CN104084749A - 一种特别适于低合金及碳钢上堆焊层缺陷的现场焊接修复方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种特别适于低合金钢及碳钢上堆焊层缺陷的现场焊接修复方法，其包括（1）、缺陷的打磨消除；（2）、采用与堆焊层材料同质的焊接材料对缺陷进行焊接修复获得修复焊道；（3）、在步骤（2）焊接修复完成后立即实施回火焊道的焊接，回火焊道的焊接选择与堆焊层材料牌号相同或相似的焊接材料；（4）、在回火焊道的焊接完成并冷却至室温后，将回火焊道和修复焊道的余高打磨去除。本发明方法可以在不进行热处理的同时降低底层母材靠近熔合线区域的硬度，保证母材的良好组织，非常有利于在现场实施。
Description
技术领域
本发明属于焊接修复技术领域，特别涉及一种在低合金钢、碳钢等上堆焊层缺陷的现场焊接修复方法。
背景技术
在低合金钢、碳钢上堆焊不锈钢和镍基合金堆焊层是火电、核电和石化行业常用的结构，堆焊层通常厚度为3~10mm，一般与运行介质直接接触，从而提高结构的耐腐蚀性能。在运行过程中，由于受运行环境或外部因素的影响，堆焊层可能会产生缺陷，需要在现场采用焊接的方法进行修复。
现场通常采用的方法是将缺陷打磨后采用与堆焊层材料同质的焊接材料进行焊接修复，焊接修复后由于现场条件限制，一般不进行热处理，直接打磨平整。采用该种方案，焊接的过程容易对底层母材（低合金钢或碳钢）产生不利影响，如在结合面处产生淬硬组织，如在结合面处产生淬硬组织，降低了结合面的韧性，从而降低了堆焊层抗剥离的能力，也容易在结合面处产生裂纹，从而影响结构的安全性。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种改进的堆焊层缺陷现场焊接修复方法。
为解决以上技术问题，本发明采取如下技术方案：
一种特别适于低合金钢及碳钢上堆焊层缺陷的现场焊接修复方法，其包括（1）、缺陷的打磨消除；（2）、采用与堆焊层材料同质的焊接材料对缺陷进行焊接修复获得修复焊道，特别是，所述方法还包括：
（3）、在步骤（2）焊接修复完成后立即实施回火焊道的焊接，回火焊道的焊接选择与堆焊层材料牌号相同或相似的焊接材料；
（4）、在回火焊道的焊接完成并冷却至室温后，将回火焊道和修复焊道的余高打磨去除，使修复后的区域表面达到原始状态。
根据本发明，步骤（3）中焊接采用手工电弧焊（SNAW焊）或钨极惰性气体保护焊（TIG焊）或其他焊接方式，其中优选采用手工电弧焊。
根据本发明，所述回火焊道的范围优选超过修复焊道区域3~5mm长。回火焊道的厚度优选为3~5mm，焊接1~2层。更优选地，回火焊道焊接2层，焊接时，后焊焊道压先焊道1/3~1/2。更优选地，步骤（3）中采用手工电弧焊，层间温度控制在150℃~250℃之间。
优选地，步骤（3）中进行焊接时对焊接热输入量进行控制，以保证底层木材靠近接合面的温度达到适宜的回火温度。焊接热输入量可通过前期的数值模拟计算或者试验获得。对于典型的5~10mm的堆焊层，回火焊道的热输入量为5~15kJ/cm。
根据本发明的进一步实施方案：
步骤（1）中，缺陷的打磨消除采用现场适用的打磨切削设备（如角磨机、坡口机等）将有缺陷的部位打磨清理干净，在打磨过程中应特别注意打磨深度，不应打磨至母材深度。缺陷确认打磨消除完成后需用丙酮等有机溶剂擦拭以去除油污等表面杂质。
步骤（2）中，所述焊接优选采用钨极惰性气体保护焊，使修复焊道将打磨消缺的区域完全填满并留有1~2mm的余高。焊接材料一般与堆焊层材料牌号相同或类似，在保证融合良好的情况下，尽量采用较小的焊接规范。如果打磨消缺后的区域较大，需要采用多层或多道焊接，则打底层的焊接采用TIG焊，填充层焊接可以采用TIG焊或SMAW焊。焊接时后焊焊道压先焊道1/3-1/2，保证层间温度控制在150℃以下。根据现场的实际情况，可以选择预热或不预热焊接，若预热焊接可以采用履带式、绳式或其他专用加热装置。
进一步地，所述方法还包括焊后质量检验工序，具体包括目视检测、液体渗透检测、超声波检测、现场金相检测、硬度检测以及残余应力测试等。
由于上述技术方案的采用，本发明与现有技术相比具有以下优点：
本发明方法在完成堆焊层缺陷的焊接修复后，在修复焊道上实施回火焊道技术，对靠近结合面的母材金属（低合金钢或碳钢）进行回火作用，从而降低靠近结合面处材料的硬度，减轻修复焊道对母材的不利影响。该方法实施方法较为简便，无需特殊的设备，并且不需要进行焊后热处理。本发明方法能够在不进行热处理的同时降低底层母材靠近熔合线区域的硬度，保证母材的良好组织，非常有利于在现场实施。
附图说明
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细的说明：
图1为缺陷打磨示意图；
图2为修复焊道焊接示意图；
图3为回火焊道焊接示意图；
图4为焊后打磨示意图；
图5为采用本发明方法修复后的堆焊层金属宏观金相照片；
图6为采用本发明方法修复后的堆焊层金属微观金相照片；
图7为采用本发明方法和传统方法处理过的补焊区域显微硬度对比图。
具体实施方式
本发明焊接修复工艺技术流程如下：
缺陷的打磨消除确认à修复焊道的焊接à回火焊道的焊接à焊后打磨平整à各项检测。
、缺陷的打磨消除
参见图1，缺陷的打磨消除采用现场适用的打磨切削设备（如角磨机、坡口机等）将有缺陷的部位打磨清理干净，在打磨过程中应特别注意打磨深度，不应打磨至母材深度。
缺陷确认打磨消除完成后需用丙酮等有机溶剂擦拭以去除油污等表面杂质。
修复焊道的焊接
参见图2，修复焊道的焊接优先采用钨极惰性气体保护焊（TIG焊），也可以采用手工电弧焊（SMAW焊）或其他焊接方式，选择的焊接材料一般与堆焊层材料牌号相同或相类似，在保证熔合良好的情况下，尽量采用较小的焊接规范。
如果打磨消缺后的区域较大，需要采用多层或多道焊接，则打底层的焊接采用TIG焊，填充层焊接可以采用TIG焊或SMAW焊。焊接时后焊焊道压先焊道1/3-1/2，保证层间温度控制在150℃以下。
根据现场的实际情况，可以选择预热或不预热焊接，若预热焊接可以采用履带式、绳式或其他专用加热装置。
修复焊道应将打磨消缺的区域完全填满，并留有适当焊接余高，适宜的余高应为1~2mm。
回火焊道的焊接
在修复焊道焊接完成后应立即实施回火焊道的焊接。焊接方法优先选用SMAW焊，也可以采用TIG焊或其他焊接方法，选择的焊接材料一般与堆焊层表层的材料牌号相同或相似。
回火焊道焊接的示意图如图3所示，回火焊道的范围一般应超过修复焊道区域3~5mm，回火焊道厚度为3~5mm，一般焊接1~2层，焊接时后焊焊道压先焊道1/3-1/2，焊接过程中需控制焊接热输入量，以保证底层母材靠近结合面的温度达到适宜的回火温度，该热输入量需通过前期的数值模拟计算或者试验获得，对于典型的5~10mm的堆焊层，回火焊道的热输入量为5~15kJ/cm。手工电弧焊层间温度控制在150℃～250℃之间。
焊后打磨平整
回火焊道完成并冷却至室温后，应将焊接区域（包括回火焊道和修复焊道余高）打磨去除，使修复后的区域表面达到原始状态的要求，参见图4。回火焊道和修复焊道余高的去除可以采用手工打磨切削设备或其他专用的设备。
焊后检测
焊后检测包括目视检测、液体渗透检测、超声波检测、现场金相检测、硬度检测、残余应力测试等。
具体实例：
参见图5和6，分别为按照本发明方法处理后的堆焊层金属宏观金相照片和微观金相照片，堆焊层为309L+308L不锈钢，母材为16MND5低合金钢。
参见图7，其显示了经历了回火焊道处理和未经过回火焊道处理的补焊区域显微硬度对比，从中可见经过了回火焊道处理后，靠近堆焊层结合面的母材区域硬度明显降低。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1. 一种特别适于低合金钢及碳钢上堆焊层缺陷的现场焊接修复方法，其包括（1）、缺陷的打磨消除；（2）、采用与堆焊层材料同质的焊接材料对缺陷进行焊接修复获得修复焊道，其特征在于，所述方法还包括：
（3）、在步骤（2）焊接修复完成后立即实施回火焊道的焊接，回火焊道的焊接选择与堆焊层材料牌号相同或相似的焊接材料；
（4）、在回火焊道的焊接完成并冷却至室温后，将回火焊道和修复焊道的余高打磨去除，使修复后的区域表面达到原始状态。
2. 根据权利要求1所述的特别适于低合金钢及碳钢上堆焊层缺陷的现场焊接修复方法，其特征在于：步骤（3）中焊接采用手工电弧焊或钨极惰性气体保护焊。
3. 根据权利要求1所述的特别适于低合金钢及碳钢上堆焊层缺陷的现场焊接修复方法，其特征在于：所述回火焊道的范围超过修复焊道区域3~5mm长。
4. 根据权利要求1所述的特别适于低合金钢及碳钢上堆焊层缺陷的现场焊接修复方法，其特征在于：回火焊道的厚度为3~5mm，焊接1~2层。
5. 根据权利要求1所述的特别适于低合金钢及碳钢上堆焊层缺陷的现场焊接修复方法，其特征在于：回火焊道焊接2层，焊接时，后焊焊道压先焊道1/3~1/2。
6. 根据权利要求5所述的特别适于低合金钢及碳钢上堆焊层缺陷的现场焊接修复方法，其特征在于：步骤（3）中采用手工电弧焊，层间温度控制在150℃~250℃之间。
7. 根据权利要求1至6中任一项权利要求所述的特别适于低合金钢及碳钢上堆焊层缺陷的现场焊接修复方法，其特征在于：步骤（3）中进行焊接时对焊接热输入量进行控制，所述焊接热输入量通过前期的数值模拟计算或者试验获得。
8. 根据权利要求7所述的特别适于低合金钢及碳钢上堆焊层缺陷的现场焊接修复方法，其特征在于：对于5~10mm的堆焊层，回火焊道的热输入量为5~15kJ/cm。
9. 根据权利要求1所述的特别适于低合金钢及碳钢上堆焊层缺陷的现场焊接修复方法，其特征在于：步骤（2）中，所述焊接采用钨极惰性气体保护焊，使修复焊道将打磨消缺的区域完全填满并留有1~2mm的余高。
10. 根据权利要求1所述的特别适于低合金钢及碳钢上堆焊层缺陷的现场焊接修复方法，其特征在于：所述方法还包括焊后质量检验工序，具体包括目视检测、液体渗透检测、超声波检测、现场金相检测、硬度检测以及残余应力测试。
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