道焊道焊接的順利進行。

(5)焊接時嚴禁在坡口外的母材處起弧和引弧，防止在焊縫以外產生弧坑裂紋。

(6)焊接時金屬的粘性明顯較大，要比典型的碳鋼和不銹鋼難焊透，因此要使焊槍盡量垂直于焊件，使焊接電弧集中，確保徹底融化基本金屬和焊絲。

(7)在焊接過程中，焊絲中含有改善抗裂性和控制氣孔的元素，但由于焊縫中至少要含有50％的填充金屬量時這些元素才能起著有效的作用。因此在焊接時要控制母材熔入量，確保母材金屬與填充金屬各占50％。

(8)焊接時焊絲的尖端一定要在保護氣中，防止氧化。

(9)焊接時要使背面焊縫達到凸形，因為凹形焊縫有可能在根部焊接時開裂。

(10)哈氏合金在收弧位置容易開裂，因此收弧時將弧坑填滿，且滯后30s停氣，防止熱裂紋產生。

(11)焊接結束時要在電弧斷掉之前輕輕的回拉補充焊絲，徹底填補弧坑。

(12)注意觀察焊后焊縫的成色情況，應該形成光亮的表面，有利于鈍化膜的形成，提高耐腐蝕性能。