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CN113478054A - 一种镍基合金的焊接方法 - Google Patents

一种镍基合金的焊接方法 Download PDF

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Abstract

本发明为一种镍基合金的焊接方法。一种镍基合金的焊接方法，包括以下步骤：(1)对被焊工件进行处理，去除表面氧化物、油污，并打磨破口处；(2)在绝氧条件下，先采用哈氏合金对裂缝进行填充，再采用与所述的被焊工件材质相同的焊丝进行焊接；(3)焊接完成后，进行保温缓冷处理，至室温后，进行焊接效果检测。本发明所述的一种镍基合金的焊接方法，采用哈氏合金焊丝代替800H焊条，并结合本发明特有的焊接工艺，解决了焊缝经常出现裂纹的问题。

Description

一种镍基合金的焊接方法
技术领域
本发明具体涉及一种镍基合金的焊接方法。
背景技术
镍及镍基合金不仅在高温时具有热强性，在介质作用下还具有高的耐腐蚀性。因此，镍基合金的焊接技术及其专用焊接材料在工业中已占据着重要地位。镍及镍基合金是随着航空、核能和石油化工产业的兴起而迅速发展起来的，现已成为工业生产领域不可缺少的重要材料。
常用镍基合金的五大系列：因康镍Inconel(Ni-Cr-Fe系)、蒙乃尔Monel(Ni-Cu系)、因科洛依Incoloy(Fe-Ni-Cr系)、哈斯特洛伊Hastlloy(Ni-Mo或Ni-Cr-Mo系)、哈氏合金Hastelloyalloy(BCG系)。因科洛依镍基合金具有耐腐蚀性、抗高温氧化性、耐热疲劳性、耐高温冲击性、抗压性、低温力学性能的特性。因此，目前我们接触最多的镍基合金为因科洛依系列。
镍基合金的焊接方法为：采用与镍基合金相同材质的焊丝对裂缝、破口处进行焊接。但是，由于镍基合金线膨胀系数较大(介于奥氏体不锈钢和普通碳钢之间)，焊接时焊缝中的一些杂质元素和低熔点物质容易在晶间偏析和集聚。在熔池的凝固过程中与镍形成低熔点共晶体，故造成焊接后焊缝易再出现热裂纹。
有鉴于此，本发明提出一种镍基合金的焊接方法，可解决焊接后焊缝易再出现裂纹的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种镍基合金的焊接方法，使用哈氏合金作为被焊工件和被焊工件材质相同的焊丝层之间的填充层，焊接后焊缝易再出现裂纹的问题。
为了实现上述目的，所采用的技术方案为：
一种镍基合金的焊接方法，包括以下步骤：
(1)对被焊工件进行处理，去除表面氧化物、油污，并打磨破口处；
(2)在绝氧条件下，先采用哈氏合金对裂缝进行填充，再采用与所述的被焊工件材质相同的焊丝进行焊接；
(3)焊接完成后，进行保温缓冷处理，至室温后，进行焊接效果检测。
进一步地，所述的步骤(2)中，绝氧条件为：通入氩气，气体流量为8-15L/min，风速不大于2m/s。
再进一步地，所述的步骤(2)中，被焊工件正面的氩气流量为8-10L/min，被焊工件背面的氩气流量为10-12L/min。
进一步地，所述的步骤(2)中，焊接时，焊枪与被焊工件的夹角为60°，焊丝与被焊工件的夹角为30°。
进一步地，所述的步骤(2)中，环境温度不得低于0℃。
再进一步地，所述的步骤(2)中，焊接温度在100℃以内。
进一步地，所述的步骤(2)中，采用小电流多层多道焊的方式进行焊接。
再进一步地，所述的步骤(2)中，每一层每一道完成后清除表面的氧化渣，每层每道焊接时接头要错开，每层焊接完成后做渗透检测并消除表面各种缺陷。
再进一步地，所述的步骤(2)中，采用短弧焊接。
再进一步地，所述的步骤(2)中，焊接电流为80-110A，电弧电压为12-14V，焊接速度为7-10cm/min。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1、本发明使用哈氏合金焊丝作为焊接800H母材的填充层，再采用800H进行焊接。由于哈氏合金抗拉强度，屈服强度和延伸率均优于800H(ERNiCr-3)材料，其作为填充层可以很好的填充800H母材的裂纹，能够有效缓解晶间腐蚀和应力腐蚀产生的裂纹，从而解决焊接后再次裂开的问题。
2、本发明的焊接工艺，可以提高焊接质量，杜绝气孔和沙眼等缺陷，减少焊缝出现裂纹的现象，从而提高设备的利用率，降低成本。
具体实施方式
为了进一步阐述本发明一种镍基合金的焊接方法，达到预期发明目的，以下结合较佳实施例，对依据本发明提出的一种镍基合金的焊接方法，其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。在下述说明中，不同的“一实施例”或“实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一或多个实施例中的特定特征、结构或特点可由任何合适形式组合。
在详细阐述本发明一种镍基合金的焊接方法之前，有必要对本发明中提及的相关材料做进一步说明，以达到更好的效果。
常用镍基合金合金含量见表1。
表1
Figure BDA0003170400600000031
在了解了本发明中提及的相关材料之后，下面将结合具体的实施例，对本发明一种镍基合金的焊接方法做进一步的详细介绍：
镍基合金在出现较为明显的裂纹、破口时，也存在很多肉眼看不到的裂纹。现有技术中普遍采用与被焊工件材质相同的焊丝，对被焊工件进行焊接处理。但该种方式并不能很好的处理肉眼看不见的裂纹，且由于镍基合金线膨胀系数较大，焊接时焊缝中的一些杂质元素和低熔点物质容易在晶间偏析和集聚，从而导致焊接处理后容易在相同位置再次开裂。本发明的技术方案在被焊工件和被焊工件材质相同的焊丝层之间，填充一层哈氏合金层，并结合相应的技术参数，可以很好的解决焊接后裂纹再次开裂的问题。
本发明的技术方案为：
一种镍基合金的焊接方法，包括以下步骤：
(1)对被焊工件进行处理，去除表面氧化物、油污，并打磨破口处；
(2)在绝氧条件下，先采用哈氏合金对裂缝进行填充，再采用与所述的被焊工件材质相同的焊丝进行焊接；
(3)焊接完成后，进行保温缓冷处理，至室温后，进行焊接效果检测。
优选地，所述的步骤(2)中，绝氧条件为：通入氩气，气体流量为8-15L/min，风速不大于2m/s。
进一步优选地，所述的步骤(2)中，被焊工件正面的氩气流量为8-10L/min，被焊工件背面的氩气流量为10-12L/min。
优选地，所述的步骤(2)中，焊接时，焊枪与被焊工件的夹角为60°，焊丝与被焊工件的夹角为30°。
优选地，所述的步骤(2)中，环境温度不得低于0℃。
进一步优选地，所述的步骤(2)中，焊接温度在100℃以内。
优选地，所述的步骤(2)中，采用小电流多层多道焊的方式进行焊接。
进一步优选地，所述的步骤(2)中，每一层每一道完成后清除表面的氧化渣，每层每道焊接时接头要错开，每层焊接完成后做渗透检测并消除表面各种缺陷。
进一步优选地，所述的步骤(2)中，采用短弧焊接。
进一步优选地，所述的步骤(2)中，焊接电流为80-110A，电弧电压为12-14V，焊接速度为7-10cm/min。
实施例1.
具体操作步骤如下：
(1)在焊接800H前，将被焊金属表面氧化物、油污及破口两侧50mm内，用不锈钢专用角磨片打磨干净。
(2)在绝氧条件下，先采用哈氏合金对裂缝进行填充，再采用与800H焊丝进行焊接。
TIG焊接时通入纯度≥99.99％的氩气作为保护气体，气体流量保持在8-15L/min，风速不大于2m/s。
填充金属为哈氏合金材料(ERNiCrMo-4)，在焊接镍基合金材料时堆焊一层(ERNiCrMo-4)能够有效缓解晶间腐蚀和应力腐蚀产生的裂纹。
焊接操作时，焊丝不应直接侵入熔池，应使焊材位于钨极的前方，边熔化边送进，使焊材的端头始终处于氩气保护范围中。焊接时电流不宜过大。
(3)整道焊缝焊接完成后300℃保温缓冷，缓冷至室温后做PT检测，没有缺陷后进行下一步RT检测。
本实施例优选，为保证熔透，应选用大坡口角度和小钝边的接头形式。焊接时应精细控制工艺参数和焊接角度，焊枪与工件夹角为60°，焊丝与工件夹角为30°。
本实施例优选，焊接时无论时打底焊，层间焊接，焊接背面一定要全程氩气保护以防止被氧化。在必要时为加强保护效果可在焊嘴后侧加一辅助输送保护气罩，即为焊接正面。
被焊工件正面的氩气流量为8-10L/min，被焊工件背面的氩气流量为10-12L/min。
本实施例优选，施焊过程中，环境温度不得低于0℃，环境温度低于0℃时需焊前预热至20-30℃。且填充层间温度控制在100℃以内，即焊接温度在100℃以内。
本实施例优选，焊接熔池十分粘稠且熔深较浅，增加焊接电流不能明显改善金属的流动性及加大熔深，因此所述的步骤(2)中，采用小电流多层多道焊的方式进行焊接。每一层每一道完成后清除表面的氧化渣，每层每道焊接时接头要错开，每层焊接完成后做渗透检测并消除表面各种缺陷。
本实施例进一步优选，所述的步骤(2)中，采用短弧焊接，降低电弧电压减小热输入。
本实施例进一步优选，所述的步骤(2)中，焊接电流为80-110A，电弧电压为12-14V，焊接速度为7-10cm/min。
焊接时的具体技术参数见表2。
表2
Figure BDA0003170400600000061
本实施例优选，选择合适的焊接材料，从而调整合金成分，使焊缝具有奥氏体和铁素体的双相组织，并限制焊接材料中的杂质元素的碳的含量。
本实施例优选，减小焊缝区在高温下停留的时间，停留时间越久，裂纹倾向越严重，焊材的合金化程度越高，焊接时也会越容易产生热裂纹。
对比例：采用800H焊丝对800H的母材直接进行焊接，半年后，破口处再次开裂。
本发明的实施例1于2019年2月实施至今，被焊接处仍未出现裂纹。
目前在镍基合金母材焊接的过程中，一般采用800H(ERNiCr-3)焊条进行焊接，本发明采用哈氏合金Hastelloyalloy材质的焊条对镍基合金母材进行焊接。由于哈氏合金抗拉强度，屈服强度和延伸率均优于800H(ERNiCr-3)材料，其作为填充层可以很好的填充800H母材的裂纹，能够有效缓解晶间腐蚀和应力腐蚀产生的裂纹，从而解决焊接后再次裂开的问题。因此，哈氏合金焊条更适用于镍基合金材料的焊接。并且结合本发明特有的焊接工艺，从而提高了焊接质量，杜绝了气孔和沙眼等缺陷，减少焊缝出现裂纹的现象，提高设备的利用率，降低成本。
以上所述，仅是本发明实施例的较佳实施例而已，并非对本发明实施例作任何形式上的限制，依据本发明实施例的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明实施例技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种镍基合金的焊接方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)对被焊工件进行处理，去除表面氧化物、油污，并打磨破口处；
(2)在绝氧条件下，先采用哈氏合金对裂缝进行填充，再采用与所述的被焊工件材质相同的焊丝进行焊接；
(3)焊接完成后，进行保温缓冷处理，至室温后，进行焊接效果检测。
2.根据权利要求1所述的焊接方法，其特征在于，
所述的步骤(2)中，绝氧条件为：通入氩气，气体流量为8-15L/min，风速不大于2m/s。
3.根据权利要求2所述的焊接方法，其特征在于，
所述的步骤(2)中，被焊工件正面的氩气流量为8-10L/min，被焊工件背面的氩气流量为10-12L/min。
4.根据权利要求1所述的焊接方法，其特征在于，
所述的步骤(2)中，焊接时，焊枪与被焊工件的夹角为60°，焊丝与被焊工件的夹角为30°。
5.根据权利要求1所述的焊接方法，其特征在于，
所述的步骤(2)中，环境温度不得低于0℃。
6.根据权利要求5所述的焊接方法，其特征在于，
所述的步骤(2)中，焊接温度在100℃以内。
7.根据权利要求1所述的焊接方法，其特征在于，
所述的步骤(2)中，采用小电流多层多道焊的方式进行焊接。
8.根据权利要求7所述的焊接方法，其特征在于，
所述的步骤(2)中，每一层每一道完成后清除表面的氧化渣，每层每道焊接时接头要错开，每层焊接完成后做渗透检测并消除表面各种缺陷。
9.根据权利要求7所述的焊接方法，其特征在于，
所述的步骤(2)中，采用短弧焊接。
10.根据权利要求9所述的焊接方法，其特征在于，
所述的步骤(2)中，焊接电流为80-110A，电弧电压为12-14V，焊接速度为7-10cm/min。
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