专利名称：：等离子弧焊接耐高温合金炉管的方法
技术领域：
：本发明涉及一种焊接方法，特别是一种用等离子弧焊接耐高温合金炉管的方法。
背景技术：
：类似于离心铸造炉管的耐高温合金炉管在石化转化炉、乙烯裂解炉以及其它高温工业炉上有着广泛的应用。离心铸造炉管常年工作在800—120(TC高温下，并且炉管内外均充斥着高压腐蚀性介质，使用条件十分苛刻。这些炉管的设计使用寿命大多为十万小时，因此对炉管的质量要求非常高。炉管焊接工艺和炉管离心浇铸工艺是影响炉管使用的两大基本制造工艺。由于客户对炉管的焊接质量要求很高，在早期，制造商一般采用钝边1.5mm坡口的全手工氩弧焊焊接。效率相对比较低下，且受焊工水平等主观因素影响较大；后来法国SAF公司试验成功了采用钝边3mm坡口，不加焊丝的自动氩弧焊焊接工艺，这样与手工氩弧焊相比，焊接质量得以提高，且因为使用了自动设备，焊缝的重复性好，工艺稳定性强，并降低了焊丝的消耗。以4)127xl0规格的炉管作为试样，对自动氩弧焊与手工氩弧焊进行比较，自动氩弧焊的效率提高了40%,节约焊丝20%。但是，对于厚度超过3mm厚的炉管，自动钨极氩弧焊仍然需要用自动熔化极氩弧焊或手工鴒极氩弧焊进行填充。使用自动熔化极氩弧焊进行填充虽然效率较高，但因为设备本身精度较高，因此对焊丝的要求也很高，同时由于炉管焊才妄用焊丝的含碳量大多在0.35--0.60%,非常难以制造成0.8mm--1.2mm的自动焊焊丝。这类焊丝属于非标准焊丝，且其市场总量相比其他焊材要小很多，也就很少有焊丝供应商重视并生产此类焊丝。因此由于这些焊丝质量问题严重影响自动氩弧焊的填充质量，现在已经很少使用自动焊进行填充。而使用手工氩弧焊填充则仍然不能摆脱其固有的一些缺点，如效率低，质量不很稳定。氩焊时，鴒棒伸到外面，使鴒棒存在在焊件表面的油污，氧化物等污染物下，这些污染物于高温时会侵蚀鴒棒。另外，使用高频氩焊起弧时，高频也会逐渐侵蚀鴒棒表面，导致不易起弧，造成经常的停机更换鴒棒及焊接品质不良增多报废品。氩焊时，根据焊件的清洁度及生产率，往往每个小时要更换鴒棒1一2次。每次更换电极所需时间约五分钟以上，耗去不少宝贵的生产时间。等离子弧焊作为现代最先进的焊接设备之一，具有其它焊接方法不可比拟的优越性。其利用等离子弧作为热源，气体由加热产生离解，在高速通过水冷喷嘴时受到压缩，增大能量密度和离解度，形成等离子弧。它的稳定性、发热量和温度都高于一般电弧，因而具有较大的熔透力和焊接速度。但由于炉管材料的特殊性，在耐高温合金炉管的焊接中使用等离子焊时，收弧裂紋一直得不到有效的解决，也就没有能够应用于生产。
发明内容本发明目的在于提供一种等离子弧焊焊接耐高温合金炉管的方法，以解决上述
背景技术：
中存在的耐高温合金采用等离子弧焊焊接时存在收弧裂紋，且质量不够理想的技术问题。为解决上述技术问题，本发明的一种等离子弧焊焊接耐高温合金炉管的方法，包括如下步骤A、将想要焊接的两根耐高温合金炉管送到转动轮上，将两根炉管无间隙组对；B、将炉管压紧，由转动轮带动炉管转动；C、利用起弧引导板形成等离子气体焊弧，从焊枪喷出；D、以穿孔式熔融焊接的方式焊接炉管。在步骤B中还包括，在炉管管内通入流量为25-33升/分钟的保护气体。该保护气体为100%的氩气。步骤B中该炉管转动时外圆周的线速度为250-330毫米/分钟。步骤C中该形成等离子气体焊弧的过程为高频波发生器产生的高频波在钨棒与焊枪喷嘴间引发一股低幅直流电，形成引导弧，由该引导弧引发主电弧，引发主电弧后高频波被关闭，起弧引导板的电流和等离子气按设定的斜率逐渐加大，该等离子气高速通过焊枪的水冷喷嘴，并随着主电弧加大，形成等离子弧。该等离子气的流量为8.5-10.4升/分钟。步骤D中该穿孔式熔融焊接的方式为等离子喷射气流的力量配合热力排开熔融金属而形成钥匙孔，当焊枪以一定的速度移行，由表面张力所支持的熔融金属向钥匙孔的后方流动，冷却而形成焊缝。步骤D中该穿孔式熔融焊接的焊接电流为170-275A,焊接电压为36-39V。在步骤D之后还包括步骤E:采用收弧控制器控制电流及离子气按设定的斜率逐渐减小，形成收弧衰减，以容许逐渐降低焊弧压力及输入热量，使熔融金属流入孔中，然后凝固收弧。该耐高温合金炉管管壁的厚度为5-10mm。本发明采用新型的等离子弧焊和焊接工艺来对耐高温合金炉管进行焊接，焊接速度快，能在不加焊丝的情况下焊接壁厚10mm的炉管，并能很好解决炉管焊接的收弧裂紋问题，而且变形量小、焊根及余高很小，其工艺稳定性确保其可以投入到生产线中去。故本发明达到了有益的技术效果。具体实施例方式为了使本发明的特点能够更好地被理解，以下将列举较佳实施例进行详细说明。本发明采用的主要焊接设备如下控制焊接作业的控制箱，其内设有产生电弧的起弧引导板，该控制箱连接收弧控制器、直流焊机和转动轮，该直流焊机上连接有等离子焊枪。该直流焊机具体例如可以是PM500--CC/CV多功能逆变高效节能直流焊机；该控制箱可以为WC-100B等离子引导弧控制器、WC-1多功能焊接程序控制器或WeldSequencerPackage更多功能焊接程序控制器；等离子焊枪可为PWM300—300A/180度机用等离子焊枪和PWM6A--500A/180度机用等离子焊枪。以上设备可从美国飞马特公司购买。等离子弧焊的原理为当在焊枪的鴒极与喷嘴之间加一较高电压时，控制箱内产生高频振荡使气体电离并形成自由电弧，该电弧受三个压缩作用形成等离子弧。①机械压缩效应一一电弧经过有一定孔径的水冷喷嘴通道，使电弧截面受到拘束，不能自由扩展。②热压缩效应__当通入一定压力和流量的氩气，冷气流均匀地包围着电弧，使电弧外围受到强烈冷却，迫使带电粒子流(离子和电子)往弧柱中心集中，弧柱;故进一步压缩。③电/f兹收缩效应——定向运动的电子、离子流就是相互平行的载流导体，在弧柱电流本身产生的磁场作用下，产生的电磁力使孤柱进一步收缩。电弧经过以上三种压缩效应后，能量高度集中在直径很小的弧柱中，弧柱中的气体被充分电离成等离子体，形成等离子弧。本发明主要用于耐高温合金炉管，炉管管径范围为d)50-cj)200mm。耐高温合金炉管和一般奥氏体不锈钢一样，都是奥氏体钢。但是耐高温合金炉管含镍量是一般奥氏体不锈钢的两倍以上，因此其钢液的流动性比一般奥氏体不锈钢差。耐高温合金炉管的热膨胀系数比一般奥氏体略大，因此其收弧裂紋的倾向性比一般奥氏体不锈钢更大。根据两者的共性和差异，我们在一般奥氏体不锈钢等离子焊工艺的基础上，通过工艺试验，找到较佳工艺参数。焊接前，对等离子焊机输入工艺参数，从而在施焊的过程中，PLC电脑能够自动控制系统执行工艺参数，并采用全闭环反馈的自动电弧跟踪系统。这样形成的焊缝成形好，焊缝和焊根能够达到预定的高度，焊缝颜色呈金黄色。当然，等离子焊机也有手动装置，在施焊过程中，如有必要可做微调。本发明的等离子弧焊焊接耐高温合金炉管的方法，在焊接过程中包括如下步骤1.在想要焊接的耐高温合金炉管上加工出坡口。坡口的作用是使焊弧能直接伸入坡口底部以保证焊透，并有利于脱渣和便于焊弧在坡口内作必要的摆动，以获得良好的熔合。由于等离子弧焊悍接力强，本发明焊接时也可以不开坡口，直接进行等离子弧焊。2.通过辊道将两根想要焊接到一起的炉管自动推到转动轮上，将两根炉管自动无间隙组对。3.控制控制箱，使转动轮旁的压轮下降与炉管接触并压紧炉管，并在炉管中通保护气体。压轮压紧炉管的压力达2.0-3.OMPa,能够使两根耐高温合金炉管的坡口处于密封状态，使炉管管内通的保护气体不会泄露。保护气体可以采用100%的氩气(Ar),流量为25-33L/min。由于氩气保护炉管在等离子焊接过程中不会被氧化，因此形成的焊根呈金黄色，焊根高度可控制在小于0.6mm。保护气体流量应与等离子气流量保持适当的比例，如果保护气体流量太大，会导致气流的紊乱，影响电弧稳定性和保护效果，造成不能稳定的形成小孔效应，通过肉眼观察，焊缝形成咬边，焊缝成形差，焊缝及热影响区发蓝或发黑。如果保护气体流量太小，不能很好的形成小孔效应，可能造成焊不透，焊缝可能不均匀、高低不平或不圆晕，焊缝发黑。在本发明中保护气体为25-33L/min,等离子气流量为8.5-10.札/min,焊缝成形好，小孔稳定。4.操作控制箱，通过控制箱上所设的电动拖板调整焊枪移动，对准焊缝。通过调速电机带动转动轮转动，由转动轮带动炉管转动，炉管转动时线速度为250-330mm/min。调速电机的优点在于其调速范围较宽。调速电机执行等离子焊机PLC电脑集成控制系统工艺参数的指令，控制炉管转动的线速度。该转动线速度即焊接时的焊接速度。该焊接速度与等离子气流量和焊接电流大小相互关联，如果焊接速度增大，焊接热输入减小，小孔直径随之减小，直至消失，失去小孔效应，焊缝可能会未焊透。如果焊接速度太低，母材过热，小孔扩大，熔池金属容易坠落，甚至造成焊缝凹陷、熔池泄漏现象。故焊缝的焊根可能形成焊瘤，焊缝可能会形成咬边。工艺试验中，在焊接速度一定的条件下，等离子气流量适当增大时，可适当减小电流，减小热输入。在离子气流量一定的条件下，适当加大电流时，可适当提高焊接速度。在本发明中选择等离子气流量为8.5-10.4L/min,焊接电流为170-275A,焊接速度为250-330mm/min，焊缝与小孔的成形较好。5.采用起弧引导板起弧。控制箱中的高频波发生器产生的高频波，在焊枪的钨棒与喷嘴间引发一股低幅直流电，形成引导弧。由该引导弧引发主电弧，引发主电弧后高频波被关闭，设在控制箱内的收弧控制器控制起弧引导板的电流和等离子气按设定的斜率的逐渐加大。等离子气在高速通过焊枪的水冷喷嘴时受到压缩，增大能量密度和离解度，随着主电弧加大，形成等离子弧。该等离子气为100。/。的氩(Ar)离子气，流量为8.5-10.4L/min。该等离子气通过气体加热离解产生，等离子弧弧区内的气体完全电离，能量高度集中，能量密度很大，可达105-106W/cm2，电弧温度可高达24000-5000K，能迅速熔化金属材料。等离子气及保护气体采取相同的气体(100%的氩气)，可以提高电弧的稳定性。6.穿孔式熔融焊接(KEYHOLEWELDING)。该焊接电流为170-275A，焊接电压36-39V。等离子弧的稳定性、发热量和温度都高于一般电弧，因而具有较大的熔融透力和焊接速度。我们使用的穿孔式熔融焊接的形式以强力聚集的焊弧获得。由于提高等离子气流量及电极的后缩量，炉管在熔焊池前缘处被贯穿，在穿孔式熔融焊接状态下，其渗透力是综合离子气及气体的动能配合热力的传导而成，形成一个叫做"钥匙孔"的小孔。该孔是由等离子喷射气流的力量配合热力排开熔融金属而形成。当焊枪以一定的速度移行，由表面张力所支持的熔融金属向"钥匙孔"的后方流动，冷却形成焊缝，即完成穿孔式熔融焊接。该焊接电流是根据板厚或熔透要求来选定的。焊接电流过小，难于形成小孔效应；焊接电流增大，等离子弧穿透能力增大，但电流过大会造成熔池金属因小孔直径过大而坠落，难以形成合格焊缝，甚至引起双弧，损伤喷嘴并破坏焊接过程的稳定性。焊接电流为170-275A时小孔大小合适，焊缝成形较好。在这种小孔效应和高密度能量的作用下，焊接速度快，能在不加焊丝的情况下焊接壁厚IO隨的炉管，而且变形量小，焊根及余高很小。7.焊接结束时，如果突然切断电流，则贯穿的"钥匙孔"的小孔可能不会熔合或可能会出现收弧裂紋。我们采用收弧控制器控制电流及等离子气按设定的斜率逐渐减小(收弧衰减)，以逐渐降低焊弧压力及输入热量，使熔融金属流入孔中，然后凝固收弧。8.焊接完成的炉管自动推到检验工位。再进行下一个炉管的焊接工作。为了获得稳定的小孔焊接过程，申请人经过的多次实验，在以下几个实施例不同炉管壁厚的情况下，各有其最优的参数值。实施例1:当炉管壁厚为5mm时，采用电流170A，坡口形式I型对接，焊接电压36V,焊接线速度330mm/min,离子气流量8.5L/min,保护气流量25L/min。效果焊缝成形好；收弧饱满无裂紋；焊根控制好，高0.5mm。实施例2:当炉管壁厚为6mm时，采用电流205A,坡口形式I型对接，坪接电压36.5V，焊接线速度310mm/min,离子气流量9L/min，保护气流量28L/min。效果焊缝成形好；收弧饱满无裂紋；焊根控制好，高0.5mm。实施例3:当炉管壁厚7mm时，采用电流245A,坡口形式I型对接，焊接电压37V,焊接线速度290mm/min,离子气流量9.5L/min，保护气流量30L/min。效果焊缝成形好；收弧饱满无裂紋；焊根控制好，高0.4mm。实施例4:当炉管壁厚9mm时，采用电流260A,坡口形式I型对接，焊接电压38V，焊接线速度290mm/min,离子气流量10L/min，保护气流量32L/min。效果焊缝成形好；收弧饱满无裂紋；焊根控制好，高0.4mm。实施例5:当炉管壁厚10mm时，采用电流275A，坡口形式I型对接，焊接电压39V,焊4矣线速度250mm/min,离子气流量10.4L/min,寸呆护气流量33L/min。效果焊缝成形好；收弧饱满无裂紋；焊根控制好，高0.3mm。采取等离子弧焊工艺焊接耐高温合金炉管，相比手工鴒极氩弧焊和自动鴒极氩弧焊具有更好的技术效果，具体比较于下表<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>本发明与现有技术相比具有如下优点1.采用等离子弧焊焊接壁厚5-10mm的耐高温合金炉管，焊接速度快、变形量小、焊根及余高很小。且等离子焊的鴒电极棒隐藏在焊枪喷嘴的后方，外界不纯物不至于碰触到炽热的电极棒。多了这一层保护，鴒棒的更换时间大大延长。2.当炉管厚度在5-10mm时，所设定的焊接参数，足够使熔焊池在贯穿时，其底部产生挖掘作用，导致气孔或表面不平整发生。因此在直线焊接时，采用起弧引导板(STARTINGTABS),并采用可程式控制离子气及电流斜率(收弧衰减)的控制器，解决此问题。3.采用具有控制离子气及电流斜率(收弧衰减)的控制器，容许逐渐降低焊弧压力及输入热量，使熔融金属流入孔中，然后凝固。解决焊接结束时，如果突然切断电流，则所贯穿的焊孔可能不会闭合或出现收弧裂紋。4.炉辊管内通Ar气体进行保护，进一步提高焊接的效果。以上对本发明的描述是说明性的，而非限制性的，本专业技术人员理解，在权利要求限定的精神与范围之内可对其进行许多修改、变化或等效，但是它们都将落入本发明的保护范围内。权利要求1、一种等离子弧焊焊接耐高温合金炉管的方法，其特征在于，包括如下步骤A、将想要焊接的两根耐高温合金炉管送到转动轮上，将两根炉管无间隙组对；B、将炉管压紧由转动轮带动炉管转动；C、利用起弧引导板形成等离子气体焊弧，从焊枪喷出；D、以穿孔式熔融焊接的方式焊接炉管；E、采用收弧控制器控制电流及离子气按设定的斜率逐渐减小，形成收弧衰减，以容许逐渐降低焊弧压力及输入热量，使熔融金属流入孔中，然后凝固收弧。2、如权利要求1所述的等离子弧焊焊接耐高温合金炉管的方法，其特征在于，在步骤B中还包括，在炉管管内通入流量为25-33升/分钟的保护气体。3、如权利要求2所述的等离子弧焊焊接耐高温合金炉管的方法，其特征在于，该保护气体为100%的氩气。4、如权利要求1所述的等离子弧焊焊接耐高温合金炉管的方法，其特征在于，步骤B中该炉管转动时外圆周的线速度为250-330毫米/分钟。5、如权利要求1所述的等离子弧焊焊接耐高温合金炉管的方法，其特征在于，步骤C中该形成等离子气体焊弧的过程为高频波发生器产生的高频波在钨棒与焊枪喷嘴间引发一股低幅直流电，形成引导弧，由该引导弧引发主电弧，引发主电弧后高频波被关闭，起弧引导板的电流和等离子气按设定的斜率逐渐加大，该等离子气高速通过焊枪的水冷喷嘴，并随着主电弧加大，形成等离子弧。6、如权利要求5所述的等离子弧焊焊接耐高温合金炉管的方法，其特征在于，该等离子气的流量为8.5-10.4升/分钟。7、如权利要求1所述的等离子弧焊焊接耐高温合金炉管的方法，其特征在于，步骤D中该穿孔式熔融焊接的方式为等离子喷射气流的力量配合热力排开熔融金属而形成钥匙孔，当焊枪以一定的速度移行，由表面张力所支持的熔融金属向钥匙孔的后方流动，冷却而形成焊缝。8、如权利要求7所述的等离子弧焊焊接耐高温合金炉管的方法，其特征在于，步骤D中该穿孔式熔融焊接的焊接电流为170-275A,焊接电压为36-39V。9、如权利要求1所述的等离子弧焊焊接耐高温合金炉管的方法，其特征在于，该耐高温合金炉管管壁的厚度为5-10mm。全文摘要一种等离子弧焊接耐高温合金炉管的方法，包括如下步骤A.将想要焊接的两根耐高温合金炉管送到转动轮上，将两根炉管无间隙组对；B.将炉管压紧，由转动轮带动炉管转动；C.采用起弧引导板形成等离子气体焊弧，从焊枪喷出；D.以穿孔式熔融焊接的方式焊接炉管。采用本发明进行焊接，焊接速度快，能在不加焊丝的情况下焊接壁厚10mm的炉管，并能很好解决炉管焊接的收弧裂纹问题，而且变形量小、焊根及余高很小，其工艺稳定性确保其可以投入到生产线中去。文档编号B23K10/02GK101648314SQ20091009242公开日2010年2月17日申请日期2009年9月14日优先权日2009年9月14日发明者杰浦申请人:杰浦