专利名称：铬钼耐热钢管背面无保护实芯焊丝打底焊接方法
技术领域：
本发明涉及金属材料安装工程的焊接领域，具体涉及应用于石油化工各类加热、 裂解炉管的改良型马氏体铬钼耐热钢管道的焊接。
背景技术：
改良型铬钼耐热钢管道的焊接通常由打底焊、填充焊和盖面焊三个层面组成，其 中打底焊是改良型铬钼耐热钢管道焊接技术中最关键的一环。因为打底焊缝背面高温氧化 问题，一直是难以圆满解决的关键技术难题，特别是在高空、长距离管道固定口的焊接工作 中，即使采取管内充保护气体的方法也很难保证焊接质量百分之百的无高温氧化。通常采取背面充保护气体的焊接方法实芯焊丝的不熔化极钨极氩弧焊，是目前 规范的改良型铬钼耐热钢管道焊接的常用技术，适合于Φ 20 Φ 500mm的管径，壁厚彡3mm 以上的改良型铬钼耐热钢管道的焊接。一般管道背面可充氩气、氮气、氮氢混合气体进行保 护。通常是封固管口，直接充保护气，等量排除空气，达到一定的时间后(通常无法检测保 护气体的浓度，一般由焊工本人根据经验掌握)才可以进行焊接，无定量的技术保证。管道内充保护气的焊接技术工艺，焊前准备工作较为繁琐，不仅耗时同时对资源 的浪费也是极大的。充氩气、氮气保护时，由于没有脱氧或脱氢措施，因此焊接前的脱脂、除 锈、去水等准备工作要求严格又极为繁琐，由于工艺复杂、焊接效率低因而极大地增加了劳 动量，提高了生产成本。尤其是在施工现场的高空、长距离管道施工时，背面充保护气几乎 是不可能百分之百的做到，施工质量常常受到很大的影响。
发明内容
针对以上现有技术中存在的不足，本发明提供了一种工艺简单、工作效率高、焊接 工艺性能良好的，专用于改良型铬钼耐热钢管背面无保护实芯焊丝打底焊接方法。本发明是通过以下技术方案实现的改良型铬钼耐热钢管背面无保护实芯焊丝打底焊接方法，用铬钼钢实心焊丝 ER80S-G或ER90S-B9配合富氦多元混合保护气体，按照SH/T3520-2004标准及常规的焊接 参数进行改良型铬钼耐热钢类管道的打底焊接，再根据管道的壁厚采取焊条进行填充和盖 面焊接。其中富氦多元混合保护气体包括体积百分含量为82 92%的He、体积百分含量 为6 12%的Ar，以及体积百分含量为2 6%的C02。所述ER80S-G或ER90S-B9铬钼钢实心焊丝依据美国AWS A5. 28-" 2005和ASME SFA5. 28-05铬钼耐热钢焊接标准选用。所述改良型铬钼耐热钢类管道为ASTM A335-P11和ASTM A335-P91改良型铬钼耐
热钢管道。 为达到更优的焊接工艺性能，本发明所使用的改良型铬钼耐热钢管道，其组对后 U型坡口间隙为1 1. 5_，低于国家标准2 2. 5_。
本发明应用硅、铬、钼、镍含量均较高的美国AWS A5.观-〃 2005, ASMESFA5. 28-05 改良型铬钼耐热钢制成的实心焊丝ER80S-G和ER90S-B9，配合富氦多元混合保护气体 (He+Ar+C02)以及宽度为1 1. 5mm的窄间隙U型对接坡口，用于ASTM A335-P1U ASTM A335-P91马氏体改良型铬钼耐热钢管道的焊接。钢的马氏体组织是碳在α -Fe中的过饱和固溶体，因此马氏体具有很高的硬度和 强度，是在奥氏体转变产物中硬度最高的。但由于马氏体转变是在较低温度下进行的，碳 原子和铁原子均不能进行扩散，故马氏体在转变过程中的铁的晶格改组是通过切变方式来 完成的，所以马氏体转变是典型的非扩散型相变。因此针对马氏体改良型铬钼耐热钢管道 的焊接，与其它钢材管道的焊接有极大的区别，如马氏体钢与奥氏体钢的最大区别是奥氏 体钢在焊接过程中为防止产生晶间裂纹，必须控制热输入，焊接前不得预热，应控制层间温 度，小电流、快速焊接、快速冷却；马氏体钢在焊接过程中为防止产生冷裂纹、再热裂统纹和 回火脆性、焊接前必须预热、控制层间温度，必须做好焊后热处理。而且，焊接过程中焊缝的 填充金属应控制在最小的容量，所以需要强调采取U型坡口窄间隙管对接。AffS Α5. 28- “ 2005、ASME SFA5.沘_05 改良型铬钼耐热钢实芯焊丝 ER80S-G、 ER90S-B9 的直径为 Φ 2. 0_、Φ 2. 4_。1、直径为Φ 2mm的焊丝，其焊接规范参数如下焊接电流85A 125A 焊接电压8V 14V多元混合气体流量10 16L/min2、直径为Φ 2. 4mm的焊丝，其焊接规范参数如下焊接电流95A 145A 焊接电压IOV 16V多元混合气体流量16 20L/min实芯焊丝ER80S-G、ER90S-B9 依据美国 AWS A5. 28-〃 2005 和 ASME SFA5. 28-05 铬 钼耐热钢焊接标准选用，富含量硅、铬、钼、镍，一方面可以增加焊缝金属的流动性，有利于 气体的逸出，并增加熔敷金属的韧性，避免热裂纹的形成；另一方面，在焊接过程中，焊缝背 面的硅在高温时优先和空气中的氧结合，起到了保护背面焊缝金属的作用，有利于防止焊 缝背面金属高温氧化的形成。用于焊接的富氦多元混合保护气体(He+Ar+C02)的作用及体积百分比为氦He 为单原子惰性气体，导热系数大，其最大的优点是电弧在He气中燃烧时，电 弧温度较高，电弧电压也较高，因此，母材热输入较大，从而可改善焊缝金属熔池的熔深。多 元混合气体中加入富氦气，可提高焊接速度，通常可接近钨极氩弧焊的焊接速度两倍，因此 可减少管道背面焊缝金属的高温停留时间，有利于防止背面焊缝金属的氧化。配比体积百 分含量82 92%。氩Ar 单原子惰性气体，导热系数很小，高温时不易分解吸热。因此氩气中电弧 燃烧非常稳定，热量散射损失也较少，用氩气作保护时，形成的保护气罩也使其不易发散漂 浮，可防止大气中的氧分子的侵入，使电弧更加稳定。此外，混合气体中加入氩气，还可减少 飞溅。配比体积百分含量6 12%。(He+Ar)混合气体也可改善焊缝熔深、减少气孔的形成和提高生产率。二氧化碳(X)2 氧化性气体，混合气体中加入(X)2气体，一方面可提高电弧的力度， 增大熔深，提高焊丝的熔化效率与母材熔池原子的结合力，一方面又可克服阴极漂移现象及焊缝成形等不良问题。配比体积百分含量2 6%。本发明的有益效果为本发明采用依据美国AWS A5.观-〃 2005、ASME SFA5.观_05铬钼耐热钢焊接标准 选用实芯焊丝ER80S-G、ER90S-B9配合富氦多元混合保护气体(He+Ar+C02)以及宽度为1 1. 5mm的窄间隙U型对接坡口，用于ASTM A335-P11、ASTM A335-P91改良型铬钼耐热钢管 道的焊接，背面免充保护气体保护，突破了传统的管内充氩气保护的钨极氩弧焊打底焊接 工艺，熔池清晰可见，使改良型铬钼耐热钢打底焊接技术水平上了一个台阶，开辟了一个节 能降耗的空间。该方法可有效减少焊前的准备工作量以及充保护气的费用，大幅度提高生产效 率，降低生产成本。因管内无需保护气体，尤其适用于现场高空作业、长距离改良型铬钼耐 热钢管道的焊接施工。因此采用本发明，工艺简单可靠，生产效率高，焊接工艺性能良好。
具体实施例方式一、焊接工艺试验为保证焊接质量采取对比分析法，进行焊接工艺试验。根据钢号的不同，分别进行 传统的钨极氩弧焊一组，对应钨极富氦混合气弧焊三组的方法，进行理化对比试验，该组 试验由国家批准，合格的理化检测单位进行检测、出具合法的理化、无损检测报告。试验第1组改良型铬钼耐热钢管道母材为美国ASTM A335-P11。其化学成分如 表1所示。管道坡口及焊缝试样按照GB4334. 5-90标准进行选取。焊接实例(1):背面充99. 9% Ar氩气保护的钨极氩弧焊(按SH/T3520-2004标 准进行试验)使用美国AWS A5.28-" 2005改良型铬钼耐热钢实芯焊丝ER80S-G(直径 Φ2. 4mm)。具体的焊接工艺参数如下焊接电流75A 110A、焊接电压9V 12V、气体流 量8L/min 12L/min、焊接设备采用逆变氩弧焊机，电流种类为直流正接。焊接实例O)背面不充保护气，采用富氦多元混合保护气体，配合比为氦气体 积百分比为82% ；氩气体积百分比为12% ；二氧化碳体积百分比为6% ；使用美国AWS A5. 28-" 2005改良型铬钼耐热钢实芯焊丝ER80S-G(直径Φ2. 4mm)。具体的焊接工艺参数 如下焊接电流80A 120A、焊接电压12V 18V、气体流量10L/min 14L/min、焊接设 备采用逆变氩弧焊机，电流种类为直流正接。焊接实例(3)背面不充保护气，采用富氦多元混合保护气体，配合比氦气体 积百分比为86% ；氩气体积百分比为10% ；二氧化碳体积百分比为4% ；使用美国AWS A5. 28-" 2005改良型铬钼耐热钢实芯焊丝ER80S-G(直径Φ2. 4mm)。具体的焊接工艺参数 如下焊接电流80A 120A、焊接电压12V 18V、气体流量14L/min 18L/min、焊接设 备采用逆变氩弧焊机，电流种类为直流正接。焊接实例背面不充保护气，采用富氦多元混合保护气体，配合比氦气体 积百分比为92% ；氩气体积百分比为6% ；二氧化碳体积百分比为2% ；使用美国AWS A5. 28-" 2005改良型铬钼耐热钢实芯焊丝ER80S-G (直径Φ 2. 4mm)。具体的焊接工艺参数 如下焊接电流80A 120A、焊接电压12V 18V、气体流量16L/min 201/min、焊接设 备采用逆变氩弧焊机，电流种类为直流正接。试验第2组改良型铬钼耐热钢管道母材为美国ASTM A335-P91，其化学成分如表1所示。管道坡口及焊缝试样按照GB4334. 5-90标准进行选取。焊接实例(5)背面充99. 9% Ar氩气保护的钨极氩弧焊(按SH/T3520-2004 标准进行)使用美国ASME SFA5. 28-05改良型铬钼耐热钢实芯焊丝ER90S-B9 (直径 Φ2. 4mm)进行打底焊接与ASME SFA5. 5_06改良型铬钼耐热钢焊条E9015-B9焊条(直 径Φ3. 2πιπιΦ4. 0mm)进行填充和盖面焊接。具体的焊接工艺参数如下焊接电流分别为 75A 95A IlOA 160A、焊接电压分别为8V 12V 24V ^V、气体流量8L/min 12L/ min、焊接设备采用逆变氩弧焊机，电流种类为直流正接、反接。焊接实例(6)背面不充保护气，采用富氦多元混合保护气体，配合比为氦气体 积百分比为82%，氩气体积百分比为12%，二氧化碳体积百分比为6 %，使用美国ASME SFA5. 28-05改良型铬钼耐热钢实芯焊丝ER90S-B9 (直径Φ 2. 4mm)进行打底焊接与ASME SFA5. 25-06改良型铬钼耐热钢焊条E9015-B9 (直径Φ 3. 2mmΦ4. 0mm)进行打底焊接。具体 焊接工艺参数如下焊接电流分别为80A 100A IlOA 160A、焊接电压分别为12V 16V 24V ^V、气体流量10L/min 14L/min、焊接设备采用逆变氩弧焊机，电流种类为直 流正接。焊接实例(7)背面不充保护气，采用富氦多元混合保护气体，配合比为氦气体 积百分比为86%，氩气体积百分比为10%，二氧化碳体积百分比为4%，使用美国ASME SFA5. 28-05改良型铬钼耐热钢实芯焊丝ER90S-B9 (直径Φ 2. 4mm)进行打底焊接与ASME SFA5. 5-06改良型铬钼耐热钢焊条E9015-B9(直径Φ3. 2mmΦ4. 0mm)进行打底焊接。具体焊 接工艺参数如下焊接电流分别为80A 100A IlOA 160A、焊接电压12V 16V 24V ^V、气体流量14L/min 18L/min、焊接设备采用逆变氩弧焊机，电流种类为直流正接。焊接实例(8)背面不充保护气，采用富氦多元混合保护气体，配合比为氦气 体积百分比为92%，氩气体积百分比为6%，二氧化碳体积百分比为2%，使用美国ASME SFA5. 28-05改良型铬钼耐热钢实芯焊丝ER90S-B9 (直径Φ 2. 4mm)进行打底焊接与ASME SFA5. 5-06改良型铬钼耐热钢焊条E9015-B9(直径Φ3. 2mm Φ4. 0mm)进行打底焊接。具 体焊接工艺参数如下焊接电流分别80A 100A IlOA 160A、焊接电压分别12V 16V 24V ^V、气体流量16L/min 20L/min、焊接设备采用逆变氩弧焊机，电流种类为直流正 接。以上试验第2组焊接实例5-8中，由于选取的P91钢管为Φ 219 X 15. 09mm，钢管壁 太厚，因此按照正常的焊接顺序，打底焊采用焊丝，填充及盖面焊接必须选择Φ3.2、Φ4.0 焊条，才能保证焊接质量。表1美国ASTM Α335—Ρ11及Ρ91改良型铬钼耐热钢钢管的化学成分
权利要求
1.改良型铬钼耐热钢管背面无保护实芯焊丝打底焊接方法，其特征在于用铬钼钢实心 焊丝ER80S-G或ER90S-B9配合富氦多元混合保护气体，按照SH/T3520-2004标准及常规的 焊接参数进行改良型铬钼耐热钢类管道的打底焊接；其中富氦多元混合保护气体包括体积百分含量为82 92%的He、体积百分含量为 6 12%的Ar，以及体积百分含量为2 6%的C02。
2.根据权利要求1所述的改良型铬钼耐热钢管背面无保护实芯焊丝打底焊接方法，其 特征在于所述ER80S-G或ER90S-B9铬钼钢实心焊丝依据美国AWS A5. 28-" 2005和ASME SFA5. 28-05铬钼耐热钢焊接标准选用。
3.根据权利要求1所述的改良型铬钼耐热钢管背面无保护实芯焊丝打底焊接方法，其 特征在于所述改良型铬钼耐热钢类管道为ASTM A335-P11和ASTM A335-P91改良型铬钼耐 热钢管道。
4.根据权利要求1或3所述的改良型铬钼耐热钢管背面无保护实芯焊丝打底焊接方 法，其特征在于所述改良型铬钼耐热钢管道组对后U型坡口间隙为1 1.5mm。
全文摘要
本发明提供了一种改良型铬钼耐热钢管背面无保护实芯焊丝打底焊接方法，依据美国AWS A5.28-″2005、ASME SFA5.28-05铬钼耐热钢焊接标准选用实芯焊丝ER80S-G、ER90S-B9配合富氦多元混合保护气体(He+Ar+CO2)以及宽度为1～1.5mm的窄间隙U型对接坡口，用于ASTM A335-P11、ASTM A335-P91改良型铬钼耐热钢管道的焊接。本发明方法可有效减少焊前准备工作量以及充保护气的费用，大幅度提高生产效率，降低生产成本。因管内无需保护气体，尤其适用于现场高空作业、长距离改良型铬钼耐热钢管道的焊接施工，工艺简单可靠，生产效率高，焊接工艺性能良好。
文档编号B23K35/38GK102114566SQ201110001649
公开日2011年7月6日 申请日期2011年1月6日 优先权日2011年1月6日
发明者周虎林, 李德峰, 陈剑钧 申请人:安徽桑铌科技股份有限公司