镍基药芯焊丝堆焊技术在压力容器中的应用

镍基药芯焊丝堆焊技术 在压力容器 中的应用 i G 龇i 吼o c k l e 。 b a s e d皿 一 c e r e d wi 鸸 s g也 p e s s u ：r e v e s s e ： 中 石 油第二建 设公司 赵家伟 兰州兰石重型装备股份有限公司 张 勇 吕 龙 王子伟 张建晓 摘 要 ：压 力容器 内壁堆焊镍基耐蚀层 ，以增加其耐蚀 性。本文采用镍基药芯焊丝C 0 2 保护焊进行小直径接管 内壁堆 焊 ，提高了堆焊质量 ，降低 了生产成本 ，通过工艺评 定证 明 ：所选用的堆 焊方法及堆焊工艺合理 ，各项性能检验结果 均满足有关设备技术条件要求。 关键词 ：镍基药芯焊丝 ；接管 内壁堆焊 ；焊接工 艺试验 ；堆焊工艺 高温 、高压而且临氢条件下运行 动和 自动化的焊接 ；脱渣性能 良好 ， 的压力容器 ，为 了避免南于脱硫反应 焊缝成形美观 ；飞溅很小 ，电弧稳定 产 生大量 的H s 对反应器 内壁 表面 的 性优 良，合格率高等优点而广泛应用 腐蚀 以及 当反应器停止运行时 ，由连 于生产 。 多硫酸 ( H S X O ) 引起的应力腐蚀开 本文根据镍基药芯焊丝6 2 5 的焊接 裂 ，在反应器 内壁通常都堆焊耐蚀材 特点 ，通过焊接T艺试验 ，以确定影 料 。以钼铌为主要强化元素的固溶强 响药芯焊丝堆 焊层成形及性能主要焊 化型镍基变形高温合金6 2 5 ，具有优 良 接T艺参数 ，为小直径接管 内壁堆焊 的耐窗蚀和抗氧化l 生 能，从低温至9 8 0 采用镍基药芯焊丝堆焊提供科学依据。 都具有很高的强度 、韧性 、疲劳强度 和耐氧化l生 。 在大气、 天然水、 海水、 1 焊接设备及焊接材料 中性盐和碱等弱介质 中，基本上是不 1 1 焊接设备 腐蚀的，在更苛刻的介质中，既能耐 本试验采用E s A B工 A H 5 【 x 】 药芯焊 氧化性酸 ，又耐还原性酸介质 。耐品 丝堆焊设备 ，该设备 由电焊机 ( 包括 问腐蚀 ，应力腐蚀 、孔蚀和缝隙腐蚀 电源送丝机构 、控制 系统 )水冷焊枪 能力优良。由于既适用于要求高耐腐 以及行走系统、冷却系统、供气系统 蚀性 ，又能满足高温下耐蚀合金使用， 组成 。不锈钢药芯焊丝气体保护焊设 已被广泛应用 于压力容器的制造 。 备采用平特性直流电源 ，通过改变送 对于容器内壁大面积可采用带极 丝速度来调节焊接电流 ，因此 ，焊接 堆焊技术 ，小直径接管内壁堆焊 ，由 规范调节比较方便 。当弧长变化时 ， 于药 焊丝堆焊工艺 ( F C A W ) 具有熔 可引起较大 的电流变化 ，有较强 的自 敷效率高 ，生产率 明显提高 ，经济性 调节作用 ；同时 ，由于短路 电流较大， 优 良；对 电流电压 的适应范 围大 ，焊 引弧 比较容易。 接条件实现较为容易 ，易于进行半 自 1 2 焊接材料 作者简介：赵 家伟 ( 1 9 7 4 一)，男 ，工 程师 ，主要从 事压力 容器的制造的管理T作。 根据产 品堆焊技术要求 ，采用镍 基6 2 5 型镍基合金堆焊 ，根据焊丝的成 分与规格 ，选用 了WE I F C w 6 2 5 堆焊 材料。焊丝直径为 1 2 1 h i 1 ，在板厚为 5 0 m m的2 2 5 Q = 1 M o 材料上进行 r镍基 药芯焊丝堆焊，堆焊时严格控制第 1 层 的预热温度 、层间温度 以及后热温度， 第2 层堆焊 的层问温度应控制在 1 0 0 以下。 1 3 镍基合金6 2 5 的焊接特点 由于镍基合金6 2 5 焊缝金属组织为 单一奥氏体组织 ，液态焊缝金属流动 性差 ，熔深浅 ，焊接时易产生热 裂纹 及气孔 ，因此焊前应彻底清洗工件 ； 焊接时选用较小 的热输入量 ，使接头 高温停 留时间减少 ，对控制和减少热 裂纹 ，提高耐腐蚀性均有利 ；同时应 选择合适的焊接速度 ；镍基合金之间 焊接 时不 预热 ，层 间温度应 控制 在 1 0 0 以下。 2焊接工艺试验 影响药芯焊丝堆焊层成形及性能 的焊接工艺参数主要有 ：焊接 电流 、 焊接 电压 、焊接速度 、干伸长 、搭接 量等 。 2 1 焊接电流 焊接电流与堆焊焊道成形 、 熔深、 现代焊接 2 0 1 1 年第1 1 期总第1 0 7 期J 一39 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 稀释率 、机械性 能均有很大关系，焊 表1 镍基C O 药芯焊丝堆焊工艺参数 ( 规格 巾1 2 m m) 接电流过大时 ，焊接过程飞溅大 ，堆 保护气体 l 焊接电流 A I 焊接电 压 v l 焊接速度 m m m i n l 焊丝伸出长度 ra m l 气体流量 L ra i n C 0 ， I 1 8 0 2 0 0 l 3 0 3 2 l 2 5 0 3 0 0 I 1 5 2 O l 1 5 2 0 化学成分 焊 丝 M ” S P C r N i N b M o T i A l F e W EL F CW 6 2 5 00 3 0 2 4 0 4l 00 0 4 002 3 2 l 37 5 8 5 2 34 5 8 1 6 0 2 0 00 5 3 - 2l 合格指标 Ma x 0 1 0 Ma x O 5 0 Ma x 0 5 0 Ma x 0 0 0 1 5 Ma x 0 0 2 0 2 0 0 N 2 3 0 Mi n 5 8 0 3 1 5 4 1 5 8 0 1 0 0 Ma x 0 4 0 Ma x 04 0 Ma x 5 ( 焊接电流过小时 ，容易产牛夹渣缺陷 以及焊缝成形不 良。经试验 ，对于直 径为 1 2 m m 药芯焊丝焊接 电流确定 在 1 8 0 2 0 0 A 之间堆焊焊道成彤最佳 。 2 2焊接电压 对于药芯焊丝堆焊 ，焊接 电压与 焊接 电流的 配很重要。在焊接 电流 一 定 的条件下 ，如果 电压过低 、堆焊 焊道 太窄 ，则容易 出现夹渣现象 ，并 且使堆焊厚度增加 ，造成焊材浪费 ； 如果焊接电压过高 、 堆焊焊道 比较宽， 使得 堆焊厚度不能满足要求 ，经过多 次试验 ，对 于直径为 1 2 m m 药芯焊 丝焊接电压确定在2 8 3 2 V 之间堆焊焊 道成形最佳 。 2 3焊接速度 焊接速度对药芯焊丝堆焊影响比 较大 ，主要有两个方面 ：堆焊焊道 的几何形状 ；堆焊层 的稀释率。若 焊接速度太快 ，堆焊焊道太窄 、太薄， 则在下一道搭接焊时 ， 容易造成重叠。 反之 ，易形成堆高大 、堆宽窄的焊道， 会造成喷嘴堵塞 ，易造成夹渣 ，对于 直径 为 1 2 m m 镍基 药芯焊丝 焊接 速 度确定在2 5 0 3 0 0 m m m i n 为最佳。 2 4 焊丝伸 出长度和焊丝位置 焊丝伸出长度对 电弧的稳定性 、 熔深 、电弧能量等均有影响 ，焊丝伸 长度太长 ，会使 电弧不稳定 ，飘忽 不定 ，且飞溅大。焊丝伸出长度过短， 过多的飞溅物易造成喷嘴堵塞 ，使气 体保护不 良，堆焊时易产牛气孔 。经 表3堆焊层弯 曲试验 试样名称 取样部位 弯曲直 径D 结果 热 处理状 态 大侧弯 垂直 、平行于焊道各2 件 D = 4 a a = l 0 ram d=1 8 0 。 合格 ( 6 9 0 l 4) 小侧 弯 垂直 、平行于焊道各2 件 D = 4 a a = 1 O mm d= 1 8 0 。 合格 2 6 h ，随炉冷却之 试样弯 曲到1 8 0 。角度后 ，拉伸面上沿任何方 向不得有单条长 合格指标 4 0 0 ， 炉空冷 度 大于3 mm的裂纹或缺 陷。 表4硬度测量 ( H V 1 0) 部位 表面 表层 过渡层 母 材 热处理状 态 硬度值 2 3 6、2 3 1 、2 3 0、2 3 2 2 4 2 、2 4 4 2 1 9、2 2 3 2 0 5 、2 0 8 ( 6 9 0l 4) 2 h ，随：胪 合格指标 HV1 O 2 4 8 冷却 至4 0 0 C， 炉空冷 试验 方法 执行标 准 件数 腐蚀速率 结果 热处理状态 6 5 i ff 酸品间腐蚀 AS T M A 2 6 2 C 2 0 2 2 g XI l ! X h 一 合格 ( 6 9 01 4) 2 h ， 随 氯化镁U 型 弯曲应 力腐蚀 Y B I T 5 3 6 2 - 2 0 0 6 3 | 合格 冷土 l J 至4 ( ) ( ) c ( ： ， 炉空冷 试验 ，焊丝伸 出长度应在 1 5 2 0 m m 范 。焊接时 ，焊枪倾角 0约4 0 。时较 好 ，如果 0过大或过小 ，会 降低C O ， 气体保护效果。 2 5堆焊焊道之 间的搭接量 堆焊焊道之间的搭接量 ( 焊丝与 前一道堆焊焊缝问的距离 )直接影响 产 品的堆焊层厚度及不平度 ，并对堆 焊层的侧弯性能影响较大 ，为了解决 这些 问题 ，对镍基药芯焊丝堆焊焊道 之间的搭接量做 了系列试验 ，并确定 了获得堆焊焊道有 良好成形 、优 良性 能的工艺参 数 ，即焊丝相对于前一道 边缘0 l m m的堆焊焊道成形美观 ，机 械性能好。 2 6 CO。 气体流量 镍基药芯焊丝堆焊时 ，气体流量 为 1 5 2 0 I J m i n ，若气体流量较小 ，保 护气体挺度不够 ，降低了气体保护效 果 ；若焊接电流较大 ，焊速较快 ，焊 丝伸出长度较长，均需加大气体流量。 J 一40现代焊接 2 0 1 1 年第1 1 期总第1 0 7 期 2 _ 7 最佳 焊接工艺参数 经过上述大量焊接试验 ，确定 r 镍基药芯焊丝堆焊时 ，获得 良好成彤， 优 良性能的堆焊层焊接丁艺参数 ( 表 1 )。为下一步1 - 艺评定以及产品部件 的焊接 ，提供 了科学依据 。 3焊接工艺评定 在T 艺试验的基础 I一 ，按 压 力 容器内部6 2 5 型镍基合金堆焊 技术条 件 要求 ，采用表1 的焊接 _r 艺参数堆 焊 了T艺 定试板 ，在板厚为5 0 n 的 2 2 5 C 1 1 M o 材 料上进行 了镍基药 芯焊 丝堆焊评定 ，堆焊时严格控制 r 第 一 层堆焊 的预热温度 、层 温度以及后 热温度，第2 层堆焊的层 U J 温度控制 1 0 0 以下。 堆焊层的试验结果 ( 化学成分 、 堆焊层弯曲试验 、硬度测量及腐蚀试 验 ) 分别 表2 、表3 、表4 和表5 。 ( 下转第J 一 4 4 页 ) 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 表6 力学-眭能检验记录表 拉伸试 验试 验标准号 ：G B T 2 2 8 2 0 0 2 取样 试样 试 验温度 R m R e l A 断裂特点 试样 号 位置 宽度 厚度 ( 0 C) ( N mm ) ( N mm ) ( ) 和部位 1 1 全厚度 2 5 - 2 O 9 8 2 2 0 7 9 5 6 9 0 6 0 塑断 于焊缝 1 2 全厚度 2 5 1 2 9 8 6 2 0 7 4 5 6 9 5 6 0 塑断于焊缝 试样厚度a 弯轴 直径 D 试样号 试样型式 弯 结果 ( m il 1 ) D= 4 a D = = 1 8 O 。 = 。 2 1 侧弯 1 0 、 、 完好 无开裂 2 2 侧弯 1 0 、 、 完好无开裂 2 - 3 侧弯 1 O 、 、 完好无开袭 2 - 4 侧弯 1 0 、 、 完好无开黎 晶 间腐蚀 敏感性 检验试 验标准号 ：J B T 4 7 5 6 2 0 0 6 附录D 试样尺寸l 4 0 2 0 5 ra m 试验方法 2 0 盐酸法 ( 加压) 试验温度 1 4 9 c ( 试 验时间 l 1 0 0 h 合格指标 最大腐蚀深度小于0 1 7 5 m m 试 验 编 号 I J 寸( m il1 ) l 最 大 腐 蚀 深 度( il lm l # I 3 9 9 2 1 9 9 6 4 7 2 1 0 1 0 9 2 # I 3 9 9 0 1 9 8 6 4 7 2 l 0 0 9 1 化学分析 ( ) 试验标准号 ：GB T 2 2 3 C l S l P l S i l Mn I C r l N i l Mo l C u l T i l W I C 0 l A1 I N b 0 0 1 l 0 0 0 3 1 0 0 2 4 l 0 O 5 l 0 5 1 l 1 3 5 I 6 8 7 6 l 2 7 0 7 l 0 0 1 1 0 0 9 l 1 3 0 1 0 0 3 l 0 -2 9 l 0 1 5 a )焊接坡 口及 焊接材 料的处 理 必需达到要求 ； b) 起弧 与收弧应分别 在引弧板 或收弧板上 ； c)与介 质接触 的焊缝 应最后施 焊 ，这样有利于提高焊接接头的耐蚀 性能 ； d )焊接过程 中对焊接线能量与 层间温度 的控制要严格 ； E)为减轻镍合金焊接 接头住 焊 后状态的晶问腐蚀敏感性 ，在多道焊 的焊接过程 中，从第2 道焊道开始 ，推 荐在焊缝背面采用强制水冷。 4 外观检查以及无损检测 焊缝和热影响区表面进行1 0 ( F 检 企 ，不应有裂纹 、未熔合 、气孔 、咬 边 、弧坑 、夹杂 、未填满等缺 陷，焊 缝外 应有打弧点。焊缝与 母材应 圆 滑过渡。 焊缝无损检测执行J B ,q 4 7 3 0 - 2 0 0 5 承压设备无损检测 标准 。焊接接 头1 0 0 R 1 r 卡 盒 测 ，达到 级合格；焊接 接头 I O 0 P T 检测 ，达到I 级合格 。 5 性能检验 通过对H a s t e H o y B 一 3 合金焊接试板 取样分别进行力学性能试验 、耐品 白 J 腐蚀试验 、化学分析 ，结果 见表6 。 6 结束语 6 1 H a s t e H o y B 一 3 合金具有 良好 的焊接 工艺性能 ； 6 2 应控制焊接线能量 ，以及注意控 制焊前处理等T艺要求 ； 6 - 3 通过对焊前 、焊接过程的控制 ， 此焊接丁艺评定满足J B F 4 7 4 5 - 2 ( 镍 及镍合金制压力容器标准释义 附录 B 的要求 ，焊接 _ r 艺评定合格 。 参考文献 f l 1 J B T 4 7 5 6 2 0 0 6镍及镍合 金制 容器标 准释 义 北 京： 新华版社 2 0 0 6 年 1 2 月第1 版 2 焊接 手册第2 卷 材料的焊接 北京： 机械 I i 、 H 版 社 2 o 0 1 年7 月第2 版 ( 上接第J 一 4 0 页 ) 3 1 堆焊层化学成分