专利名称：提高支管承插焊焊趾疲劳寿命的焊接方法
技术领域：
本发明涉及小支管承插焊的焊接方法，更具体地说，涉及采用低相变点焊丝焊趾熔修技术提高小支管承插焊焊趾处的疲劳性能改进エ艺。
背景技术：
在核电站中有很多管件连接，主管 与支管和法兰与支管之间连接的时候，由于管子口径不一致，无法施行对接焊，且需要施行承插焊。传统的承插焊是把小支管套在主管或法兰里进行焊接，其焊缝为角焊缝。由干支管与法兰和主管焊前是承插装配，焊后焊根和焊趾处是薄弱部位。导致支管承插焊失效的主要方式有应カ腐蚀、设计缺陷、热疲劳、腐蚀磨蚀和振动疲劳；其中振动疲劳是主要失效的方式。在振动条件下，焊根和焊趾处易产生裂纹，并最終导致开裂，使含有辐射性的物质泄漏进而危害核电站的正常运行。在支管承插焊焊根处开坡ロ可以降低其应カ集中系数，有效的改善焊根处的疲劳性能，但实际使用中发现，焊根处虽然改善了但焊趾处还会存在严重的疲劳断裂问题，所以焊趾处的エ艺改善也应值得注意。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，针对目前支管承插焊焊接エ艺进行合理改进，用低相变点焊丝焊趾熔修技术使焊趾处的残余应カ由残余拉应カ变为残余压应力，提供ー种更安全稳定的提高支管承插焊疲劳寿命的焊接エ艺，使得在振动条件下改善支管承插焊焊趾处的疲劳性能，不容易在振动条件下发生疲劳失效，提高疲劳寿命。本发明的目的通过下述技术方案予以实现为了提高承插焊支管焊趾处的疲劳寿命，关键是改变焊趾处的残余拉应カ为残余压应カ，而低相变点焊趾熔修技术能在焊趾处产生残余压应カ，改善焊趾处的疲劳寿命。提高支管承插焊焊趾疲劳寿命的焊接方法采用低相变点焊丝焊趾熔修エ艺方法，使支管焊趾处的残余应カ为压应力，具体步骤如下(I)将主管中心孔径的上沿开ー环V型坡ロ，形状參数优选坡口角度为45°，坡ロ深度5_ ；(2)将支管垂直放置于主管中心孔径中，支管的外径和主管孔径之间存在一定宽度的装配间隙，例如1_2_。(3)采用钨极惰性气体保护焊实施支管承插焊，采用低相变点焊丝进行焊趾熔修，可优选6层焊接方式，具体来说，焊接的第一、ニ层焊接电流为90 110A，电压为12V ;第三至五层的焊接电流为70 90A，电压为12V，前五层焊丝选用不锈钢管焊接使用的常规实芯焊丝，例如308L实芯焊丝，其合金成分重量百分比(％ )为C = 0.001、S = 0.020、Si =
0.40、Mn = I. 7、P = 0. 025、Ni = 9. 9、Cr = 20. 5、Mo = 0. 047，其余为铁；第六层为低相变点焊丝进行焊趾熔修，电流为75 95A，电压为12V，焊丝选用低相变点实芯焊丝，其所述焊丝组分及重量百分比(％ )为C = 0. 02 0. 06，Mn = 0. 8 2. 5，Cr = 9 14，Ni =4. O 10. 0，Mo = 0. I I. 0，Si = 0. I 0. 7，Ti = 0. I 0. 6，Nb = 0. I 0. 6，其余为铁；更加优选为 C = 0. 02 0. 06,Mn = I. 0 I. 5,Cr = 11 13、Ni = 7. 0 9. 0、Mo =0. 2 0. 5、Si = 0. 2 0. 5、Ti = 0. 15 0. 3、Nb = 0. 15 0. 3 其余为铁。所述步骤(3)的钨极惰性气体保护焊采用直流正接，选用焊嘴直径为012mm，钨棒直径为02.5mm,焊枪IS气流量为9 10L/min。所述步骤(3)中，各层间温度为100 120°C，采用远红外测温仪进行測量。本发明的技术方案提供了ー种安全稳定的提高小支管承插焊焊趾疲劳寿命的焊接エ艺，采用采用低相变点焊丝进行焊趾熔修，利用其低温相变膨胀作用，可以将常规焊接エ艺在支管承插焊焊趾处部位形成的拉伸残余应カ改为压缩应力，从而降低了支管承插焊焊趾处的开裂机率，提高了焊趾处的疲劳性能。
图I是支管与法兰主管承插焊的结构示意图。图2是法兰的立体图。图3是图2中法兰的剖面图。图4是支管与法兰承插焊接顺序示意图。图5是支管与主管承插焊接顺序示意图。其附图标记为1为支管、2为承插焊部分(其中I到V分别为第I到第5道焊接、VI为利用低相变点焊丝进行的焊趾熔修)、3为法兰、4为螺孔、5为坡ロ、6为主管。
具体实施例方式下面结合具体实施例对本发明做进ー步描述。实施例II、机具和焊接材料(I)焊接设备应选用特性良好的逆变式焊机(山大奥太逆变式脉冲氩弧焊机)(2)支管为304L不锈钢，尺寸为19. 4X4mm，焊丝使用前应保证其表面无油、垢等赃物。2、焊前准备(I)坡 ロ制备①坡ロ形状及尺寸见图2-3，其中承插焊法兰开ー个环V型坡ロ，坡ロ角度为45。，坡ロ深度5mm。②坡ロ制备以机械加工的方式。③坡ロ及内外壁两侧的锈、油、垢等污物清理干净，露出金属光泽。(2)对口装配①支管与法兰盘底端的轴向间隙为2mm，如图4所示。3、焊接エ艺(I)采用钨极氩弧焊(TIG)的方法，采用308L实芯焊丝(第一至五层)和低相变点焊丝(第六层)，其焊接エ艺參数见表I。表I
权利要求
1.提高支管承插焊焊趾疲劳寿命的焊接方法，其特征在干，采用低相变点焊丝焊趾熔修エ艺方法，使支管焊趾处的残余应カ为压应力，具体步骤如下 (1)将主管中心孔径的上沿开ー环V型坡ロ； (2)将支管垂直放置于主管中心孔径中； (3)采用钨极惰性气体保护焊实施支管承插焊，采用低相变点焊丝进行焊趾熔修。
2.根据权利要求I所述的提高支管承插焊焊趾疲劳寿命的焊接方法，其特征在于，所述步骤(I)中，坡ロ形状參数优选坡口角度为45°，坡ロ深度5mm。
3.根据权利要求I所述的提高支管承插焊焊趾疲劳寿命的焊接方法 ，其特征在于，所述步骤(2)中，支管的外径和主管孔径之间存在一定宽度的装配间隙，例如l_2mm。
4.根据权利要求I所述的提高支管承插焊焊趾疲劳寿命的焊接方法，其特征在于，所述步骤(3)中实施的支管承插焊为6层焊接方式，前五层焊丝选用不锈钢管焊接使用的常规实芯焊丝；第六层焊丝选用低相变点实芯焊丝。
5.根据权利要求4所述的提高支管承插焊焊趾疲劳寿命的焊接方法，其特征在干，所述前五层焊丝选用不锈钢管焊接使用的常规实芯焊丝为308L实芯焊丝，其合金成分重量百分比(％ )为 C = 0. OOUS = 0. 020, Si = 0. 40, Mn = I. 7、P = 0. 025,Ni = 9. 9, Cr =20. 5、Mo = 0. 047，其余为铁；第六层焊丝选用低相变点实芯焊丝，其所述焊丝组分及重量百分比(％ )为C = 0. 02 0. 06，Mn = 0. 8 2. 5，Cr = 9 14，Ni = 4. 0 10. 0，Mo=0. I I. 0，Si = 0. I 0. 7，Ti = 0. I 0. 6，Nb = 0. I 0. 6，其余为铁。
6.根据权利要求5所述的提高支管承插焊焊趾疲劳寿命的焊接方法，其特征在干，第六层焊丝选用低相变点实芯焊丝，其所述焊丝组分及重量百分比(％)为0 = 0.02 0. 06,Mn = I. 0 I. 5,Cr = 11 13、Ni = 7. 0 9. 0、Mo = 0. 2 0. 5,Si = 0. 2 0. 5、Ti = 0. 15 0. 3、Nb = 0. 15 0. 3 其余为铁。
7.根据权利要求I所述的提高支管承插焊焊趾疲劳寿命的焊接方法，其特征在于，所述步骤(3)中实施的支管承插焊中，焊接的第一、ニ层焊接电流为90 110A，电压为12V ；第三至五层的焊接电流为70 90A，电压为12V ;第六层为低相变点焊丝进行焊趾熔修，电流为75 95A，电压为12V。
8.根据权利要求I所述的提高支管承插焊焊趾疲劳寿命的焊接方法，其特征在于，所述步骤(3)中实施的支管承插焊为钨极惰性气体保护焊，采用直流正接，选用焊嘴直径为0l2mm,鹤棒直径为02.5mm,焊枪IS气流量为9 10L/min。
9.根据权利要求I所述的提高支管承插焊焊趾疲劳寿命的焊接方法，其特征在于，所述步骤⑶中实施的支管承插焊中，各层间温度为100 120°C。
10.根据权利要求I所述的提高支管承插焊焊趾疲劳寿命的焊接方法，其特征在于，所述步骤(3)中实施的支管承插焊中，采用远红外测温仪进行各层间温度的測量。
全文摘要
本发明公开了提高支管承插焊焊趾疲劳寿命的焊接方法，采用低相变点焊丝焊趾熔修工艺方法，使支管焊趾处的残余应力为压应力，可以将常规焊接工艺在支管承插焊焊趾处部位形成的拉伸残余应力改为压缩应力，从而降低了支管承插焊焊趾处的开裂机率，提高了焊趾处的疲劳性能。
文档编号B23K9/167GK102615399SQ20121009358
公开日2012年8月1日 申请日期2012年3月27日 优先权日2012年3月27日
发明者修俊杰, 徐连勇, 荆洪阳, 韩永典 申请人:天津大学