一种UNSN08825镍基材料管道实芯焊丝熔化极脉冲MIG焊接工艺的制作方法

本发明属于镍基材料管道焊接技术领域，尤其涉及一种油气输送领域unsn08825镍基材料管道的焊接工艺。

背景技术：

unsn08825属于ni-fe-cr系镍合金，因其具有良好的耐应力腐蚀、点腐蚀等性能，所以广泛应用于硫酸酸洗设备中的加热管、容器、酸性气体环境管道、石油精炼中的空气热交换器及管道系统等。

由于镍元素本身的特性，unsn08825焊接时有其自身的特点。unsn08825焊接时具有较大的热裂纹敏感性，其主要原因是镍易与硫、磷等杂质形成低熔点共晶，如ni-s共晶熔点为645℃，ni-p共晶熔点为880℃，这些低熔点共晶向焊缝金属的晶界偏析而形成液态薄膜，在焊接拉应力的作用下导致热裂纹的产生。同时，由于unsn08825的线膨胀系数大的特点，在焊接局部加热和冷却条件下，易产生较大的焊接残余应力，进一步促进焊接热裂纹的产生。

unsn08825对氢气孔非常敏感。氢在液态金属中溶解度较大，随着温度的下降而显著降低。由于镍导热系数低，固液相温度区间小，液态金属粘度大，流动性差，焊接时焊缝金属凝固快，熔池液态金属中溶解的氢不易析出而形成气孔。为此，在焊接时，需要尽量采用高能量密度的焊接方法、小热输入等措施，焊前应将焊丝、坡口及其两侧一定范围内的焊件表面彻底清理干净，严格控制焊缝金属中有害杂质元素的含量，以防止裂纹、气孔的产生。

目前，unsn08825材料管道的焊接一般采用钨极氩弧焊、焊条电弧焊、埋弧自动焊等焊接方法。钨极氩气保护焊(钨极氩弧焊)，简称tig焊，是在惰性气体-氩气的保护下，利用钨极与焊件间产生的电弧热熔化母材和填充焊丝(也可以不加填充焊丝)形成焊缝的焊接方法。当焊接时，氩气从焊枪的喷嘴中连续喷出，在电弧周围形成保护层隔绝空气，保护电极和焊接熔池以及临近热影响区，以形成优质的焊接接头。钨极氩弧焊焊接过程中钨电极是不熔化的，故易于保证恒定的电弧长度，不变的焊接电流，稳定的焊接过程，使焊缝成形美观、平滑、均匀；在焊接时，保护焊接区的是惰性气体，不需加入任何焊剂即可获得纯净的焊缝金属。在用钨极氩弧焊焊接镍及镍合金时，主要控制焊接热输入，高的热输入易使焊缝和基体金属过热，造成晶粒粗大，使焊接接头力学性能下降。且钨极载流能力有限，过大的焊接电流会引起钨极的熔化和蒸发，其微粒可能进入熔池，造成对焊缝金属的污染。钨极氩弧焊在管道焊接中只适用于小口径、小壁厚的管道焊接，或者大口径管道的打底焊接，不适用于厚壁管道的焊接，难以提高焊接效率。

焊条电弧焊，焊条电弧焊设备简单，价格便宜，维护方便。焊接操作时不需要复杂的辅助设备，只需要配备简单的辅助工具，方便携带，不需要辅助气体防护，并且具有较强的抗风能力，操作灵活，适应性强，凡焊条能够到达的地方都能进行焊接。焊条电弧焊适于焊接单件或小批量工件以及不规则的、任意空间位置和不易实现机械化焊接的焊缝。应用范围广，可以焊接工业应用中的大多数金属和合金，如低碳钢、低合金结构钢、不锈钢、耐热钢、低温钢、铸铁、铜合金、镍合金等。此外，焊条电弧焊还可以进行异种金属的焊接、铸铁的补焊及各种金属材料的堆焊。不足之处包括：焊条电弧焊的焊缝质量高低很大程度上取决于焊工的操作技巧和经验；焊工劳动强度大，环境条件差，焊接时，焊工始终在高温烘烤和有毒烟尘环境中进行手工操作及眼睛观察；安全性差导致焊接效率低；与自动化焊接方法相比，焊条电弧焊使用的焊接电流较小，而且需要经常更换焊条。

埋弧焊，是电弧在焊剂层下燃烧以进行焊接的熔焊方法。采用埋弧焊具有以下优点：(1)埋弧焊生产率高，其所用的焊接电流范围大，电弧的熔深能力和焊丝熔敷效率都比较大，使焊接速度大大提高。(2)焊接品质好。焊接参数可通过电弧自动调节系统保持稳定，因此焊缝成形好，化学成分稳定，力学性能比较好。焊接成本低。其消耗掉的焊件金属和加工工时少，焊丝的填充量少，热量集中，热效率高，对于焊接中厚板、长焊缝的焊接具有明显的优越性。用埋弧焊焊接镍基合金中厚板能获得很好的效果。但埋弧焊在镍基管道焊接时，只能管道转动时，埋弧焊在平焊时使用，不能满足管道全位置焊接的需要。

目前，石油化工建设施工行业则主要以传统钨极氩弧焊、焊条电弧焊为主，不仅效率低，而且质量不稳定、对工人操作技能有一定要求。随着石油化工行业深加的快速发展，尤其是镍及其合金大口径厚壁管的焊接中，提高工效，缩短工期愈来愈引起各单位重视。而现有unsn08825镍基材料管道常用焊接方法已经难以满足对焊接效率和质量稳定性的要求，如钨极氩弧焊和焊条电弧焊效率低、对焊工技能操作要求高；埋弧焊因其特点只适用于特殊位置(平焊、横焊)的焊接，适用范围受限。因此，有必要研究一种新的unsn08825镍基材料管道的焊接方法。

技术实现要素：

针对上述现有技术中存在的问题，本发明旨在提供一种unsn08825镍基材料管道实芯焊丝熔化极脉冲mig焊接工艺。与传统的钨极氩弧焊、焊条电弧焊相比较，本发明提出的实芯焊丝熔化极脉冲mig焊接工艺显著提高了工作效率，降低了焊接成本，而且本发明的工艺适应性强，在实际施工应用中取得了良好的技术效果。

本发明的目的之一是提供一种unsn08825镍基材料管道实芯焊丝熔化极脉冲mig焊接工艺。

本发明的目的之二是提供上述unsn08825镍基材料管道实芯焊丝熔化极脉冲mig焊接工艺的应用。

为实现上述目的，具体的，本发明公开了下述技术方案：

首先，本发明公开一种unsn08825镍基材料管道实芯焊丝熔化极脉冲mig焊接工艺，包括如下步骤：

(1)在脉冲电源上设置好输出焊接脉冲电流、电压；

(2)脉冲电流、电压通过电源端子、电源导线、导电嘴，将脉冲电流、电压输送到焊丝，焊丝通过送丝轮将焊丝盘上的镍基实心焊丝输送到电弧燃烧处，电弧在管道上燃烧形成焊缝，焊接时，通过设置的氩气+氦气比例、电弧长度以及焊丝干伸长度，保证电弧稳定燃烧，最终形成焊缝，然后继续下一焊缝的焊接。

步骤(1)中，所述脉冲电流为120-130a，所述电压为15-17v，脉冲频率150-160hz。脉冲电流具有脉冲特性，即在电流、电压设定值一定的情况下，当电压或电流任意一个参数发生变动时，另一个参数就会相应的向相反的方向自动调节，从而更好的达到输出能量的平衡，这就是焊接电源的平衡特性。即设定出电流后电源自动配比相应电压(恒流特性)，焊接过程中电源可根据送丝速度的大小自动匹配出相符的电压；设定的电弧长度为电压微调，克服送丝不良、导电嘴磨损、网络电压波动、脉冲频率不当、焊丝表面质量不良、焊接线缆接触不良等问题。

步骤(2)中，所述管道焊接部位的坡口为双v型坡口，坡口角度为56-80°。

步骤(2)中，所述焊材选用ernicrmo-3实芯焊丝，焊丝直径为1.0-1.3mm，优选为1.2mm。

步骤(2)中，所述管道的材质为unsn08825高压管道。

步骤(2)中，所述焊丝干伸长度为9-13mm。

干伸长度是影响焊接电弧的稳定燃烧的重要因素，用以补偿电弧稳定燃烧的需求。干伸长度过短，焊接电流增大，喷嘴与焊件的距离缩短，焊工观察熔池的视线不清楚，易造成焊道成形不良，同时焊枪的喷嘴过热，造成飞溅物粘在喷嘴上和气体不流畅长生气孔。干伸长度过长，焊丝的电阻值增大，焊接电弧不稳定，焊丝过热而熔合不良，金属飞溅严重，气体对熔池的保护效果也不好，焊缝成形不良。

步骤(2)中，所述电弧长度为10-15mm。

电弧长度指的是焊丝端部未熔化的位置与焊件之间的距离。电弧长度过小，就是电压过小，电压过小时在焊接过程中会出现焊丝熔化不良，造成顶丝、扎丝，焊缝宽度不够，熔池温度过高使熔池流淌，焊缝未熔合、飞溅等。而电弧长度过大，在焊接过程中会出现焊缝金属不连续、凹陷、焊缝氧化、局部气孔、端部球形、焊缝坠流下榻、根部烧穿等。

步骤(2)中，所述焊丝的焊接速度为8-18cm/min。

焊接速度指的是焊丝在焊缝处的移动速度，过小的焊接速度会使液态熔池堆积增大焊层的厚度，造成焊缝流淌成形不良，过大的焊缝厚度也会使焊缝内部熔合性能降低，焊接线能量增大，造成过热的温度会使焊材中的一些进行补偿性元素蒸发或者氧化，焊缝中产生缺陷，使焊缝金属不连续，两侧焊脚部位无法达到良好熔合状态，焊缝两侧夹沟和咬边，气体对熔池部位保护不良等。

步骤(2)中，所述焊缝处焊层的厚度为2-3mm，并严格控制焊层间、不同焊缝之间的温度不超过100℃。由于镍基材料固有的特性：热裂纹敏感性较高、对杂质敏感、对焊接热输入敏感、熔深浅、熔敷金属流动性差、高温下易受到有害气体影响等特性。随焊层间温度升高，镍基材料受有害气体影响程度增加，会导致焊缝的抗拉强度与硬度增加而塑性下降，从而破坏了镍基合金的固有性能，会严重影响焊缝性能。

步骤(2)中，所述氩气：氦气的体积百分比为：15-20％he+80-85％ar，优选为15％he+85％ar。采用混合气体15he+85％ar，在镍基合金焊接中增加氦气有助于清除或者减少焊缝中的气孔，同时增加电弧的热量。焊接过程中，电弧燃烧稳定，飞减小，提高了焊丝的熔化速度，熔滴呈现稳定的喷射过渡，增加熔深，电弧均匀分布，改善了焊缝熔深形状，焊缝表面氧化现象减轻，降低焊缝咬边倾向，熔池金属的润湿性好，电弧较清晰和电弧挺度良好。保证。

步骤(2)中，焊接时焊丝垂直于焊缝沿焊缝中心线移动，这样能够取得更好的焊接效果，另外，为了便于焊工观察熔池状态，焊枪喷嘴角度与焊接件保持在85～90°，但是过大的后倾容易造成外界气体的干扰，造成焊缝气孔的产生或者焊缝氧化。在使用脉冲焊接时，焊枪摆动时在坡口两侧稍作停留，避免咬边或者夹沟。

其次，本发明公开了上述unsn08825镍基材料管道实芯焊丝熔化极脉冲mig焊接工艺在石油化工领域中的应用。

本发明的焊接工艺特点是：unsn08825镍基材料是金属材料名称；实芯焊丝是指熔化极气保焊的焊丝形式，熔化极焊丝分为药心焊丝和实心焊丝；熔化极脉冲mig焊接工艺是指：首先焊接工艺是熔化极气保焊。mig焊是指在一定保护气体下的熔化极气保焊，指ar98％以上、co22％左右。而本发明的工艺采用的是15％he+85％ar，区别于mag焊(富氩焊)。脉冲是一种焊接电弧形式，常规的熔化极气保焊基本分为短路弧、喷射弧等，但都不能满足镍基材料的焊接；脉冲电弧是指在常规电弧上周期性增加一定频率的高频电流形成瞬间高频电弧，使镍基焊丝能够顺利燃烧过渡。因此，本发明的焊接工艺是在he+ar保护气作用下，再增加上脉冲电弧和mig焊丝形式，满足镍基焊丝的焊接。因为镍基材料导热性差，不能采用大电流焊接，但是小电流又不能满足焊接要求，而本发明针对unsn08825镍基材料的特点，常规电流基础上加上瞬间大电流，这种脉冲电流在he+ar混合气作用下更加稳定。

与现有技术相比，本发明取得的有益效果是：

(1)与传统的钨极氩弧焊、焊条电弧焊相比较，本发明提出的实芯焊丝熔化极脉冲mig焊接工艺显著提高了工作效率，降低了焊接成本，而且本发明的工艺适应性强，在实际施工应用中取得了良好的技术效果。

(2)对采用本发明的实芯焊丝熔化极脉冲mig焊接工艺和手工焊条电弧焊焊接镍基高压管道的焊接实际效果对比分析可以看出：本发明提出的针对unsn08825镍基材料管道的实芯焊丝熔化极脉冲mig焊接工艺是焊条电弧焊焊接效率的3-4倍，焊接一次合格率99.6％以上，焊接质量稳定，尤其对高压管道二次预制焊接优势突出，对高压管道的施工进度和焊接质量起到了积极的推广应用。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1是本发明unsn08825镍基材料管道实芯焊丝熔化极脉冲mig焊接过程示意图。

图2是图1中a部分的放大图。

图3为实施例1对unsn08825镍基材料管道的焊接施工图。

图4为实施例1对unsn08825镍基材料管道焊接完成后的效果图。

附图中标记分别代表：1-电弧、2-电弧长度、3-焊丝干伸长度、4-焊丝、5-导电嘴、6-喷嘴、7-送丝轮、8-焊丝盘、9-电源导线、10-脉冲电源、11-电源端子、12-焊缝、13-管道。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

正如本发明所介绍的，石油化工建设施工行业则主要以传统钨极氩弧焊、焊条电弧焊为主，不仅效率低，而且质量不稳定、对工人操作技能有一定要求。随着石油化工行业深加的快速发展，尤其是镍及其合金大口径厚壁管的焊接中，提高工效，缩短工期愈来愈引起各单位重视。而现有unsn08825镍基材料管道常用焊接方法已经难以满足对焊接效率和质量稳定性的要求。因此，本发明提出一种unsn08825镍基材料管道实芯焊丝熔化极脉冲mig焊接工艺，下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的说明。

实施例1

如图1和2所示，一种unsn08825镍基材料管道实芯焊丝熔化极脉冲mig焊接工艺，包括如下步骤：

(1)在脉冲电源10上设置输出焊接脉冲电流、电压；

(2)脉冲电流、电压通过电源端子11、电源导线9、导电嘴5，将脉冲电流、电压输送到焊丝4，焊丝4通过送丝轮7将焊丝盘8上的镍基实心焊丝输送到电弧1燃烧处，电弧1在管道13上燃烧形成焊缝12，焊接时，通过设置的氩气+氦气比例、电弧长度2以及焊丝干伸长度3，保证电弧稳定燃烧，最终形成焊缝12，然后继续下一焊缝的焊接。

步骤(1)中，所述脉冲电流为123a，所述电压为16v，脉冲频率153hz。

步骤(2)中，所述管道焊接部位的坡口为双v型坡口，坡口角度为68°。

步骤(2)中，所述焊材选用ernicrmo-3实芯焊丝，焊丝直径为1.2mm。

步骤(2)中，所述管道的材质为unsn08825高压管道。

步骤(2)中，所述焊枪喷嘴6的角度与焊接件保持在85°。

步骤(2)中，所述焊丝干伸长度为11mm。

步骤(2)中，所述电弧长度为13mm。

步骤(2)中，所述焊丝的焊接速度为12cm/min。

步骤(2)中，所述焊缝处焊层的厚度控制在2-3mm之间，并严格控制焊层间、不同焊缝之间的温度不超过100℃。

步骤(2)中，所述氩气：氦气的体积百分比为15％he+85％ar。

对比例1

作为实施例1的对比，采用手工焊条电弧焊对与实施例1同样材质、规格的管道进行焊接。其中，对比例1的焊接工艺参数为：电流80a；电压25v。

对比例2

作为实施例2的对比，采用手工焊条电弧焊对与实施例2同样材质、规格的管道进行焊接。其中，对比例的焊接工艺参数为：电流70a；电压26v。

实施例2

一种unsn08825镍基材料管道实芯焊丝熔化极脉冲mig焊接工艺，包括如下步骤：

(1)在脉冲电源10上设置输出焊接脉冲电流、电压；

(2)脉冲电流、电压通过电源端子11、电源导线9、导电嘴5，将脉冲电流、电压输送到焊丝4，焊丝4通过送丝轮7将焊丝盘8上的镍基实心焊丝输送到电弧1燃烧处，电弧1在管道13上燃烧形成焊缝12，焊接时，通过设置的氩气+氦气比例、电弧长度2以及焊丝干伸长度3，保证电弧稳定燃烧，最终形成焊缝12，然后继续下一焊缝的焊接。

步骤(1)中，所述脉冲电流为125a，所述电压为15v，脉冲频率160hz。

步骤(2)中，所述管道焊接部位的坡口为双v型坡口，坡口角度为80°。

步骤(2)中，所述焊材选用ernicrmo-3实芯焊丝，焊丝直径为1.0mm。

步骤(2)中，所述管道的材质为unsn08825高压管道。

步骤(2)中，所述焊枪喷嘴6的角度与焊接件保持在90°。

步骤(2)中，所述焊丝干伸长度为10mm。

步骤(2)中，所述电弧长度为11mm。

步骤(2)中，所述焊丝的焊接速度为18cm/min。

步骤(2)中，所述焊缝处焊层的厚度控制在2-3mm之间，并严格控制焊层间、不同焊缝之间的温度不超过100℃。

步骤(2)中，所述氩气：氦气的体积百分比为18％he+82％ar。

实施例3

一种unsn08825镍基材料管道实芯焊丝熔化极脉冲mig焊接工艺，包括如下步骤：

(1)在脉冲电源10上设置输出焊接脉冲电流、电压；

(2)脉冲电流、电压通过电源端子11、电源导线9、导电嘴5，将脉冲电流、电压输送到焊丝4，焊丝4通过送丝轮7将焊丝盘8上的镍基实心焊丝输送到电弧1燃烧处，电弧1在管道13上燃烧形成焊缝12，焊接时，通过设置的氩气+氦气比例、电弧长度2以及焊丝干伸长度3，保证电弧稳定燃烧，最终形成焊缝12，然后继续下一焊缝的焊接。

步骤(1)中，所述脉冲电流为120a，所述电压为17v，脉冲频率156hz。

步骤(2)中，所述管道焊接部位的坡口为双v型坡口，坡口角度为56°。

步骤(2)中，所述焊材选用ernicrmo-3实芯焊丝，焊丝直径为1.3mm。

步骤(2)中，所述管道的材质为unsn08825高压管道。

步骤(2)中，所述焊枪喷嘴6的角度与焊接件保持在88°。

步骤(2)中，所述焊丝干伸长度为13mm。

步骤(2)中，所述电弧长度为15mm。

步骤(2)中，所述焊丝的焊接速度为8cm/min。

步骤(2)中，所述焊缝处焊层的厚度控制在2-3mm之间，并严格控制焊层间、不同焊缝之间的温度不超过100℃。

步骤(2)中，所述氩气：氦气的体积百分比为20％he+80％ar。

实施例4

一种unsn08825镍基材料管道实芯焊丝熔化极脉冲mig焊接工艺，包括如下步骤：

(1)在脉冲电源10上设置输出焊接脉冲电流、电压；

(2)脉冲电流、电压通过电源端子11、电源导线9、导电嘴5，将脉冲电流、电压输送到焊丝4，焊丝4通过送丝轮7将焊丝盘8上的镍基实心焊丝输送到电弧1燃烧处，电弧1在管道13上燃烧形成焊缝12，焊接时，通过设置的氩气+氦气比例、电弧长度2以及焊丝干伸长度3，保证电弧稳定燃烧，最终形成焊缝12，然后继续下一焊缝的焊接。

步骤(1)中，所述脉冲电流为130a，所述电压为16v，脉冲频率150hz。

步骤(2)中，所述管道焊接部位的坡口为双v型坡口，坡口角度为60°。

步骤(2)中，所述焊材选用ernicrmo-3实芯焊丝，焊丝直径为1.1mm。

步骤(2)中，所述管道的材质为unsn08825高压管道。

步骤(2)中，所述焊枪喷嘴6的角度与焊接件保持在86°。

步骤(2)中，所述焊丝干伸长度为9mm。

步骤(2)中，所述电弧长度为10mm。

步骤(2)中，所述焊丝的焊接速度为15cm/min。

步骤(2)中，所述焊缝处焊层的厚度控制在2-3mm之间，并严格控制焊层间、不同焊缝之间的温度不超过100℃。

步骤(2)中，所述氩气：氦气的体积百分比为15％he+85％ar。

步骤(2)中，焊接时焊丝垂直于焊缝沿焊缝中心线移动，这样能够取得更好的焊接效果。

焊接效果测试：

实施例1、2和对比例1、2的焊接工艺取得的焊接效果明显。结合图3、4，对采用本发明的实芯焊丝熔化极脉冲mig焊接工艺和手工焊条电弧焊焊接镍基高压管道的焊接实际效果对比分析可以看出：本发明提出的针对unsn08825镍基材料管道的实芯焊丝熔化极脉冲mig焊接工艺是焊条电弧焊焊接效率的3-4倍，焊接一次合格率99.6％以上，焊接质量稳定，尤其对高压管道二次预制焊接优势突出，对高压管道的施工进度和焊接质量起到了积极的推广应用。

表1

以上所述仅为本申请的优选实施例，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。