专利名称：一种镍基合金的钨极氩弧焊焊接方法
技术领域：
本发明涉及焊接工艺技术领域，具体说是一种镍基合金的手工钨极氩弧焊焊接方法。
背景技术：
Inconel 601是一种耐热耐腐蚀的镍基合金，较高的Cr含量提供了抗各种腐蚀介质及高温环境的性能，Al含量的增添使其能在高温含硫气氛中具有出色的抗氧化性，同时碳含量和晶粒尺寸的控制又使该材料具有较高的蠕变断裂强度。由于Inconel 601合金优良的高温力学性能和抗腐蚀性，易于加工成形，其作为一种可焊接的结构材料在石油化工、核电、工业加热等领域得到了广泛的应用。
镍基耐热耐蚀合金的焊接性能与奥氏体不锈钢相似，极易产生热裂纹、气孔等缺陷。在Inconel 601合金成份中，Ni和S，P，N, O等都能形成低熔点共晶物质，在焊接应力的作用下很容易被拉裂形成热裂纹。Inconel 601合金焊接时如果热输入较高，晶粒的长大及过度的成份偏析，会更加增大热裂纹倾向，并降低耐腐蚀性；焊接时在熔池中融入的氧，在高温下易与金属液态熔池中的成份经过一系列的反应形成水气，水气在液态熔池凝固前来不及逸出从而产生气孔。另外，镍基合金焊接时熔池液态流动性差，极易产生未焊透现象。
发明内容
本发明目的在于提供一种适用于Inconel 601镍基合金的手工钨极氩弧焊焊接工艺方法，克服焊接缺陷，提高焊缝的稳定性，高效地生产出合格的产品。为实现上述目的，本发明是这样实现的
一种镍基合金的钨极氩弧焊焊接方法，包括
(一)焊材选取
选用符合要求的焊丝，焊丝中元素的成分重量百分比具体为c ( O. 2%、Mn ( O. 25%、Si ( O. 5%、Cu ( O. 1%、Al I. 5%-2. 4%、Ti O. 1%_0· 2%、Ni 彡 58%、Cr 21%_25%、Fe 余量；焊丝直径为I. 2mm和2. 4mm两种规格；
鹤电极直径2. 4mm,电极端部磨尖,尖部直径O. 4mm ；
保护气体选用纯度> 99. 99%的高纯氩；
(二)焊前准备
坡口制备机械加工对接坡口呈V形，V形夹角为70±5°，V形坡口底部与两块对接板材边沿形成钝边；
焊件清理用不锈钢丝刷清理焊丝及工件，并擦干；
(H)焊接
采用多层多道焊接的方式，控制焊接层间温度不超过150°C ；
焊接工艺参数如下打底焊电流90-105A，电压10-12V，焊接速度80-90mm/min，氩气流量为8-10L/min ;正面填充盖面焊接电流110-130A，电压12-15V，焊接速度90-100mm/min，氩气流量为10-12L/min ;反面盖面焊接电流120-135A，电压12-15V，焊接速度90_100mm/min,!S气流量为 10-12L/min ；
本发明中，施焊时要摆动焊丝，但摆动的幅度不能大于焊丝直径的2倍；
在V形坡口上方正面焊完3层后进行反面清根，使用砂轮机打磨出金属光泽，焊道坡口均匀平直；
本发明中，每焊完一层均需要使用不锈钢丝刷将焊缝及焊缝两侧杂质清理干净；
(四)焊后检验
每焊完一层需进行着色渗透或超声波检验，处理合格后方可进行下一层的焊接；
所有焊缝焊接完成后进行100%全焊道X射线探伤检验。更进一步的方案是在进行步骤(二)焊前准备时，如果室温低于15°C，需将工件对接接头两侧250至300mm区域预热至15至20°C。更进一步的方案是为控制焊接热输入、减小焊接变形量、增强焊缝背面气体保护效果，打底焊焊前需在点焊固定合格工件的反面垫带凹形槽的衬垫，施焊时在凹形槽中通氩气作为背保护气体，气体流量为15-20L/min。更进一步的方案是焊接采用氩弧焊机，所述的氩弧焊机带水冷式氩弧焊枪。更进一步的方案是焊接采用直流正接法的方式进行。在本发明中，应选用符合要求的焊丝，焊丝中合金元素的成分百分比应略大于Inconel 601镍基合金母材，严格控制S、P等有害杂质元素的含量。如可以选用牌号为ERNiCrFe-Il的直焊丝。焊丝长度以Im为宜。打底焊焊丝直径Φ I. 2mm，填充盖面焊焊丝直径Φ 2. 4mm。在焊件清理时，使用不锈钢丝刷清理焊丝及工件坡口和坡口两侧内外表面20mm范围内的油脂、污物、氧化膜和各种记号，清洗干净后表面应有明显的金属光泽，然后用干净的布擦干。焊接时，焊接电流是影响焊缝质量的关键因素焊接电流过小，缺少足够的线能量，不能使焊缝两侧的母材金属充分熔化，易形成未融合与未焊透；焊接电流过大，焊缝热裂纹敏感性增强，易产生夹钨及金属氧化物夹杂等缺陷。本发明中，施焊时应仔细观察熔池，控制氩弧焊枪喷嘴与工件的距离，避免夹钨。本发明中，焊接场地应清洁，无浮尘杂质污染、气体强对流等不利于氩弧焊焊接的环境因素，避免母材及焊缝与碳钢接触。本发明解决了 Inc0neI 601镍基合金焊接易产生热裂纹、熔透不佳、夹钨等问题，并有效控制了焊缝中气孔的生成，能保证形成力学性能好、抗腐蚀且美观的焊接接头，为Inconel 601镍基合金的手工钨极氩弧焊焊接提供了良好的焊接工艺方法。
图I为焊缝坡口形式结构示意图。图2为焊接顺序不意图。
具体实施方式
下面通过附图结合具体的实施方式对Inconel 601镍基合金的手工钨极氩弧焊焊接工艺作进一步详细的说明。焊接材料的选取
使用合金分析仪测出Inconel 601镍基合金材料的实际合金元素含量，选用合金元素成分百分比略大于母材且S、P等有害杂质元素相对少的直焊丝——牌号为ERNiCrFe-11，长度为lm，打底焊焊丝直径Φ I. 2mm，填充盖面焊焊丝直径Φ 2. 4mm ;焊丝中主要元素重量百分比含量如下C 彡 O. 2%、Mn ( O. 25%、Si ( O. 5%、Cu ( O. 1%、Al I. 5%-2. 4%、Ti
O.1%-0. 2%, Ni 彡 58%、Cr 21%_25%、Fe 余量。坡口制备
如图I所示，将工件I和工件2通过机械加工成对接坡口，对接坡口呈V形，夹角α为70±5°、钝边3为O. 5mm，工件I、工件2的厚度为7mm。焊前准备
钨极磨尖磨尖直径为Φ 2. 4mm钨电极的一端，尖部直径约O. 4mm，夹角应为30至60。。·使用带水冷式焊枪、全数字化的专用氩弧焊机施焊，电源直流正接，保护气体选用纯度> 99. 99%的高纯氩，接好线路及通气管路。焊件清理使用不锈钢丝刷清理焊丝及工件坡口和坡口两侧内外表面20mm范围内的油脂、污物、氧化膜和各种记号，清洗干净后表面应有明显的金属光泽，然后用干净的布擦干。预热室温较低时(低于15°C)，焊接前需将工件对接接头两侧250至300mm区域预热至15至20°C。点焊将待焊工件的对接接口间隙调整均匀，如图1，两个工件的钝边之间缝隙距离为I. 5至2_，从背面进行点焊；有必要时在工件接口两端设引弧板和熄弧板及防变形措施。焊接
多层多道焊焊接顺序如图2所示。第一层打底焊(即图中的A标注的焊接区域)在点焊固定合格工件的反面垫带凹形槽的铜衬垫，插入背保护气接管，设置气体流量为15-20L/min ;设置焊接电流90-105A，电压10-12V，氩气流量8-10L/min ;施焊时焊接速度约80-90mm/min ;打底焊缝的熔透性、变形量、是否有裂纹气孔等缺陷是影响整个Inconel 601镍基合金对接焊缝质量的关键因素。正面填充焊(图中A区域上方的2、3层，即B、C、D三个区域)设置正面填充焊接电流110-130A，电压12-15V，氩气流量为10_12L/min ;施焊时焊接速度90-100mm/min。反面盖面焊(图中A区域下方的E区域):正面焊完约3层后即可进行反面清根，使用砂轮机将焊道坡口打磨出金属光泽；Inc0nel 601镍基合金液态流动性差，清根后反面焊接的电流较填充焊应略大10%，以利于脱渣并获得良好的熔透；设置反面盖面焊接电流120-135A,电压12-15V，氩气流量为10_12L/min ;施焊时焊接速度90-100mm/min。正面盖面焊(图中F、G两个区域)设置正面填充盖面焊接电流110-130A，电压12-15V，氩气流量为10-12L/min ;施焊时焊接速度90-100mm/min ;层间的焊接接头应错开15-20mm，盖面焊接电流应略小，以利于焊缝表面平直，过渡均匀，无咬边，焊缝余高O. 5mm
左右为宜。全部焊接顺序按照附图2中A、B、C、D、E、F、G的顺序进行。焊接时使用红外热像仪测量焊缝及焊缝两侧约50mm范围温度，控制层间温度< 1500C ;焊工施焊时应仔细观察熔池，控制氩弧焊枪喷嘴与工件的距离以避免夹钨，并适当的摆动焊丝，但要求摆动的宽度不能大于焊丝直径的2倍，焊丝每次摆动极限结束时要稍稍停顿一下，以便使粘稠的焊缝金属有时间填充咬边；每焊完一层均需要使用不锈钢丝刷将焊缝及焊缝两侧杂质清理干净。焊后检验
每焊完一层均需进行着色渗透或超声波检验，处理合格后方可进行下一层的焊接；对接工件所有焊缝焊接完成后按JB/T 4730-2005进行100%全焊道X射线探伤检验，I级合 格。本发明所述的具体实施方式
仅为一种较佳案例，相关从事本技术领域的人员可以对本发明的内容作优化改进与润饰，但这些改进与润饰也应属于本发明的权利保护范畴。
权利要求
1.一种镍基合金的钨极氩弧焊焊接方法，其特征在于包括 (一)焊材选取 选用符合要求的焊丝，焊丝中元素的成分重量百分比具体为c ( O. 2%、Mn ( O. 25%、Si ( O. 5%、Cu ( O. 1%、Al I. 5%-2. 4%、Ti O. 1%_0· 2%、Ni 彡 58%、Cr 21%_25%、Fe 余量；焊丝直径为I. 2mm和2. 4mm两种规格； 鹤电极直径2. 4mm,电极端部磨尖,尖部直径O. 4mm ； 保护气体选用纯度> 99. 99%的高纯氩； (二)焊前准备 坡口制备机械加工对接坡口呈V形，V形夹角为70±5°，V形坡口底部与两块对接板材边沿形成钝边； 焊件清理用不锈钢丝刷清理焊丝及工件，并擦干； (H)焊接 采用多层多道焊接的方式，控制焊接层间温度不超过150°C ； 焊接工艺参数如下打底焊电流90-105A，电压10-12V，焊接速度80-90mm/min，氩气流量为8-10L/min ;正面填充盖面焊接电流110-130A，电压12-15V，焊接速度90-100mm/min，氩气流量为10-12L/min ;反面盖面焊接电流120-135A，电压12-15V，焊接速度90_100mm/min,!S气流量为 10-12L/min ； 本发明中，施焊时要摆动焊丝，但摆动的幅度不能大于焊丝直径的2倍； 在V形坡口上方正面焊完3层后进行反面清根，使用砂轮机打磨出金属光泽，焊道坡口均匀平直； 本发明中，每焊完一层均需要使用不锈钢丝刷将焊缝及焊缝两侧杂质清理干净； (四)焊后检验 每焊完一层需进行着色渗透或超声波检验，处理合格后方可进行下一层的焊接； 所有焊缝焊接完成后进行100%全焊道X射线探伤检验。
2.根据权利要求I所述镍基合金的钨极氩弧焊焊接方法，其特征在于(二)焊前准备时，如果室温低于15°C，需将工件对接接头两侧250至300mm区域预热至15至20°C。
3.根据权利要求I所述镍基合金的钨极氩弧焊焊接方法，其特征在于打底焊焊前需在点焊固定合格工件的反面垫带凹形槽的衬垫，施焊时在凹形槽中通氩气作为背保护气体，气体流量为15-20L/min。
4.根据权利要求I所述镍基合金的钨极氩弧焊焊接方法，其特征在于焊接采用氩弧焊机，所述的氩弧焊机带水冷式氩弧焊枪。
5.根据权利要求I所述镍基合金的钨极氩弧焊焊接方法，其特征在于焊接采用直流正接法的方式进行。
全文摘要
本发明公开了一种镍基合金的钨极氩弧焊焊接方法，包括(一)焊材选取；(二)焊前准备，坡口制备；(三)焊接，采用多层多道焊接的方式，控制焊接层间温度不超过150℃；并设定了具体的焊接工艺参数；(四)焊后检验。本发明解决了Inconel601镍基合金焊接易产生热裂纹、熔透不佳、夹钨等问题，并有效控制了焊缝中气孔的生成，能保证形成力学性能好、抗腐蚀且美观的焊接接头，为Inconel601镍基合金的手工钨极氩弧焊焊接提供了良好的焊接工艺方法。
文档编号B23K9/235GK102941397SQ20121037932
公开日2013年2月27日 申请日期2012年10月9日 优先权日2012年10月9日
发明者余正, 许文峰, 汤锦明, 胡志容, 王志敏 申请人:中冶南方(武汉)威仕工业炉有限公司