專利名稱：鉻鉬耐熱鋼管背面無保護實芯焊絲打底焊接方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及金屬材料安裝工程的焊接領域，具體涉及應用于石油化工各類加熱、 裂解爐管的改良型馬氏體鉻鉬耐熱鋼管道的焊接。
背景技術(shù)：
改良型鉻鉬耐熱鋼管道的焊接通常由打底焊、填充焊和蓋面焊三個層面組成，其 中打底焊是改良型鉻鉬耐熱鋼管道焊接技術(shù)中最關(guān)鍵的一環(huán)。因為打底焊縫背面高溫氧化 問題，一直是難以圓滿解決的關(guān)鍵技術(shù)難題，特別是在高空、長距離管道固定口的焊接工作 中，即使采取管內(nèi)充保護氣體的方法也很難保證焊接質(zhì)量百分之百的無高溫氧化。通常采取背面充保護氣體的焊接方法實芯焊絲的不熔化極鎢極氬弧焊，是目前 規(guī)范的改良型鉻鉬耐熱鋼管道焊接的常用技術(shù)，適合于Φ 20 Φ 500mm的管徑，壁厚彡3mm 以上的改良型鉻鉬耐熱鋼管道的焊接。一般管道背面可充氬氣、氮氣、氮氫混合氣體進行保 護。通常是封固管口，直接充保護氣，等量排除空氣，達到一定的時間后(通常無法檢測保 護氣體的濃度，一般由焊工本人根據(jù)經(jīng)驗掌握)才可以進行焊接，無定量的技術(shù)保證。管道內(nèi)充保護氣的焊接技術(shù)工藝，焊前準備工作較為繁瑣，不僅耗時同時對資源 的浪費也是極大的。充氬氣、氮氣保護時，由于沒有脫氧或脫氫措施，因此焊接前的脫脂、除 銹、去水等準備工作要求嚴格又極為繁瑣，由于工藝復雜、焊接效率低因而極大地增加了勞 動量，提高了生產(chǎn)成本。尤其是在施工現(xiàn)場的高空、長距離管道施工時，背面充保護氣幾乎 是不可能百分之百的做到，施工質(zhì)量常常受到很大的影響。

發(fā)明內(nèi)容
針對以上現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供了一種工藝簡單、工作效率高、焊接 工藝性能良好的，專用于改良型鉻鉬耐熱鋼管背面無保護實芯焊絲打底焊接方法。本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的改良型鉻鉬耐熱鋼管背面無保護實芯焊絲打底焊接方法，用鉻鉬鋼實心焊絲 ER80S-G或ER90S-B9配合富氦多元混合保護氣體，按照SH/T3520-2004標準及常規(guī)的焊接 參數(shù)進行改良型鉻鉬耐熱鋼類管道的打底焊接，再根據(jù)管道的壁厚采取焊條進行填充和蓋 面焊接。其中富氦多元混合保護氣體包括體積百分含量為82 92%的He、體積百分含量 為6 12%的Ar，以及體積百分含量為2 6%的C02。所述ER80S-G或ER90S-B9鉻鉬鋼實心焊絲依據(jù)美國AWS A5. 28-" 2005和ASME SFA5. 28-05鉻鉬耐熱鋼焊接標準選用。所述改良型鉻鉬耐熱鋼類管道為ASTM A335-P11和ASTM A335-P91改良型鉻鉬耐
熱鋼管道。 為達到更優(yōu)的焊接工藝性能，本發(fā)明所使用的改良型鉻鉬耐熱鋼管道，其組對后 U型坡口間隙為1 1. 5_，低于國家標準2 2. 5_。
本發(fā)明應用硅、鉻、鉬、鎳含量均較高的美國AWS A5.觀-〃 2005, ASMESFA5. 28-05 改良型鉻鉬耐熱鋼制成的實心焊絲ER80S-G和ER90S-B9，配合富氦多元混合保護氣體 (He+Ar+C02)以及寬度為1 1. 5mm的窄間隙U型對接坡口，用于ASTM A335-P1U ASTM A335-P91馬氏體改良型鉻鉬耐熱鋼管道的焊接。鋼的馬氏體組織是碳在α -Fe中的過飽和固溶體，因此馬氏體具有很高的硬度和 強度，是在奧氏體轉(zhuǎn)變產(chǎn)物中硬度最高的。但由于馬氏體轉(zhuǎn)變是在較低溫度下進行的，碳 原子和鐵原子均不能進行擴散，故馬氏體在轉(zhuǎn)變過程中的鐵的晶格改組是通過切變方式來 完成的，所以馬氏體轉(zhuǎn)變是典型的非擴散型相變。因此針對馬氏體改良型鉻鉬耐熱鋼管道 的焊接，與其它鋼材管道的焊接有極大的區(qū)別，如馬氏體鋼與奧氏體鋼的最大區(qū)別是奧氏 體鋼在焊接過程中為防止產(chǎn)生晶間裂紋，必須控制熱輸入，焊接前不得預熱，應控制層間溫 度，小電流、快速焊接、快速冷卻；馬氏體鋼在焊接過程中為防止產(chǎn)生冷裂紋、再熱裂統(tǒng)紋和 回火脆性、焊接前必須預熱、控制層間溫度，必須做好焊后熱處理。而且，焊接過程中焊縫的 填充金屬應控制在最小的容量，所以需要強調(diào)采取U型坡口窄間隙管對接。AffS Α5. 28- “ 2005、ASME SFA5.沘_05 改良型鉻鉬耐熱鋼實芯焊絲 ER80S-G、 ER90S-B9 的直徑為 Φ 2. 0_、Φ 2. 4_。1、直徑為Φ 2mm的焊絲，其焊接規(guī)范參數(shù)如下焊接電流85A 125A 焊接電壓8V 14V多元混合氣體流量10 16L/min2、直徑為Φ 2. 4mm的焊絲，其焊接規(guī)范參數(shù)如下焊接電流95A 145A 焊接電壓IOV 16V多元混合氣體流量16 20L/min實芯焊絲ER80S-G、ER90S-B9 依據(jù)美國 AWS A5. 28-〃 2005 和 ASME SFA5. 28-05 鉻 鉬耐熱鋼焊接標準選用，富含量硅、鉻、鉬、鎳，一方面可以增加焊縫金屬的流動性，有利于 氣體的逸出，并增加熔敷金屬的韌性，避免熱裂紋的形成；另一方面，在焊接過程中，焊縫背 面的硅在高溫時優(yōu)先和空氣中的氧結(jié)合，起到了保護背面焊縫金屬的作用，有利于防止焊 縫背面金屬高溫氧化的形成。用于焊接的富氦多元混合保護氣體(He+Ar+C02)的作用及體積百分比為氦He 為單原子惰性氣體，導熱系數(shù)大，其最大的優(yōu)點是電弧在He氣中燃燒時，電 弧溫度較高，電弧電壓也較高，因此，母材熱輸入較大，從而可改善焊縫金屬熔池的熔深。多 元混合氣體中加入富氦氣，可提高焊接速度，通?？山咏u極氬弧焊的焊接速度兩倍，因此 可減少管道背面焊縫金屬的高溫停留時間，有利于防止背面焊縫金屬的氧化。配比體積百 分含量82 92%。氬Ar 單原子惰性氣體，導熱系數(shù)很小，高溫時不易分解吸熱。因此氬氣中電弧 燃燒非常穩(wěn)定，熱量散射損失也較少，用氬氣作保護時，形成的保護氣罩也使其不易發(fā)散漂 浮，可防止大氣中的氧分子的侵入，使電弧更加穩(wěn)定。此外，混合氣體中加入氬氣，還可減少 飛濺。配比體積百分含量6 12%。(He+Ar)混合氣體也可改善焊縫熔深、減少氣孔的形成和提高生產(chǎn)率。二氧化碳(X)2 氧化性氣體，混合氣體中加入(X)2氣體，一方面可提高電弧的力度， 增大熔深，提高焊絲的熔化效率與母材熔池原子的結(jié)合力，一方面又可克服陰極漂移現(xiàn)象及焊縫成形等不良問題。配比體積百分含量2 6%。本發(fā)明的有益效果為本發(fā)明采用依據(jù)美國AWS A5.觀-〃 2005、ASME SFA5.觀_05鉻鉬耐熱鋼焊接標準 選用實芯焊絲ER80S-G、ER90S-B9配合富氦多元混合保護氣體(He+Ar+C02)以及寬度為1 1. 5mm的窄間隙U型對接坡口，用于ASTM A335-P11、ASTM A335-P91改良型鉻鉬耐熱鋼管 道的焊接，背面免充保護氣體保護，突破了傳統(tǒng)的管內(nèi)充氬氣保護的鎢極氬弧焊打底焊接 工藝，熔池清晰可見，使改良型鉻鉬耐熱鋼打底焊接技術(shù)水平上了一個臺階，開辟了一個節(jié) 能降耗的空間。該方法可有效減少焊前的準備工作量以及充保護氣的費用，大幅度提高生產(chǎn)效 率，降低生產(chǎn)成本。因管內(nèi)無需保護氣體，尤其適用于現(xiàn)場高空作業(yè)、長距離改良型鉻鉬耐 熱鋼管道的焊接施工。因此采用本發(fā)明，工藝簡單可靠，生產(chǎn)效率高，焊接工藝性能良好。
具體實施例方式一、焊接工藝試驗為保證焊接質(zhì)量采取對比分析法，進行焊接工藝試驗。根據(jù)鋼號的不同，分別進行 傳統(tǒng)的鎢極氬弧焊一組，對應鎢極富氦混合氣弧焊三組的方法，進行理化對比試驗，該組 試驗由國家批準，合格的理化檢測單位進行檢測、出具合法的理化、無損檢測報告。試驗第1組改良型鉻鉬耐熱鋼管道母材為美國ASTM A335-P11。其化學成分如 表1所示。管道坡口及焊縫試樣按照GB4334. 5-90標準進行選取。焊接實例(1):背面充99. 9% Ar氬氣保護的鎢極氬弧焊(按SH/T3520-2004標 準進行試驗)使用美國AWS A5.28-" 2005改良型鉻鉬耐熱鋼實芯焊絲ER80S-G(直徑 Φ2. 4mm)。具體的焊接工藝參數(shù)如下焊接電流75A 110A、焊接電壓9V 12V、氣體流 量8L/min 12L/min、焊接設備采用逆變氬弧焊機，電流種類為直流正接。焊接實例O)背面不充保護氣，采用富氦多元混合保護氣體，配合比為氦氣體 積百分比為82% ；氬氣體積百分比為12% ；二氧化碳體積百分比為6% ；使用美國AWS A5. 28-" 2005改良型鉻鉬耐熱鋼實芯焊絲ER80S-G(直徑Φ2. 4mm)。具體的焊接工藝參數(shù) 如下焊接電流80A 120A、焊接電壓12V 18V、氣體流量10L/min 14L/min、焊接設 備采用逆變氬弧焊機，電流種類為直流正接。焊接實例(3)背面不充保護氣，采用富氦多元混合保護氣體，配合比氦氣體 積百分比為86% ；氬氣體積百分比為10% ；二氧化碳體積百分比為4% ；使用美國AWS A5. 28-" 2005改良型鉻鉬耐熱鋼實芯焊絲ER80S-G(直徑Φ2. 4mm)。具體的焊接工藝參數(shù) 如下焊接電流80A 120A、焊接電壓12V 18V、氣體流量14L/min 18L/min、焊接設 備采用逆變氬弧焊機，電流種類為直流正接。焊接實例背面不充保護氣，采用富氦多元混合保護氣體，配合比氦氣體 積百分比為92% ；氬氣體積百分比為6% ；二氧化碳體積百分比為2% ；使用美國AWS A5. 28-" 2005改良型鉻鉬耐熱鋼實芯焊絲ER80S-G (直徑Φ 2. 4mm)。具體的焊接工藝參數(shù) 如下焊接電流80A 120A、焊接電壓12V 18V、氣體流量16L/min 201/min、焊接設 備采用逆變氬弧焊機，電流種類為直流正接。試驗第2組改良型鉻鉬耐熱鋼管道母材為美國ASTM A335-P91，其化學成分如表1所示。管道坡口及焊縫試樣按照GB4334. 5-90標準進行選取。焊接實例(5)背面充99. 9% Ar氬氣保護的鎢極氬弧焊(按SH/T3520-2004 標準進行)使用美國ASME SFA5. 28-05改良型鉻鉬耐熱鋼實芯焊絲ER90S-B9 (直徑 Φ2. 4mm)進行打底焊接與ASME SFA5. 5_06改良型鉻鉬耐熱鋼焊條E9015-B9焊條(直 徑Φ3. 2πιπιΦ4. 0mm)進行填充和蓋面焊接。具體的焊接工藝參數(shù)如下焊接電流分別為 75A 95A IlOA 160A、焊接電壓分別為8V 12V 24V ^V、氣體流量8L/min 12L/ min、焊接設備采用逆變氬弧焊機，電流種類為直流正接、反接。焊接實例(6)背面不充保護氣，采用富氦多元混合保護氣體，配合比為氦氣體 積百分比為82%，氬氣體積百分比為12%，二氧化碳體積百分比為6 %，使用美國ASME SFA5. 28-05改良型鉻鉬耐熱鋼實芯焊絲ER90S-B9 (直徑Φ 2. 4mm)進行打底焊接與ASME SFA5. 25-06改良型鉻鉬耐熱鋼焊條E9015-B9 (直徑Φ 3. 2mmΦ4. 0mm)進行打底焊接。具體 焊接工藝參數(shù)如下焊接電流分別為80A 100A IlOA 160A、焊接電壓分別為12V 16V 24V ^V、氣體流量10L/min 14L/min、焊接設備采用逆變氬弧焊機，電流種類為直 流正接。焊接實例(7)背面不充保護氣，采用富氦多元混合保護氣體，配合比為氦氣體 積百分比為86%，氬氣體積百分比為10%，二氧化碳體積百分比為4%，使用美國ASME SFA5. 28-05改良型鉻鉬耐熱鋼實芯焊絲ER90S-B9 (直徑Φ 2. 4mm)進行打底焊接與ASME SFA5. 5-06改良型鉻鉬耐熱鋼焊條E9015-B9(直徑Φ3. 2mmΦ4. 0mm)進行打底焊接。具體焊 接工藝參數(shù)如下焊接電流分別為80A 100A IlOA 160A、焊接電壓12V 16V 24V ^V、氣體流量14L/min 18L/min、焊接設備采用逆變氬弧焊機，電流種類為直流正接。焊接實例(8)背面不充保護氣，采用富氦多元混合保護氣體，配合比為氦氣 體積百分比為92%，氬氣體積百分比為6%，二氧化碳體積百分比為2%，使用美國ASME SFA5. 28-05改良型鉻鉬耐熱鋼實芯焊絲ER90S-B9 (直徑Φ 2. 4mm)進行打底焊接與ASME SFA5. 5-06改良型鉻鉬耐熱鋼焊條E9015-B9(直徑Φ3. 2mm Φ4. 0mm)進行打底焊接。具 體焊接工藝參數(shù)如下焊接電流分別80A 100A IlOA 160A、焊接電壓分別12V 16V 24V ^V、氣體流量16L/min 20L/min、焊接設備采用逆變氬弧焊機，電流種類為直流正 接。以上試驗第2組焊接實例5-8中，由于選取的P91鋼管為Φ 219 X 15. 09mm，鋼管壁 太厚，因此按照正常的焊接順序，打底焊采用焊絲，填充及蓋面焊接必須選擇Φ3.2、Φ4.0 焊條，才能保證焊接質(zhì)量。表1美國ASTM Α335—Ρ11及Ρ91改良型鉻鉬耐熱鋼鋼管的化學成分
權(quán)利要求
1.改良型鉻鉬耐熱鋼管背面無保護實芯焊絲打底焊接方法，其特征在于用鉻鉬鋼實心 焊絲ER80S-G或ER90S-B9配合富氦多元混合保護氣體，按照SH/T3520-2004標準及常規(guī)的 焊接參數(shù)進行改良型鉻鉬耐熱鋼類管道的打底焊接；其中富氦多元混合保護氣體包括體積百分含量為82 92%的He、體積百分含量為 6 12%的Ar，以及體積百分含量為2 6%的C02。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的改良型鉻鉬耐熱鋼管背面無保護實芯焊絲打底焊接方法，其 特征在于所述ER80S-G或ER90S-B9鉻鉬鋼實心焊絲依據(jù)美國AWS A5. 28-" 2005和ASME SFA5. 28-05鉻鉬耐熱鋼焊接標準選用。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的改良型鉻鉬耐熱鋼管背面無保護實芯焊絲打底焊接方法，其 特征在于所述改良型鉻鉬耐熱鋼類管道為ASTM A335-P11和ASTM A335-P91改良型鉻鉬耐 熱鋼管道。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的改良型鉻鉬耐熱鋼管背面無保護實芯焊絲打底焊接方 法，其特征在于所述改良型鉻鉬耐熱鋼管道組對后U型坡口間隙為1 1.5mm。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種改良型鉻鉬耐熱鋼管背面無保護實芯焊絲打底焊接方法，依據(jù)美國AWS A5.28-″2005、ASME SFA5.28-05鉻鉬耐熱鋼焊接標準選用實芯焊絲ER80S-G、ER90S-B9配合富氦多元混合保護氣體(He+Ar+CO2)以及寬度為1～1.5mm的窄間隙U型對接坡口，用于ASTM A335-P11、ASTM A335-P91改良型鉻鉬耐熱鋼管道的焊接。本發(fā)明方法可有效減少焊前準備工作量以及充保護氣的費用，大幅度提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本。因管內(nèi)無需保護氣體，尤其適用于現(xiàn)場高空作業(yè)、長距離改良型鉻鉬耐熱鋼管道的焊接施工，工藝簡單可靠，生產(chǎn)效率高，焊接工藝性能良好。
文檔編號B23K35/38GK102114566SQ201110001649
公開日2011年7月6日 申請日期2011年1月6日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月6日
發(fā)明者周虎林, 李德峰, 陳劍鈞 申請人:安徽桑鈮科技股份有限公司