奥氏体耐热钢的钨极氩弧焊接方法与流程

本发明涉及焊接
技术领域：
，更加具体地说，涉及一种使用配套焊丝焊接新型奥氏体耐热钢的钨极氩弧焊工艺，特别是涉及一种使用配套焊丝，焊接新型奥氏体耐热钢的钨极氩弧焊工艺。
背景技术：
大力发展高参数、大容量的超超临界机组是提高火电站整体发电效率、防治雾霾的重要途径。先进超超临界火电机组主蒸汽压力突破30mpa，再热蒸汽温度提升至623℃，并采用了二次再热技术，其运行效率可提高到50％以上(现行锅炉的运行效率为35％～45％)。电站锅炉在较高温度和压力下运行后，可显著地提高生产效率并可大大减少度电耗煤量。在超超临界锅炉的过热器和再热器管出口段，一般使用奥氏体耐热钢，主要有18％cr系列的super304h和20％～25％cr系列的hr3c等。当蒸汽温度参数达到620℃后，hr3c钢在强度上难以满足要求，super304h不仅强度不能满足要求，而且抗氧化性能也略显逊色。新型奥氏体耐热钢22cr25niwcocu(unss31035)具有持久强度高于hr3c、抗氧化性能优于super304h的综合优势，可在蒸汽出口温度或再热蒸汽出口温度达623℃的高效超超临界锅炉中替代hr3c和super304h。22cr25niwcocu钢在700℃左右的高温下使用具有优越的蠕变抗力、耐腐蚀性、耐氧化性，一经问世便成为了再热器和过热器的理想材料。所以对该材料的研究和开发对于发展超超临界发电机组具有十分重要的意义。焊接是建造和维护超超临界锅炉必不可少的手段。目前广泛应用于新型奥氏体耐热钢22cr25niwcocu的焊材是sanicro53或者alloy617mod，但是上述两者皆为镍基材料，耗费成本较高，进口周期较长，大大增加了电站建设的投入。同时，异种钢接头一旦出现早期失效问题，会严重影响焊管的服役寿命。针对这一现象，国内完全自主开发了与22cr25niwcocu钢成分匹配的实芯焊丝。然而，针对该母材(22cr25niwcocu)和该焊接材料的相关焊接工艺还没有明确。焊接工艺选择不当，容易导致焊接接头出现脆化、热裂纹和力学性能不达标等问题，这将会严重影响超超临界机组的安全性和可靠性，轻者生产不能正常运转，严重者会造成灾难性事故。技术实现要素：本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供奥氏体耐热钢的钨极氩弧焊接方法，即一种针对22cr25niwcocu钢及其成分匹配的实芯焊丝的钨极氩弧焊焊接工艺。本发明的技术目的通过下述技术方案予以实现：奥氏体耐热钢的钨极氩弧焊接方法，按照下述步骤进行：奥氏体耐热钢选用22cr25niwcocu(unss31035)无缝钢管，焊丝采用国产成分匹配的实芯焊丝，焊接接头采用单边30°v型坡口，钝边为1—3mm，根部间隙为1—3mm，焊前先用钨极氩弧焊点焊固定位置；焊接采用钨极氩弧焊的多层多道焊，单面焊双面成型，焊前不预热，焊后不热处理，层间温度要控制在100℃以内，焊接电流90-120a，电压8-12v，焊接热输入小于1kj/mm，焊接速度不大于1.5mm/s，焊接全程采用氩气保护，流量为8-12l/min。在上述技术方案中，焊丝采用国产成分匹配的实芯焊丝，直径为φ2.4mm；22cr25niwcocu(unss31035)无缝钢管，管子的外径为φ53.8mm，壁厚8.9mm。在上述技术方案中，施焊前应将焊口上的毛刺用挫刀、砂轮清理干净，并用不锈钢刷及丙酮或其它有机溶液将坡口面和内外面30mm以内的脏物、油漆清理干净，采用砂轮机打磨直至露出金属光泽，脱脂时间2-3小时。在上述技术方案中，管口坡口端面应垂直于中心线，两管口的对口间隙应均匀，如附图所示，焊件水平固定时，可将其截面看作钟表面，焊接之前在12点钟的位置进行定位(点固)焊。在上述技术方案中，焊接结束后，将管内外表面的金属飞溅、熔渣、氧化皮、毛刺、焊瘤、凹坑、油污清除干净。在上述技术方案中，氩气纯度不得低于99.90％-99.96％，焊接管道内充气时先将管内空气排出然后封闭继续充氩，氩气泄漏量应小于进气量；焊接之前先通气，焊接结束后滞后断气。在上述技术方案中，在钨极氩弧焊的多层多道焊中，每焊接完一道，彻底清除焊渣与飞溅，特别是接头中间和坡口边缘。在上述技术方案中，点固焊参数(即点固焊接层)：电流为95—110a，电压为10—12v，焊接速度1—1.2mm/s，焊接热输入小于1kj/mm；优选电流为98—102a，电压为10—11v，焊接速度1—1.1mm/s，焊接热输入小于1kj/mm。在上述技术方案中，打底焊接参数(即第一层)：电流为110—120a，电压为8—12v，焊接速度1—1.5mm/s，焊接热输入小于1kj/mm；优选电流为115—120a，电压为10—11v，焊接速度1—1.3mm/s，焊接热输入小于1kj/mm。在上述技术方案中，填充焊接参数(即第二层)：电流为95—100a，电压为10—12v，焊接速度1—1.2mm/s，焊接热输入小于1kj/mm；优选电流为98—100a，电压为10—11v，焊接速度1—1.1mm/s，焊接热输入小于1kj/mm。在上述技术方案中，填充焊接参数(即第三层)：电流为95—100a，电压为10—12v，焊接速度1—1.2mm/s，焊接热输入小于1kj/mm；优选电流为98—100a，电压为10—11v，焊接速度1—1.1mm/s，焊接热输入小于1kj/mm。在上述技术方案中，填充焊接参数(即第四层)：电流为95—100a，电压为10—12v，焊接速度1—1.2mm/s，焊接热输入小于1kj/mm；优选电流为98—100a，电压为10—11v，焊接速度1—1.1mm/s，焊接热输入小于1kj/mm。在上述技术方案中，盖面焊接参数(即第五层第一道)：电流为95—100a，电压为10—12v，焊接速度1—1.2mm/s，焊接热输入小于1kj/mm；优选电流为99—100a，电压为10—11v，焊接速度1—1.1mm/s，焊接热输入小于1kj/mm。在上述技术方案中，盖面焊接参数(即第五层第二道)：电流为95—100a，电压为10—12v，焊接速度1—1.2mm/s，焊接热输入小于1kj/mm；优选电流为99—100a，电压为10—11v，焊接速度1—1.1mm/s，焊接热输入小于1kj/mm。与现有技术相比，本发明的有益效果如下：(1)本发明涉及的这种奥氏体耐热钢钢管道焊接工艺，具有工艺各阶段参数严格合理控制，流程规范，减少焊接应力与变形，可以降低焊接接头的脆性，抑制热裂纹的发生，实现对焊接接头塑性和韧性的改善提升，从而综合提高管道焊接后的力学性能。(2)在本发明的焊接方法中，通过选取合适的焊接线热量，省去了在焊接过程中对焊接母材的焊前预热处理和对焊缝的焊后热处理。这样，在保证焊接质量的情况下，简化了焊接操作步骤，提高了焊接工作效率。附图说明图1是本发明技术方案中坡口结构示意图。图2是本发明技术方案中点固焊结构示意图。具体实施方式以下对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。以下通过具体实施例对本发明进行详细描述。本发明包括以下步骤：步骤一，母材材料选择：奥氏体耐热钢选用22cr25niwcocu(unss31035)无缝钢管，管子的外径为φ53.8mm，壁厚8.9mm，管子规格不限于此。选择焊材：采用国产成分匹配的钨极氩弧焊实芯焊丝，直径为φ2.4mm，焊丝直径不限于此。焊丝为昆山京群焊材科技有限公司的产品，申请号为2017114261509，申请日为2017年12月25日，焊丝即电焊条，由焊芯和药皮构成，药皮涂敷于焊芯外壁，所述焊芯采用合金芯线，药皮采用cao-caf2-sio2渣系，合金元素采用焊条芯线过渡；按重量百分比计，其熔敷金属化学成分为：c0.03-0.10，mn1.0-2.5，si≤0.80，ni24.0-26.0，cr21.5-23.5，mo1.5-2.5，cu2.5-3.5，nb0.30-0.60，w3.0-4.0，co1.0-2.0，n0.15-0.30，余量为fe及杂质，用于超超临界火电机组用奥氏体耐热不锈钢的焊接处理。步骤二，坡口加工：焊接接头采用单边30°v型坡口，钝边为1mm，根部间隙为2mm，由车床、手提式电动坡口机或者等离子切割等方法加工成如示意图所示的结构。坡口角度及钝边应保持一致，对口间隙应修磨至圆周均匀，坡口形式和尺寸：焊接接头采用单边30°v型坡口，钝边为1mm，根部间隙为2mm。步骤三，坡口清理：管道施焊前应将焊口上的毛刺用挫刀、砂轮清理干净，并用不锈钢刷及丙酮或其它有机溶液将坡口面和内外面30mm以内的脏物、油漆清理干净，采用砂轮机打磨直至露出金属光泽，脱脂时间2-3小时。步骤四，点固焊：采焊前先用钨极氩弧焊点焊固定位置，组合配对。管口坡口端面应垂直于中心线，两管口的对口间隙应均匀，如附图所示，焊件水平固定时，可将其截面看作钟表面，焊接之前在12点钟的位置进行定位(点固)焊。步骤五，焊接工艺参数：钨极氩弧焊(手工焊)，单面焊双面成型，焊前不预热，焊后不热处理。用多层多道焊，层间温度要控制在100℃以内，焊接热输入小于1kj/mm。每焊接完一道，彻底清除焊渣与飞溅，特别是接头中间和坡口边缘。具体焊接工艺参数见下表。步骤六，气体：全氩气保护，流量为8-12l/min。焊接之前先通气，焊接结束后滞后断气。氩气纯度不得低于99.90％-99.96％，管内充气时先将管内空气排出然后封闭继续充氩，氩气泄漏量应小于进气量。步骤七，工作结束后，应将管内外表面的金属飞溅、熔渣、氧化皮、毛刺、焊瘤、凹坑、油污清除干净。在完成焊接后，对母材和焊缝的元素进行分析，如下表所示，在焊接处理之后，焊缝和母材表现出不同的元素组成。质量分数csimncrninbnwcocub母材0.0690.170.5423.725.70.560.233.101.573.06–焊缝0.080.2911.7823.2324.60.4330.1133.821.543.520.001按照国标gbt2651-2008焊接接头拉伸试验方法，采用长春试验机所万能试验机进行室温下的拉伸试验，得出焊接接头的室温区分强度为460mpa，抗拉强度为840mpa，其与母材对比如下表格，焊接接头强度明显高于母材，且断裂位置出现在母材位置。以上对本发明做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本发明的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本发明的保护范围。当前第1页12