接管与安全端环缝全位置钨极惰性气体保护焊焊接方法

接管与安全端环缝全位置钨极惰性气体保护焊焊接方法
【专利摘要】本发明公开了一种接管与安全端环缝全位置钨极惰性气体保护焊焊接方法，在该方法中，用镍基合金作隔离层，对接管和安全端进行机械加工，以便接管和安全端组装时构成焊接坡口，最后对焊接坡口进行焊接处理；其中，焊接处理时焊有多条焊道，焊接时，从待焊部位底端起弧，沿着待焊部位一侧旋转焊接至待焊部位顶端停弧，再次从待焊部位底端起弧，沿着待焊部位另一侧旋转焊接至待焊部位顶端停弧；当焊接坡口为双面U型窄间隙坡口时，首先焊接外坡口，但并不焊满，然后对内坡口进行清根处理并焊满，最后再将外坡口焊满；当焊接坡口为单面U型窄间隙坡口时，首先焊满坡口，然后去掉垫板并进行清根处理。
【专利说明】接管与安全端环缝全位置钨极惰性气体保护焊焊接方法

【技术领域】
[0001] 本发明涉及采用镍基合金填充材料，在接管与安全端轴向水平固定时进行的全位 置窄间隙坡口焊接，具体涉及一种接管与安全端环缝全位置钨极惰性气体保护焊焊接方 法。

【背景技术】
[0002] 核岛主设备蒸气发生器等产品设计有接管与安全端环缝焊接，针对此类焊缝目前 国内主要采用自动TIG焊接方法在平焊或横焊位置进行焊接，而对于采用镍基合金填充材 料在接管轴向水平固定的5G全位置进行接管与安全端的焊接此前还没有得到应用，这主 要是由于一方面镍基合金材料焊接具有较高的热裂纹敏感性且焊接过程易产生未熔合等 缺陷，另一方面对于接管轴向水平固定的5G全位置焊接要想获得良好的焊缝成形及稳定 的焊接质量难度极大。
[0003] 由于上述原因，本发明人对现有的接管与安全端焊接方法进行深入研究，以便设 计出一种管子水平固定对接焊时，经历仰焊、立焊和平焊三种焊接位置的全位置焊接。


【发明内容】

[0004] 为了克服上述问题，本发明人进行了锐意研究，设计出一种接管与安全端环缝全 位置钨极惰性气体保护焊焊接方法，在该方法中，用镍基合金作隔离层，对接管和安全端进 行机械加工，以便接管和安全端组装时构成焊接坡口，最后对焊接坡口进行焊接处理；
[0005] 其中，焊接处理时焊有多条焊道，打底焊是单道直道焊接的，填充焊和盖面焊是每 层多道直道焊接的；
[0006] 焊道的形成过程包括：从待焊部位底端起弧，沿着待焊部位一侧旋转焊接至待焊 部位顶端停弧，再次从待焊部位底端起弧，沿着待焊部位另侧旋转焊接至待焊部位顶端停 弧；
[0007] 当焊接坡口为双面U型窄间隙坡口时，首先焊接外坡口，但并不焊满，然后对内坡 口进行清根处理并焊满，最后再将外坡口焊满；
[0008] 当焊接坡口为单面U型窄间隙坡口时，首先焊满坡口，然后再去掉垫板并进行清 根处理；
[0009] 从而完成接管与安全端之间的焊接，从而完成本发明。
[0010] 具体来说，本发明的目的在于提供以下方面：
[0011] (1) 一种接管与安全端环缝全位置钨极惰性气体保护焊焊接方法，其特征在于，该 方法包括如下步骤：
[0012] 步骤1，在接管端面堆焊由镍基合金制成的隔离层；
[0013] 步骤2,分别对接管和安全端上的待焊部位进行机械加工；
[0014] 步骤3,清洁接管上的待焊部位和安全端上的待焊部位；
[0015] 步骤4,装配并固定接管和安全端，接管上的待焊部位和安全端上的待焊部位共同 组装成焊接坡口，所述焊接坡口为双面U型窄间隙坡口或单面U型窄间隙坡口；
[0016] 步骤5，通过钨极氩弧焊设备对焊接坡口进行焊接处理，所述钨极氩弧焊设备包括 头部具有预定弯折角度的钨极；
[0017] 其中，在步骤5的焊接处理过程中，通过单道直道的焊接方式得到打底焊的焊道， 通过每层多道直道的焊接方式得到填充焊和盖面焊的焊道；
[0018] 在步骤5的焊接处理过程中，接管与安全端固定不动，钨极氩弧焊设备绕着接管 与安全端间的待焊部位旋转，进而焊出焊道，所述焊道的焊接过程包括：从待焊部位底端起 弧，沿着待焊部位一侧旋转焊接至待焊部位顶端停弧，再次从待焊部位底端起弧，沿着待焊 部位另一侧旋转焊接至待焊部位顶端停弧；
[0019] 在所述焊道的焊接过程中，通过调整焊接参数来控制电弧的状态，进而利用电弧 控制熔池；同时通过调整焊接参数来控制热输入；
[0020] 当所述焊接坡口为双面U型窄间隙坡口时，双面U型窄间隙坡口包括由钝边15分 隔开的外坡口 1和内坡口 2,步骤5中的焊接处理包括如下子步骤：
[0021] 子步骤1,对外坡口 1进行焊接深度为20?40mm的焊接作业，
[0022] 子步骤2,对内坡口进行清根量为2. 5?3. 5mm的清根处理；
[0023] 子步骤3,对内坡口 2进行焊接作业，直至焊满内坡口 2 ;
[0024] 子步骤4,对内坡口 2的焊接位置进行无损检验，检验合格后对外坡口 1上剩余部 位进行焊接作业，直至焊满外坡口 1 ;
[0025] 当所述焊接坡口为单面U型窄间隙坡口时，单面U型窄间隙坡口包括单坡口 3和 单坡口 3下方的垫板36,步骤5中的焊接处理过程包括：焊满坡口 3,去掉垫板36并进行清 根量为2. 5?3. 5mm的清根处理。
[0026] (2)根据上述（1)所述的接管与安全端环缝全位置钨极惰性气体保护焊焊接方 法，其特征在于，在步骤4中，装配并固定接管和安全端的装配间隙为0. 5_以下，接管和安 全端的径向偏差为1mm以下，通过在接管内壁焊接拉筋板或在内侧坡口中进行手工定位焊 接的方式对接管进行固定。
[0027] (3)根据上述⑴所述的接管与安全端环缝全位置钨极惰性气体保护焊焊 接方法，其特征在于，进行所述焊接处理时的焊接参数包括：焊丝是直径为〇. 9mm的 ERNiCrFe-7A焊丝，焊接基值电流为100?130A，焊接峰值电流为200?230A，焊接脉冲频 率为1. 5?2赫兹，脉宽比为40?60 %，焊接电压为9?1IV，焊接速度50-70mm/min，送丝 速度400?700mm/min，保护气体为纯度在99. 997%以上的氩气，保护气体气体流量30? 60L/min，焊接过程预热温度及层间温度在100°C以下。
[0028] (4)根据上述（1)所述的接管与安全端环缝全位置钨极惰性气体保护焊焊接方 法，其特征在于，每条焊道的两个起弧点具有少量搭接，每条焊道的两个收弧点具有少量搭 接，所述少量搭接的搭接量为20?30mm。
[0029] (5)根据上述（1)所述的接管与安全端环缝全位置钨极惰性气体保护焊焊接方 法，其特征在于，在每条焊道的焊接过程中，实时调节钨极和焊丝的位置，使得钨极和与之 相邻的焊接坡口侧壁之间的距离为2?4mm，钨极和焊丝之间的距离为2?3mm。
[0030] (6)根据上述（1)所述的接管与安全端环缝全位置钨极惰性气体保护焊焊接方 法，其特征在于，所述钨极包括钨极杆41、钨极前端圆锥42和设置在钨极前端圆锥上的尖 端43,其中，鹤极杆41的直径为3. 2mm或4. Omm，鹤极前端圆锥42的圆锥角角度为20°? 45°，尖端43的直径为0. 2?1mm，尖端43轴线与钨极前端圆锥42轴线共线，尖端43轴线 与钨极杆41轴线所成夹角的角度为10°?30°。
[0031] (7)根据上述（1)所述的接管与安全端环缝全位置钨极惰性气体保护焊焊接方 法，其特征在于，在焊接每个焊道前都对待焊部位或焊道进行清洁，
[0032] 所述清洁的过程包括：首先通过砂带机对待焊部位或焊道进行打磨，以去除待焊 部位表面或焊道表面的氧化物，然后使用不锈钢丝刷清理待焊部位或焊道，最后用蘸有丙 酮的白布反复擦拭待焊部位表面或焊道表面，直到白布不变色，其中，如果待焊部位表面或 焊道表面有缺陷，在去除待焊部位表面或焊道表面的氧化物以后，还需使用砂轮机或旋转 锉刀清除该缺陷。
[0033] (8)根据上述（1)所述的接管与安全端环缝全位置钨极惰性气体保护焊焊接方 法，其特征在于，当待焊部位厚度为60_以上时，焊接坡口为双面U型窄间隙坡口，当待焊 部位厚度小于60mm时，焊接坡口为单面U型窄间隙坡口；
[0034] 其中，双面U型窄间隙坡口包括外坡口 1和内坡口 2,其中，外坡口 1包括分别位 于两侧的左外坡口面11、右外坡口面12和外坡口底部的钝边15,以及分别位于左外坡口面 11、右外坡口面12和钝边15之间起到过渡连接作用的左外坡口根部圆弧13、右外坡口根 部圆弧14 ;内坡口 2包括分别位于两侧的左内坡口面21、右内坡口面22和内坡口底部的钝 边15,以及分别位于左内坡口面21、右内坡口面22和钝边15之间起到过渡连接作用的左 内坡口根部圆弧23、右内坡口根部圆弧24 ;
[0035] 所述左外坡口面11、右外坡口面12和所述左内坡口面21、右内坡口面22与垂直 于接管轴线的平面所成的角度都为5?8°，所述左外坡口根部圆弧13、右外坡口根部圆弧 14和所述左内坡口根部圆弧23、右内坡口根部圆弧24的圆弧半径长度都为4?8mm，钝边 15的长度为2mm以下，厚为1?3_。
[0036] (9)根据上述（1)或（8)所述的接管与安全端环缝全位置钨极惰性气体保护焊焊 接方法，其特征在于，单面U型窄间隙坡口包括单坡口 3和单坡口 3下方的垫板36,单坡口 3包括分别位于两侧的左坡口面31、右坡口面32和坡口底部的单面钝边35以及分别位于 左坡口面31、右坡口面32和单面钝边35之间起到过渡连接作用的左坡口根部圆弧33、右 坡口根部圆弧34 ;
[0037] 其中左坡口面31、右坡口面32与垂直于接管轴线的平面所成的角度为5?8°， 左坡口根部圆弧33、右坡口根部圆弧34的圆弧半径长度为4?8mm，单面钝边35的厚为 1?3mm,塾板36的厚度为3?10mm。
[0038] (10)根据上述（1)所述的接管与安全端环缝全位置钨极惰性气体保护焊焊接方 法，其特征在于，步骤5中的焊接处理通过可编程的控制系统进行控制，在焊接处理开始 前，对控制系统设备进行检查和安装调试。
[0039] 本发明所具有的有益效果包括：
[0040] (1)在本发明提供的方法中选用窄间隙的坡口形式，使得焊接效率提高，减少由于 焊接量过大而产生的焊接变形；
[0041] (2)在本发明提供的方法中采用特定尺寸的钨极，该钨极具有弯角，使得钨极产生 的电弧与侧壁接触更为充分，进而增强了侧壁熔合的效果。
[0042] (3)在本发明提供的方法中一个焊道上的两个起弧点有少量搭接，两个收弧点也 有少量搭接，使得更容易形成完整的焊道，避免了焊道缺陷，焊道质量更高；
[0043] (4)在本发明提供的方法中焊接时钨极与焊接坡口侧壁的距离为2?4mm，钨极和 焊丝的距离为2?3mm，使得侧壁融合良好，不会短路、形成死角，也不会顶丝影响焊道的形 成；
[0044] (5)在本发明提供的方法中，待焊工件不动，带有钨极和焊丝的钨极氩弧焊设备绕 着工件旋转焊接，根据本发明提供的焊接参数及工艺过程，产生的电弧具有最佳的状态，该 电弧可以有效控制熔池的形态，并与坡口根部及侧壁充分作用，从而使得侧壁融合良好，保 证获得良好的焊缝成形和焊接质量；
[0045] (6)在本发明提供的方法中，通过本发明提供的焊接参数及工艺过程来控制热输 入，进而避免焊缝出现粗大晶粒和过度的成分偏析，使得焊缝不会产生热裂纹等缺陷；
[0046] (7)在本发明提供的方法中，焊接处理过程通过可编程的控制系统进行控制，使得 焊接过程稳定，可以获得良好的焊道成形与焊接质量。

【专利附图】

【附图说明】
[0047] 图1示出根据本发明一种优选实施方式的双面U型窄间隙坡口结构示意图；
[0048] 图2示出根据本发明一种优选实施方式的单面U型窄间隙坡口结构示意图；
[0049] 图3示出根据本发明一种优选实施方式的钨极结构示意图；
[0050] 图4示出根据本发明一种优选实施方式的接管与安全端环缝全位置钨极惰性气 体保护焊焊接方法过程。
[0051] 附图标号说明：
[0052] 1-外坡口
[0053] 11-左外坡口面
[0054] 12-右外坡口面
[0055] 13-左外坡口根部圆弧
[0056] 14-右外坡口根部圆弧
[0057] 15-钝边
[0058] 2-内坡口
[0059] 21-左内坡口面
[0060] 22-右内坡口面
[0061] 23-左内坡口根部圆弧
[0062] 24-右内坡口根部圆弧
[0063] 3-单坡口
[0064] 31-左坡口面
[0065] 32-右坡口面
[0066] 33-左坡口根部圆弧
[0067] 34-右坡口根部圆弧
[0068] 35-单面钝边
[0069] 36-下方的垫板
[0070] 41-钨极杆
[0071] 42-钨极前端圆锥
[0072] 43-尖端

【具体实施方式】
[0073] 下面通过附图和实施例对本发明进一步详细说明。通过这些说明，本发明的特点 和优点将变得更为清楚明确。
[0074] 在这里专用的词"示例性"意为"用作例子、实施例或说明性"。这里作为"示例性" 所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。尽管在附图中示出了实施例的各 种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。
[0075] 本发明提供一种接管与安全端环缝全位置钨极惰性气体保护焊焊接方法，该方法 包括如下步骤：
[0076] 步骤1，在接管端面堆焊镍基合金隔离层；本发明中对堆焊方法不作特别限定，根 据本领域中常见的隔离层焊接工艺进行焊接处理即可。
[0077] 步骤2,分别对接管和安全端上的待焊部位进行机械加工；本发明中对待焊部位 进行机加工的方法不做特别限定，采用本领域中常规机械加工方法即可，只需保证加工出 的坡口尺寸使得焊接坡口达到要求即可。
[0078] 步骤3,清洁接管上的待焊部位和安全端上的待焊部位；清洁方法与每条焊道焊 接前进行的清洁方法相同，以保证待焊部位表面质量达到焊接要求。
[0079] 步骤4,装配并固定接管和安全端，接管上的待焊部位和安全端上的待焊部位共同 组装成焊接坡口，所述焊接坡口为双面U型窄间隙坡口或单面U型窄间隙坡口。
[0080] 步骤5,通过带有钨极的钨极氩弧焊设备对焊接坡口进行焊接处理。
[0081] 在一个优选实施方式中，钨极氩弧焊设备上带有的钨极优选为头部具有预定弯折 角度的钨极。
[0082] 在一个优选的实施方式中，在步骤5的焊接处理过程中，通过单道直道的焊接方 式得到打底焊的焊道，通过每层多道直道的焊接方式得到填充焊和盖面焊的焊道；所述直 道是指焊接过程中不摆动，为焊满一个焊接坡口，需要重复地焊接多个焊道。
[0083] 在一个优选的实施方式中，在步骤5焊接处理过程中，接管与安全端固定不动，钨 极氩弧焊设备以及其上的钨极和焊丝绕着接管与安全端间的待焊部位旋转进而焊出焊道， 在焊道的形成过程中，从待焊部位两侧对称并交替地进行焊接，以保证焊接变形均匀，所述 焊接处理过程包括：从待焊部位底端起弧，沿着待焊部位一侧旋转焊接至待焊部位顶端停 弧，再次从待焊部位底端起弧，沿着待焊部位另一侧旋转焊接至待焊部位顶端停弧；
[0084] 在进一步优选的实施方式中，每条焊道的两个起弧点重合或具有少量搭接，每条 焊道的两个收弧点重合或具有少量搭接，所述重合应理解为两个起弧点设定在同一位置 处，两个收弧点设定在同一位置处，使得焊道呈完整的环状；在实际操作过程中，操作人员 为了保证焊接质量，一般选用少量搭接的方式，即同一条焊道上的两个起弧点和两个收弧 点都是具有少量搭接的，上述搭接量一般选用20?3mm。同时，为了避免所有焊道的起弧点 都相邻，所有焊道的收弧点都相邻，本发明中优选地，每条焊道的起弧点与相邻焊道的起弧 点之间留有一定的距离，同样，每条焊道的收弧点与相邻焊道的收弧点之间留有一定的距 离，所述距离一般大于或等于上述搭接量的长度，即大于30mm，当然上述数据可以根据实际 需要进行适当的调整。
[0085] 在一个优选的实施方式中，在步骤4中，装配并固定接管和安全端，装配时保证接 管和安全端端的装配间隙在〇. 5_以下，即接管和安全端之间的间隙要尽可能地小，使得 接管和安全端之间的间隙尽可能地接近于零，以保证焊接质量，同时，接管和安全端的径向 偏差在1mm以下，以保证接管和安全端具有良好的对中性；一般都通过在接管内壁焊接拉 筋板或在内侧坡口上进行手工定位焊接的方式对接管进行固定。
[0086] 在一个优选的实施方式中，进行所述焊接处理时的焊接参数包括：焊丝是直径为 0. 9mm的ERNiCrFe-7A焊丝，焊接基值电流为100?130A，焊接峰值电流为200?230A，焊 接脉冲频率为1. 5?2赫兹，脉宽比为40?60 %，焊接电压为9?1IV，焊接速度50-70mm/ min，送丝速度400?700mm/min，保护气体为纯度在99. 997%以上的氩气，保护气体气体流 量30?60L/min，焊接过程预热温度及层间温度在KKTC以下，通过以上焊接参数，保证了 焊接过程平稳高效，同时使得焊接质量最佳。
[0087] 本发明提供的焊接方法是5G焊接，其涉及到仰焊和立焊，焊接过程中产生的熔池 或液态金属在重力和表面张力作用下难免会有流动的倾向，同时，在焊接过程中对熔池的 状态及与母材间的熔合都有很高的要求，为了避免熔池或液态金属流动，并为了确保熔池 与母材熔合良好，对上述的焊接参数进行设定和调节，当所述焊接参数在上述限定的范围 内时，根据上述焊接参数得到的电弧刚好可以起到对熔池或液态金属的控制作用，通过电 弧力、熔池自身重力、表面张力达到平衡，使得焊接过程平稳、焊接质量高，避免了焊接过程 中可能出现的缺陷；同时，根据对上述的焊接参数进行设定和调节，当所述焊接参数在上述 限定的范围内时，根据上述焊接参数得到的电弧刚好可以有效控制熔池的形态及与母材的 熔合效果，从而使得侧壁融合良好，保证获得良好的焊缝成形和焊接质量；当然，对熔池或 液态金属有影响的因素不仅仅是重力和表面张力，本发明提供的方法通过电弧控制熔池或 液态金属时克服或抵消了所有的外在影响。即通过调整焊接参数，在焊接过程中，熔池或液 态金属一直处在期望的状态，并与母材具有良好的熔合，从而形成良好的焊缝。当然，上述 原理仅是本发明人的可能性推测，本发明并不限于此。
[0088] 在一个优选的实施方式中，对焊接坡口进行焊接时，通过监控器上的摄像头等观 测装置进行观察，并根据实际情况进行调整钨极和焊丝的位置，当钨极与焊接坡口上侧壁 距离过小时易造成侧壁熔化量过大，出现咬边缺陷并容易造成钨极与工件接触短路，距离 过大时不能保证侧壁熔合良好并圆滑过渡，容易产生"死角"影响后续焊接，因此焊接操作 过程中应保持钨极和与之相邻的焊接坡口侧壁之间的距离为2?4_。
[0089] 当钨极与焊丝间距过大时，焊丝不能准确送入熔池，易与熔池前端焊道刮擦，出现 "顶丝"现象，严重时将致使机头随之颤动，影响焊接过程的稳定性；当钨极与焊丝间距过小 时，一方面焊丝易与高温钨极接触导致钨极烧损，影响电弧的稳定性，另一方面焊丝端部易 结球，尤其当焊接至仰焊及立焊位置时会产生熔滴飞溅，导致弧长自动调节功能紊乱，破坏 焊缝成形，经过实际试验和计算，发现焊接操作过程中保持钨极与焊丝之间距为2?3mm时 焊接过程稳定，焊接质量好，所以应保证钨极与焊丝之间的距离为2?3mm。
[0090] 在一个优选的实施方式中，如图3中所示，本发明中使用的钨极为具有特殊尺寸 的钨极，即该钨极为头部具有预定弯折角度的钨极。
[0091] 在进一步优选的实施方式中，如图3中所示，该钨极包括钨极杆41、钨极前端圆锥 42和设直在鹤极如端圆维上的尖端43,其中，鹤极杆41的直径为3. 2mm或4. 0mm，鹤极如端 圆锥42的圆锥角角度为20°?45°，尖端43的直径为0.2?1mm，尖端轴线与钨极前端圆 锥轴线共线，尖端43轴线与钨极杆41轴线所成夹角的角度为10°?30°。在本发明中， 所述预定弯折角度为尖端43轴线与钨极杆41轴线所成夹角。
[0092] 在进一步优选的实施方式中，在窄而深的焊接坡口中，钨极呈与焊接坡口侧壁近 乎平行的角度伸入到坡口内，一般来讲，钨极与坡口侧壁夹角很小或近乎平行时，电弧很难 作用到坡口的待焊部位的根部和侧壁，使得焊接质量较差；本发明提供的钨极的尖端与钨 极杆呈一定角度，使得尖端与焊接坡口的侧壁呈一个更大、更适合的角度，使得电弧质量 高，进而保证了侧壁融合质量，提高了焊接整体质量，同时钨极的尖端43轴线与钨极杆41 轴线所成夹角的角度进一步方便了焊接坡口内圆弧位置处的焊接作业，使得圆弧位置处的 焊接质量同样足够高，从而使得整个焊接工艺过程满足核反应堆的使用要求。
[0093] 在一个优选的实施方式中，在焊接每个焊道前都对待焊部为或上一个焊道进行清 洁，以保证焊接位置符合焊接标准，避免杂质或焊接缺陷影响最终焊接质量。
[0094] 在进一步优选的实施方式中，所述清洁的过程包括：首先使用砂带机对待焊部位 或焊道进行打磨，以去除待焊部位表面或焊道表面的氧化物，如果待焊部位或焊道表面有 缺陷，使用砂轮机或旋转锉刀清除该缺陷，然后使用不锈钢丝刷清理待焊部位或焊道，最后 用蘸有丙酮的白布反复擦拭待焊部位表面或焊道表面，直到白布不变色，这时认为待焊部 位表面或焊道表面已经干净，符合焊接要求，可以进行焊接了；本发明中砂带机优选选用风 动砂带机，而用于去除焊接缺陷的砂轮一般选用大尺寸的砂轮，以使得打磨的效率更高。 [0095] 在一个优选的实施方式中，本发明提供的焊接方法适用于最小外径为400mm的接 管焊接，而焊接坡口的具体形式与接管等待焊工件的厚度有关，当待焊部位厚度为60_以 上时，焊接坡口为双面U型窄间隙坡口，当待焊部位厚度小于60mm时，焊接坡口为单面U型 窄间隙坡口。当然，上述给出的60_这一分界标准并非绝对的标准，可以根据实际需要选 择更合适的坡口设定形式。如焊接某两个壁厚55_的金属管时，为了确保焊接质量，也可 以选用双面U型窄间隙坡口的方式进行焊接，此时，如有必要，可以将最初的外坡口焊接深 度减少到10_20mm，也就是说，针对本发明中的这些具体尺寸，可以在不违反本发明的基本 原则情况下适当地进行调整。
[0096] 在一个优选的实施方式中，如图1中所示，当所述焊接坡口为双面U型窄间隙坡口 时，双面U型窄间隙坡口包括由钝边15分隔开的外坡口 1和内坡口 2，步骤5中的焊接处理 包括如下子步骤：
[0097] 子步骤1，对外坡口 1进行焊接深度为20?40mm的焊接作业，此时外坡口的深度 大于焊接深度；
[0098] 子步骤2,对内坡口进行清根量为2. 5?3. 5mm的清根处理，本发明中优选地进行 清根量为3mm的清根处理；所述清根处理包括清除钝边和焊缝，此处的清根处理是在内坡 口中进行的；
[0099] 子步骤3,对内坡口 2进行焊接作业，直至焊满内坡口 2 ;
[0100] 子步骤4,对内坡口 2的焊接位置进行无损检验，检验合格后对外坡口 1上剩余部 位进行焊接作业，直至焊满外坡口 1。
[0101] 在进一步优选的实施方式中，双面U型窄间隙坡口包括外坡口 1和内坡口 2,其中， 外坡口 1包括分别位于两侧的左外坡口面11、右外坡口面12和外坡口底部的钝边15,以及 分别位于左外坡口面11、右外坡口面12和钝边15之间起到过渡连接作用的左外坡口根部 圆弧13、右外坡口根部圆弧14 ;内坡口 2包括分别位于两侧的左内坡口面21、右内坡口面 22和内坡口底部的钝边15,以及分别位于左内坡口面21、右内坡口面22和钝边15之间起 到过渡连接作用的左内坡口根部圆弧23、右内坡口根部圆弧24。
[0102] 在更进一步的优选实施方式中，所述左外坡口面11、右外坡口面12和所述左内坡 口面21、右内坡口面22与垂直于接管轴线的平面所成的角度都为5?8°，所述左外坡口 根部圆弧13、右外坡口根部圆弧14和所述左内坡口根部圆弧23、右内坡口根部圆弧24的 圆弧半径长度都为4?8_，钝边15的长度为2mm以下，厚为1?3_。
[0103] 在一个优选的实施方式中，外坡口的深度大于内坡口的深度，外坡口的深度大约 为壁厚的2/3左右。
[0104] 在一个优选的实施方式中，如图2中所示，当所述焊接坡口为单面U型窄间隙坡口 时，单面U型窄间隙坡口包括单坡口 3和单坡口 3下方的垫板36,步骤5中的焊接处理过程 包括：焊满坡口 3,去掉垫板36并进行清根量为2. 5?3. 5mm的清根处理，其中，清根量优 选地选择为3mm，如图2中所示，虚线表示清根线，焊接完成后，安照清根线进行清根，即清 根处理到清根线位置，清根线与垫板36上表面即钝边35下表面之间的距离为3mm。
[0105] 本发明中清根量优选地选择3mm。
[0106] 在进一步优选的实施方式中，单面U型窄间隙坡口包括单坡口 3和单坡口 3下方 的垫板36,单坡口 3包括分别位于两侧的左坡口面31、右坡口面32和坡口底部的单面钝边 35以及分别位于左坡口面31、右坡口面32和单面钝边35之间起到过渡连接作用的左坡口 根部圆弧33、右坡口根部圆弧34。
[0107] 在更进一步优选的实施方式中，其中左坡口面31、右坡口面32与垂直于接管轴线 的平面所成的角度为5?8°，左坡口根部圆弧33、右坡口根部圆弧34的圆弧半径长度为 4?8mm，单面纯边35的厚为1?3mm，垫板36的厚度为3?10mm。
[0108] 在一个优选的实施方式中，步骤5中的焊接处理通过可编程的控制系统进行控 制，在焊接处理开始前，焊接处理工艺过程输入到控制系统，并对控制系统设备进行检查和 安装调试，以确保焊接处理过程的顺利进行。
[0109] 实施例：
[0110] 对于外径为900mm，壁厚为140mm的接管进行焊接，焊接坡口选用双面U型窄间隙 坡口，并采用本发明提供的方法及所属焊接参数进行接管与安全端环缝焊接，在每一个焊 道焊接前进行清洁处理，每个焊道都是先焊接待焊部位的一侧，再焊接另一侧，两个起弧点 少量搭接，两个收弧点也少量搭接；首先焊接外坡口，焊接40mm深以后，停止对外坡口的焊 接，在内坡口进行清根操作，而后焊满内坡口，最后再焊满外坡口。
[0111] 其中，焊接参数为：焊丝是直径为〇.9mm的ERNiCrFe-7A焊丝，焊接基值电流为 110A，焊接峰值电流为220A，焊接脉冲频率为1.8赫兹，脉宽比为50%，焊接电压为10V，焊 接速度60mm/min，送丝速度550mm/min，保护气体为纯度在99. 997%以上的氩气，保护气体 气体流量50L/min，焊接过程预热温度及层间温度为100°C。
[0112] 所用钨极的具体参数为：钨极杆41的直径为4. 0mm，钨极前端圆锥42的圆锥角角 度为35°，尖端43的直径为0. 7mm，尖端轴线与钨极前端圆锥轴线共线，尖端43轴线与钨 极杆41轴线所成夹角的角度为25°。
[0113] 通过设定上述参数及焊接过程，整个焊接过程稳定，焊缝成形均匀，侧壁熔合良 好，经各项无损检验及理化性能试验，其结果满足核岛主设备接管与安全端焊接质量要求。
[0114] 本发明所具有的有益效果包括：
[0115] (1)在本发明提供的方法中选用窄间隙的坡口形式，使得焊接效率提高，减少由于 焊接量过大而产生的焊接变形；
[0116] (2)在本发明提供的方法中采用特定尺寸的钨极，该钨极具有弯角，使得钨极产生 的电弧与侧壁接触更为充分，进而增强了侧壁熔合的效果。
[0117] (3)在本发明提供的方法中一个焊道上的两个起弧点有少量搭接，两个收弧点也 有少量搭接，使得更容易形成完整的焊道，避免了焊道缺陷，焊道质量更高；
[0118] (4)在本发明提供的方法中焊接时钨极与焊接坡口侧壁的距离为2?4mm，钨极和 焊丝的距离为2?3mm，使得侧壁融合良好，不会短路、形成死角，也不会顶丝影响焊道的形 成；
[0119] (5)在本发明提供的方法中，待焊工件不动，带有钨极和焊丝的钨极氩弧焊设备绕 着工件旋转焊接，根据本发明提供的焊接参数及工艺过程，产生的电弧具有最佳的状态，该 电弧可以有效控制熔池的形态，并与坡口根部及侧壁充分作用，从而使得侧壁融合良好，保 证获得良好的焊缝成形和焊接质量；
[0120] (6)在本发明提供的方法中，通过本发明提供的焊接参数及工艺过程来控制热 输入，进而避免焊缝出现粗大晶粒和过度成分偏析，使得镍基材料上不会产生热裂纹等缺 陷；
[0121] (7)在本发明提供的方法中，焊接处理过程通过可编程的控制系统进行控制，使得 焊接过程稳定，可以获得良好的焊道成形与焊接质量。
[0122] 以上结合了优选的实施方式对本发明进行了说明，不过这些实施方式仅是范例性 的，仅起到说明性的作用。在此基础上，可以对本发明进行多种替换和改进，这些均落入本 发明的保护范围内。
【权利要求】
1. 一种接管与安全端环缝全位置钨极惰性气体保护焊焊接方法，其特征在于，该方法 包括如下步骤： 步骤1，在接管端面堆焊由镍基合金制成的隔离层； 步骤2,分别对接管和安全端上的待焊部位进行机械加工； 步骤3,清洁接管上的待焊部位和安全端上的待焊部位； 步骤4,装配并固定接管和安全端，接管上的待焊部位和安全端上的待焊部位共同组装 成焊接坡口，所述焊接坡口为双面U型窄间隙坡口或单面U型窄间隙坡口； 步骤5,通过钨极氩弧焊设备对焊接坡口进行焊接处理，所述钨极氩弧焊设备包括头部 具有预定弯折角度的钨极； 其中，在步骤5的焊接处理过程中，通过单道直道的焊接方式得到打底焊的焊道，通过 每层多道直道的焊接方式得到填充焊和盖面焊的焊道； 在步骤5的焊接处理过程中，接管与安全端固定不动，钨极氩弧焊设备绕着接管与安 全端间的待焊部位旋转焊接，进而焊出焊道，所述焊道的焊接过程包括：从待焊部位底端起 弧，沿着待焊部位一侧旋转焊接至待焊部位顶端停弧，再次从待焊部位底端起弧，沿着待焊 部位另一侧旋转焊接至待焊部位顶端停弧； 在所述焊道的焊接过程中，通过调整焊接参数来控制电弧的状态，进而利用电弧控制 熔池；同时通过调整焊接参数来控制热输入； 当所述焊接坡口为双面U型窄间隙坡口时，双面U型窄间隙坡口包括由钝边（15)分隔 开的外坡口（1)和内坡口（2)，步骤5中的焊接处理包括如下子步骤： 子步骤1，对外坡口⑴进行焊接深度为20?40mm的焊接作业， 子步骤2,对内坡口进行清根量为2. 5?3. 5_的清根处理； 子步骤3,对内坡口⑵进行焊接作业，直至焊满内坡口（2); 子步骤4,对内坡口（2)的焊接位置进行无损检验，检验合格后对外坡口（1)上剩余部 位进行焊接作业，直至焊满外坡口（1); 当所述焊接坡口为单面U型窄间隙坡口时，单面U型窄间隙坡口包括单坡口（3)和单 坡口（3)下方的垫板（36)，步骤5中的焊接处理过程包括：焊满坡口（3)，去掉垫板（36)并 进行清根量为2. 5?3. 5mm的清根处理。
2. 根据权利要求1所述的接管与安全端环缝全位置钨极惰性气体保护焊焊接方法，其 特征在于，在步骤4中，装配并固定接管和安全端的装配间隙为0. 5_以下，接管和安全端 的径向偏差为1mm以下，通过在接管内壁焊接拉筋板或在内侧坡口中进行手工定位焊接的 方式对接管进行固定。
3. 根据权利要求1所述的接管与安全端环缝全位置钨极惰性气体保护焊焊接方法，其 特征在于，进行所述焊接处理时的焊接参数包括：焊丝是直径为0. 9mm的ERNiCrFe-7A焊 丝，焊接基值电流为100?130A，焊接峰值电流为200?230A，焊接脉冲频率为1.5?2 赫兹，脉宽比为40?60 %，焊接电压为9?1IV，焊接速度50-70mm/min，送丝速度400? 700mm/min，保护气体为纯度在99. 997 %以上的氩气，保护气体气体流量30?60L/min，焊 接过程预热温度及层间温度在l〇〇°C以下。
4. 根据权利要求1所述的接管与安全端环缝全位置钨极惰性气体保护焊焊接方法，其 特征在于，每条焊道的两个起弧点具有少量搭接，每条焊道的两个收弧点具有少量搭接，所 述少量搭接的搭接量为20?30mm。
5. 根据权利要求1所述的接管与安全端环缝全位置钨极惰性气体保护焊焊接方法，其 特征在于，在每条焊道的焊接过程中，实时调节钨极和焊丝的位置，使得钨极和与之相邻的 焊接坡口侧壁之间的距离为2?4mm，钨极和焊丝之间的距离为2?3mm。
6. 根据权利要求1所述的接管与安全端环缝全位置钨极惰性气体保护焊焊接方法， 其特征在于，所述钨极包括钨极杆（41)、钨极前端圆锥（42)和设置在钨极前端圆锥上的尖 端（43)，其中，鹤极杆（41)的直径为3. 2mm或4. 0_，鹤极前端圆锥（42)的圆锥角角度为 20°?45°，尖端（43)的直径为0. 2?1mm，尖端（43)轴线与钨极前端圆锥（42)轴线共 线，尖端（43)轴线与钨极杆（41)轴线所成夹角的角度为10°?30°。
7. 根据权利要求1所述的接管与安全端环缝全位置钨极惰性气体保护焊焊接方法，其 特征在于，在焊接每个焊道前都对待焊部位或焊道进行清洁， 所述清洁的过程包括：首先通过砂带机对待焊部位或焊道进行打磨，以去除待焊部位 表面或焊道表面的氧化物，然后使用不锈钢丝刷清理待焊部位或焊道，最后用蘸有丙酮的 白布反复擦拭待焊部位表面或焊道表面，直到白布不变色，其中，如果待焊部位表面或焊道 表面有缺陷，在去除待焊部位表面或焊道表面的氧化物以后，还需使用砂轮机或旋转锉刀 清除该缺陷。
8. 根据权利要求1所述的接管与安全端环缝全位置钨极惰性气体保护焊焊接方法，其 特征在于，当待焊部位厚度为60_以上时，焊接坡口为双面U型窄间隙坡口，当待焊部位厚 度小于60mm时，焊接坡口为单面U型窄间隙坡口； 其中，双面U型窄间隙坡口包括外坡口（1)和内坡口（2)，其中，外坡口（1)包括分别 位于两侧的左外坡口面（11)、右外坡口面（12)和外坡口底部的钝边（15)，以及分别位于左 外坡口面（11)、右外坡口面（12)和钝边（15)之间起到过渡连接作用的左外坡口根部圆弧 (13)、右外坡口根部圆弧（14);内坡口（2)包括分别位于两侧的左内坡口面（21)、右内坡口 面（22)和内坡口底部的钝边（15)，以及分别位于左内坡口面（21)、右内坡口面（22)和钝 边（15)之间起到过渡连接作用的左内坡口根部圆弧（23)、右内坡口根部圆弧（24); 所述左外坡口面（11)、右外坡口面（12)和所述左内坡口面（21)、右内坡口面（22)与 垂直于接管轴线的平面所成的角度都为5?8°，所述左外坡口根部圆弧（13)、右外坡口根 部圆弧（14)和所述左内坡口根部圆弧（23)、右内坡口根部圆弧（24)的圆弧半径长度都为 4?8mm,钝边（15)的长度为2mm以下，厚为1?3mm。
9. 根据权利要求1或8所述的接管与安全端环缝全位置钨极惰性气体保护焊焊接方 法，其特征在于，单面U型窄间隙坡口包括单坡口（3)和单坡口（3)下方的垫板（36)，单坡 口（3)包括分别位于两侧的左坡口面（31)、右坡口面（32)和坡口底部的单面钝边（35)以 及分别位于左坡口面（31)、右坡口面（32)和单面钝边（35)之间起到过渡连接作用的左坡 口根部圆弧（33)、右坡口根部圆弧（34); 其中左坡口面（31)、右坡口面（32)与垂直于接管轴线的平面所成的角度为5?8°， 左坡口根部圆弧（33)、右坡口根部圆弧（34)的圆弧半径长度为4?8mm，单面钝边（35)的 厚为1?3mm，垫板（36)的厚度为3?10mm。
10. 根据权利要求1所述的接管与安全端环缝全位置钨极惰性气体保护焊焊接方法， 其特征在于，步骤5中的焊接处理通过可编程的控制系统进行控制，在焊接处理开始前，对 控制系统设备进行检查和安装调试。
【文档编号】B23K9/167GK104084678SQ201410359481
【公开日】2014年10月8日 申请日期:2014年7月25日 优先权日:2014年7月25日
【发明者】杨松, 谢彦武, 王萍, 李树辉, 沈诗颂, 杨云丽, 王莉, 李向国, 王金龙 申请人:哈电集团（秦皇岛）重型装备有限公司