制造哈氏合金管路系统时的焊接要求和背气保护

1、制造哈氏合金管路系统时的焊接要求和背气保护背景制造厂都需要为客户安装管路系统，而且安装管路一般不可能进入到管路里面进行焊接。在这种情况下，就要使用开口管路焊接技术或者自耗嵌块的焊接技术。由于哈氏合金的自耗嵌块一般不容易买到，所以一般使用GTAW的开口管路焊接技术来打底。当使用这些单面焊接技术的时候，一定要使用惰性气体保护接口的根部在焊接中不被氧化（通常是焊接级氩气）。这种在管子内部进行保护的技术就叫做背气保护。如果没有很好的保护，根部就会产生像酥糖一样的氧化层。图1就是这样一个打底焊接，母材是8”的Hastelloy® C-22®管材。当根部焊接不合格时，管内壁的焊缝表面发

2、黑、粗糙，而且根部的截面不规则。当发生这种情况时，熔化的焊接金属没有“润湿”基体金属。这种状况下继续焊接变的困难，而且几乎不可能通过拍片检验。这种情况下通常可能发生的焊接缺陷有，渗透不足，熔深不足和根部焊接开裂。经过实验表明，背气保护的焊接技术可以完成合格的哈氏合金开口焊接打底，比如焊接Hastelloy® C-22®的管材。以下就是实验室的一些工作。背气保护技术通常有两种方法来对管材的打底焊接区域进行背气保护。一般建议对整个管路进行充气。根据不同的管径和管长，充气时间列于表1。另一种方法就是对焊接区域的管路进行局部充气，这种方法是比较好的。一些出版的文章中有许多种制作密闭

3、塞的方法，包括水溶性的塞子，膨胀塞，可折叠的圆盘塞和热熔性的塞子。背气保护通过以下两个步骤来实现。第一步，安装塞子然后对焊接区域的管道内进行充气。第二步，继续充气同时进行焊接。在本文进行的实验中只使用了水溶性的塞子。为了保证保护气最平稳的进入焊接区域，同时充气时间最短，我们在一个充气塞子的底部加入了一个扩散设备。焊接区域的保护气流速为18.88升每分钟（L/min）。这种流速能使8”管子内的氧气含量在5分钟内降到5000ppm。5000ppm的氧气含量对焊接镍基合金来说已经是可以接受的了。一些焊接的文章建议背气保护的流速可以低一些（刚刚能在出口处检测到就可以了），而且它和焊枪处的保护气流速没有

4、关系。在本次实验中证明背气和焊枪保护气的流速选择都对打底的焊接质量有重要的影响。另外，我们还看到保持适当的背气和焊枪保护气流速的比例（大约4：1）对焊好根部焊接也是必需的。对哈氏合金的焊接来说，我们建议的背气流速为18.88L/min，焊枪保护气的流速为4.72L/min。图2显示了保持保护气流速比例对打底得重要性。需要注意的是，在焊接之前，焊接区域管道内的氧含量已经控制在5000ppm以下，这时焊出了一个合格的焊缝。然后当保护气流速颠倒时，焊出的焊缝就不合格了。由于在开始焊接的时候背气保护的纯度是足够的，焊接不合格的原因就仅仅是因为保护气的流速了。焊枪处流速的选择（4.72L/min）相对一

5、般建议焊接哈氏合金所用的流速要低一些。但是这并不影响在正面得到和用其他方法保护一样的光亮焊缝。焊接技术对管材的焊接和保护有以下6个要点。1 管头准备2 安装保护气塞3 固定管材位置4 对焊接区域进行充气5 点焊固定6 密封焊接1 对管头的准备对整个焊接来说是非常重要的。图3为典型的焊接准备图。建议焊接坡口为70度。另外，管材靠近焊接端的25mm内要清洁打磨到光亮金属，车/打磨出像图3一样的钝边。在车加工及打磨完毕后，对整个区域进行彻底的清洁和去脂。要注意的是管子本身总有一定的椭圆度，这样在定位和焊接时就会造成内壁的错边，有时候必须要通过沉孔来校正使内壁的错边量控制在可接受的范围。2 除了热熔性

6、的塞子之外，以上讨论的所有保护气系统都可以用于焊接哈氏合金管路。要保证保护气尽可能稳定的充满焊接区域，建议使用一个保护气扩散装置。图4为一种可行的设计，用来焊接直径大的管材，可以现场焊接。对于具体的焊接，要在这个基本的设计上进行相应的改动。保护气塞要尽可能深入，以免焊接的时候被损坏。3 管子的定位要非常小心来达到合适的管子之间的根部间距。建议根部间距要比焊丝直径大0.8mm。这样即使在点焊和密封焊时发生收缩，也同样可能进行焊丝的操作。4 焊接区域保护气的流速大约为18.88L/min。沿着环向进行密封焊接，在顶端留一个小口。目的是让保护气从焊接区域的下面进上面出。如果是立焊位置，保护气从下面的

7、塞子处进入，从上面塞子的小孔流出。通常，当流速和时间都确定了，焊接之前大概需要流出5-6倍于焊接区域体积的气体。5 在密封焊之前，点焊是必要的。它能够使两段管材在密封焊时保持不动。点焊要足够大而且足够围绕环缝，这样根部的间距就能依然比焊丝直径大。总的来说，除了要进行焊接的区域之外，焊接接头要保持密封。建议打磨点焊到削边的部分。这样密封焊就会和点焊贴合在一起，不会留下可能被拍片拍出来的缺陷。点焊和密封焊的流速为：背气18.88L/min，焊枪保护气4.72L/min。其他焊接参数见表1焊枪的位置和焊丝位置要垂直来保证好的底层焊接。图演示了如何对管材进行氩弧焊时焊枪和焊丝的位置。焊枪和焊丝的操作是

8、在两边来回点，这样就会形成一个钥匙孔。每次在一边点两下，然后到另一边点两下，就这样来回操作。焊材一般放在根部开口的地方。如果开口闭合了，焊丝不能伸入根部开口，焊接的强度就会受影响。6 密封焊和点焊差不多。除了要进行焊接的区域之外，焊接接头要保持密封。在密封焊的最后，保护气流速要调低，这样不会因为保护气压力过高对塞子造成破坏。通常建议前两道焊接都要进行背气保护。这样就不会因为后续的焊接使根部焊接严重氧化。盖面焊接的工艺就留给焊接工程师来进行选择了。表1建议焊接参数（开口管路焊接GTAW）坡口设计70度，见图3基材各种Hastelloy®合金基材厚度小于12.7mm焊材各种Hastelloy®合金焊材焊材直径2.4mm（可以使用1.6mm，但钝变开口要调整）预热温度室温层间温度93保护气100%焊接极氩气，流速4.72L/min背气100%焊接极氩气，流速18.88L/min焊接技术焊枪和焊丝位置见图，打磨焊接开端和结束的地方（包括固定焊和密封焊）清洁使用不锈钢刷子图1 使用不