專利名稱：：等離子弧焊接耐高溫合金爐管的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種焊接方法，特別是一種用等離子弧焊接耐高溫合金爐管的方法。
背景技術(shù)：
：類似于離心鑄造爐管的耐高溫合金爐管在石化轉(zhuǎn)化爐、乙烯裂解爐以及其它高溫工業(yè)爐上有著廣泛的應用。離心鑄造爐管常年工作在800—120(TC高溫下，并且爐管內(nèi)外均充斥著高壓腐蝕性介質(zhì)，使用條件十分苛刻。這些爐管的設(shè)計使用壽命大多為十萬小時，因此對爐管的質(zhì)量要求非常高。爐管焊接工藝和爐管離心澆鑄工藝是影響爐管使用的兩大基本制造工藝。由于客戶對爐管的焊接質(zhì)量要求很高，在早期，制造商一般采用鈍邊1.5mm坡口的全手工氬弧焊焊接。效率相對比較低下，且受焊工水平等主觀因素影響較大；后來法國SAF公司試驗成功了采用鈍邊3mm坡口，不加焊絲的自動氬弧焊焊接工藝，這樣與手工氬弧焊相比，焊接質(zhì)量得以提高，且因為使用了自動設(shè)備，焊縫的重復性好，工藝穩(wěn)定性強，并降低了焊絲的消耗。以4)127xl0規(guī)格的爐管作為試樣，對自動氬弧焊與手工氬弧焊進行比較，自動氬弧焊的效率提高了40%,節(jié)約焊絲20%。但是，對于厚度超過3mm厚的爐管，自動鎢極氬弧焊仍然需要用自動熔化極氬弧焊或手工鴒極氬弧焊進行填充。使用自動熔化極氬弧焊進行填充雖然效率較高，但因為設(shè)備本身精度較高，因此對焊絲的要求也很高，同時由于爐管焊才妄用焊絲的含碳量大多在0.35--0.60%,非常難以制造成0.8mm--1.2mm的自動焊焊絲。這類焊絲屬于非標準焊絲，且其市場總量相比其他焊材要小很多，也就很少有焊絲供應商重視并生產(chǎn)此類焊絲。因此由于這些焊絲質(zhì)量問題嚴重影響自動氬弧焊的填充質(zhì)量，現(xiàn)在已經(jīng)很少使用自動焊進行填充。而使用手工氬弧焊填充則仍然不能擺脫其固有的一些缺點，如效率低，質(zhì)量不很穩(wěn)定。氬焊時，鴒棒伸到外面，使鴒棒存在在焊件表面的油污，氧化物等污染物下，這些污染物于高溫時會侵蝕鴒棒。另外，使用高頻氬焊起弧時，高頻也會逐漸侵蝕鴒棒表面，導致不易起弧，造成經(jīng)常的停機更換鴒棒及焊接品質(zhì)不良增多報廢品。氬焊時，根據(jù)焊件的清潔度及生產(chǎn)率，往往每個小時要更換鴒棒1一2次。每次更換電極所需時間約五分鐘以上，耗去不少寶貴的生產(chǎn)時間。等離子弧焊作為現(xiàn)代最先進的焊接設(shè)備之一，具有其它焊接方法不可比擬的優(yōu)越性。其利用等離子弧作為熱源，氣體由加熱產(chǎn)生離解，在高速通過水冷噴嘴時受到壓縮，增大能量密度和離解度，形成等離子弧。它的穩(wěn)定性、發(fā)熱量和溫度都高于一般電弧，因而具有較大的熔透力和焊接速度。但由于爐管材料的特殊性，在耐高溫合金爐管的焊接中使用等離子焊時，收弧裂紋一直得不到有效的解決，也就沒有能夠應用于生產(chǎn)。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明目的在于提供一種等離子弧焊焊接耐高溫合金爐管的方法，以解決上述
背景技術(shù)：
中存在的耐高溫合金采用等離子弧焊焊接時存在收弧裂紋，且質(zhì)量不夠理想的技術(shù)問題。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的一種等離子弧焊焊接耐高溫合金爐管的方法，包括如下步驟A、將想要焊接的兩根耐高溫合金爐管送到轉(zhuǎn)動輪上，將兩根爐管無間隙組對；B、將爐管壓緊，由轉(zhuǎn)動輪帶動爐管轉(zhuǎn)動；C、利用起弧引導板形成等離子氣體焊弧，從焊槍噴出；D、以穿孔式熔融焊接的方式焊接爐管。在步驟B中還包括，在爐管管內(nèi)通入流量為25-33升/分鐘的保護氣體。該保護氣體為100%的氬氣。步驟B中該爐管轉(zhuǎn)動時外圓周的線速度為250-330毫米/分鐘。步驟C中該形成等離子氣體焊弧的過程為高頻波發(fā)生器產(chǎn)生的高頻波在鎢棒與焊槍噴嘴間引發(fā)一股低幅直流電，形成引導弧，由該引導弧引發(fā)主電弧，引發(fā)主電弧后高頻波被關(guān)閉，起弧引導板的電流和等離子氣按設(shè)定的斜率逐漸加大，該等離子氣高速通過焊槍的水冷噴嘴，并隨著主電弧加大，形成等離子弧。該等離子氣的流量為8.5-10.4升/分鐘。步驟D中該穿孔式熔融焊接的方式為等離子噴射氣流的力量配合熱力排開熔融金屬而形成鑰匙孔，當焊槍以一定的速度移行，由表面張力所支持的熔融金屬向鑰匙孔的后方流動，冷卻而形成焊縫。步驟D中該穿孔式熔融焊接的焊接電流為170-275A,焊接電壓為36-39V。在步驟D之后還包括步驟E:采用收弧控制器控制電流及離子氣按設(shè)定的斜率逐漸減小，形成收弧衰減，以容許逐漸降低焊弧壓力及輸入熱量，使熔融金屬流入孔中，然后凝固收弧。該耐高溫合金爐管管壁的厚度為5-10mm。本發(fā)明采用新型的等離子弧焊和焊接工藝來對耐高溫合金爐管進行焊接，焊接速度快，能在不加焊絲的情況下焊接壁厚10mm的爐管，并能很好解決爐管焊接的收弧裂紋問題，而且變形量小、焊根及余高很小，其工藝穩(wěn)定性確保其可以投入到生產(chǎn)線中去。故本發(fā)明達到了有益的技術(shù)效果。具體實施例方式為了使本發(fā)明的特點能夠更好地被理解，以下將列舉較佳實施例進行詳細說明。本發(fā)明采用的主要焊接設(shè)備如下控制焊接作業(yè)的控制箱，其內(nèi)設(shè)有產(chǎn)生電弧的起弧引導板，該控制箱連接收弧控制器、直流焊機和轉(zhuǎn)動輪，該直流焊機上連接有等離子焊槍。該直流焊機具體例如可以是PM500--CC/CV多功能逆變高效節(jié)能直流焊機；該控制箱可以為WC-100B等離子引導弧控制器、WC-1多功能焊接程序控制器或WeldSequencerPackage更多功能焊接程序控制器；等離子焊槍可為PWM300—300A/180度機用等離子焊槍和PWM6A--500A/180度機用等離子焊槍。以上設(shè)備可從美國飛馬特公司購買。等離子弧焊的原理為當在焊槍的鴒極與噴嘴之間加一較高電壓時，控制箱內(nèi)產(chǎn)生高頻振蕩使氣體電離并形成自由電弧，該電弧受三個壓縮作用形成等離子弧。①機械壓縮效應一一電弧經(jīng)過有一定孔徑的水冷噴嘴通道，使電弧截面受到拘束，不能自由擴展。②熱壓縮效應__當通入一定壓力和流量的氬氣，冷氣流均勻地包圍著電弧，使電弧外圍受到強烈冷卻，迫使帶電粒子流(離子和電子)往弧柱中心集中，弧柱;故進一步壓縮。③電/f茲收縮效應——定向運動的電子、離子流就是相互平行的載流導體，在弧柱電流本身產(chǎn)生的磁場作用下，產(chǎn)生的電磁力使孤柱進一步收縮。電弧經(jīng)過以上三種壓縮效應后，能量高度集中在直徑很小的弧柱中，弧柱中的氣體被充分電離成等離子體，形成等離子弧。本發(fā)明主要用于耐高溫合金爐管，爐管管徑范圍為d)50-cj)200mm。耐高溫合金爐管和一般奧氏體不銹鋼一樣，都是奧氏體鋼。但是耐高溫合金爐管含鎳量是一般奧氏體不銹鋼的兩倍以上，因此其鋼液的流動性比一般奧氏體不銹鋼差。耐高溫合金爐管的熱膨脹系數(shù)比一般奧氏體略大，因此其收弧裂紋的傾向性比一般奧氏體不銹鋼更大。根據(jù)兩者的共性和差異，我們在一般奧氏體不銹鋼等離子焊工藝的基礎(chǔ)上，通過工藝試驗，找到較佳工藝參數(shù)。焊接前，對等離子焊機輸入工藝參數(shù)，從而在施焊的過程中，PLC電腦能夠自動控制系統(tǒng)執(zhí)行工藝參數(shù)，并采用全閉環(huán)反饋的自動電弧跟蹤系統(tǒng)。這樣形成的焊縫成形好，焊縫和焊根能夠達到預定的高度，焊縫顏色呈金黃色。當然，等離子焊機也有手動裝置，在施焊過程中，如有必要可做微調(diào)。本發(fā)明的等離子弧焊焊接耐高溫合金爐管的方法，在焊接過程中包括如下步驟1.在想要焊接的耐高溫合金爐管上加工出坡口。坡口的作用是使焊弧能直接伸入坡口底部以保證焊透，并有利于脫渣和便于焊弧在坡口內(nèi)作必要的擺動，以獲得良好的熔合。由于等離子弧焊悍接力強，本發(fā)明焊接時也可以不開坡口，直接進行等離子弧焊。2.通過輥道將兩根想要焊接到一起的爐管自動推到轉(zhuǎn)動輪上，將兩根爐管自動無間隙組對。3.控制控制箱，使轉(zhuǎn)動輪旁的壓輪下降與爐管接觸并壓緊爐管，并在爐管中通保護氣體。壓輪壓緊爐管的壓力達2.0-3.OMPa,能夠使兩根耐高溫合金爐管的坡口處于密封狀態(tài)，使爐管管內(nèi)通的保護氣體不會泄露。保護氣體可以采用100%的氬氣(Ar),流量為25-33L/min。由于氬氣保護爐管在等離子焊接過程中不會被氧化，因此形成的焊根呈金黃色，焊根高度可控制在小于0.6mm。保護氣體流量應與等離子氣流量保持適當?shù)谋壤?，如果保護氣體流量太大，會導致氣流的紊亂，影響電弧穩(wěn)定性和保護效果，造成不能穩(wěn)定的形成小孔效應，通過肉眼觀察，焊縫形成咬邊，焊縫成形差，焊縫及熱影響區(qū)發(fā)藍或發(fā)黑。如果保護氣體流量太小，不能很好的形成小孔效應，可能造成焊不透，焊縫可能不均勻、高低不平或不圓暈，焊縫發(fā)黑。在本發(fā)明中保護氣體為25-33L/min,等離子氣流量為8.5-10.札/min,焊縫成形好，小孔穩(wěn)定。4.操作控制箱，通過控制箱上所設(shè)的電動拖板調(diào)整焊槍移動，對準焊縫。通過調(diào)速電機帶動轉(zhuǎn)動輪轉(zhuǎn)動，由轉(zhuǎn)動輪帶動爐管轉(zhuǎn)動，爐管轉(zhuǎn)動時線速度為250-330mm/min。調(diào)速電機的優(yōu)點在于其調(diào)速范圍較寬。調(diào)速電機執(zhí)行等離子焊機PLC電腦集成控制系統(tǒng)工藝參數(shù)的指令，控制爐管轉(zhuǎn)動的線速度。該轉(zhuǎn)動線速度即焊接時的焊接速度。該焊接速度與等離子氣流量和焊接電流大小相互關(guān)聯(lián)，如果焊接速度增大，焊接熱輸入減小，小孔直徑隨之減小，直至消失，失去小孔效應，焊縫可能會未焊透。如果焊接速度太低，母材過熱，小孔擴大，熔池金屬容易墜落，甚至造成焊縫凹陷、熔池泄漏現(xiàn)象。故焊縫的焊根可能形成焊瘤，焊縫可能會形成咬邊。工藝試驗中，在焊接速度一定的條件下，等離子氣流量適當增大時，可適當減小電流，減小熱輸入。在離子氣流量一定的條件下，適當加大電流時，可適當提高焊接速度。在本發(fā)明中選擇等離子氣流量為8.5-10.4L/min,焊接電流為170-275A,焊接速度為250-330mm/min，焊縫與小孔的成形較好。5.采用起弧引導板起弧?？刂葡渲械母哳l波發(fā)生器產(chǎn)生的高頻波，在焊槍的鎢棒與噴嘴間引發(fā)一股低幅直流電，形成引導弧。由該引導弧引發(fā)主電弧，引發(fā)主電弧后高頻波被關(guān)閉，設(shè)在控制箱內(nèi)的收弧控制器控制起弧引導板的電流和等離子氣按設(shè)定的斜率的逐漸加大。等離子氣在高速通過焊槍的水冷噴嘴時受到壓縮，增大能量密度和離解度，隨著主電弧加大，形成等離子弧。該等離子氣為100。/。的氬(Ar)離子氣，流量為8.5-10.4L/min。該等離子氣通過氣體加熱離解產(chǎn)生，等離子弧弧區(qū)內(nèi)的氣體完全電離，能量高度集中，能量密度很大，可達105-106W/cm2，電弧溫度可高達24000-5000K，能迅速熔化金屬材料。等離子氣及保護氣體采取相同的氣體(100%的氬氣)，可以提高電弧的穩(wěn)定性。6.穿孔式熔融焊接(KEYHOLEWELDING)。該焊接電流為170-275A，焊接電壓36-39V。等離子弧的穩(wěn)定性、發(fā)熱量和溫度都高于一般電弧，因而具有較大的熔融透力和焊接速度。我們使用的穿孔式熔融焊接的形式以強力聚集的焊弧獲得。由于提高等離子氣流量及電極的后縮量，爐管在熔焊池前緣處被貫穿，在穿孔式熔融焊接狀態(tài)下，其滲透力是綜合離子氣及氣體的動能配合熱力的傳導而成，形成一個叫做"鑰匙孔"的小孔。該孔是由等離子噴射氣流的力量配合熱力排開熔融金屬而形成。當焊槍以一定的速度移行，由表面張力所支持的熔融金屬向"鑰匙孔"的后方流動，冷卻形成焊縫，即完成穿孔式熔融焊接。該焊接電流是根據(jù)板厚或熔透要求來選定的。焊接電流過小，難于形成小孔效應；焊接電流增大，等離子弧穿透能力增大，但電流過大會造成熔池金屬因小孔直徑過大而墜落，難以形成合格焊縫，甚至引起雙弧，損傷噴嘴并破壞焊接過程的穩(wěn)定性。焊接電流為170-275A時小孔大小合適，焊縫成形較好。在這種小孔效應和高密度能量的作用下，焊接速度快，能在不加焊絲的情況下焊接壁厚IO隨的爐管，而且變形量小，焊根及余高很小。7.焊接結(jié)束時，如果突然切斷電流，則貫穿的"鑰匙孔"的小孔可能不會熔合或可能會出現(xiàn)收弧裂紋。我們采用收弧控制器控制電流及等離子氣按設(shè)定的斜率逐漸減小(收弧衰減)，以逐漸降低焊弧壓力及輸入熱量，使熔融金屬流入孔中，然后凝固收弧。8.焊接完成的爐管自動推到檢驗工位。再進行下一個爐管的焊接工作。為了獲得穩(wěn)定的小孔焊接過程，申請人經(jīng)過的多次實驗，在以下幾個實施例不同爐管壁厚的情況下，各有其最優(yōu)的參數(shù)值。實施例1:當爐管壁厚為5mm時，采用電流170A，坡口形式I型對接，焊接電壓36V,焊接線速度330mm/min,離子氣流量8.5L/min,保護氣流量25L/min。效果焊縫成形好；收弧飽滿無裂紋；焊根控制好，高0.5mm。實施例2:當爐管壁厚為6mm時，采用電流205A,坡口形式I型對接，坪接電壓36.5V，焊接線速度310mm/min,離子氣流量9L/min，保護氣流量28L/min。效果焊縫成形好；收弧飽滿無裂紋；焊根控制好，高0.5mm。實施例3:當爐管壁厚7mm時，采用電流245A,坡口形式I型對接，焊接電壓37V,焊接線速度290mm/min,離子氣流量9.5L/min，保護氣流量30L/min。效果焊縫成形好；收弧飽滿無裂紋；焊根控制好，高0.4mm。實施例4:當爐管壁厚9mm時，采用電流260A,坡口形式I型對接，焊接電壓38V，焊接線速度290mm/min,離子氣流量10L/min，保護氣流量32L/min。效果焊縫成形好；收弧飽滿無裂紋；焊根控制好，高0.4mm。實施例5:當爐管壁厚10mm時，采用電流275A，坡口形式I型對接，焊接電壓39V,焊4矣線速度250mm/min,離子氣流量10.4L/min,寸呆護氣流量33L/min。效果焊縫成形好；收弧飽滿無裂紋；焊根控制好，高0.3mm。采取等離子弧焊工藝焊接耐高溫合金爐管，相比手工鴒極氬弧焊和自動鴒極氬弧焊具有更好的技術(shù)效果，具體比較于下表<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點1.采用等離子弧焊焊接壁厚5-10mm的耐高溫合金爐管，焊接速度快、變形量小、焊根及余高很小。且等離子焊的鴒電極棒隱藏在焊槍噴嘴的后方，外界不純物不至于碰觸到熾熱的電極棒。多了這一層保護，鴒棒的更換時間大大延長。2.當爐管厚度在5-10mm時，所設(shè)定的焊接參數(shù)，足夠使熔焊池在貫穿時，其底部產(chǎn)生挖掘作用，導致氣孔或表面不平整發(fā)生。因此在直線焊接時，采用起弧引導板(STARTINGTABS),并采用可程式控制離子氣及電流斜率(收弧衰減)的控制器，解決此問題。3.采用具有控制離子氣及電流斜率(收弧衰減)的控制器，容許逐漸降低焊弧壓力及輸入熱量，使熔融金屬流入孔中，然后凝固。解決焊接結(jié)束時，如果突然切斷電流，則所貫穿的焊孔可能不會閉合或出現(xiàn)收弧裂紋。4.爐輥管內(nèi)通Ar氣體進行保護，進一步提高焊接的效果。以上對本發(fā)明的描述是說明性的，而非限制性的，本專業(yè)技術(shù)人員理解，在權(quán)利要求限定的精神與范圍之內(nèi)可對其進行許多修改、變化或等效，但是它們都將落入本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。權(quán)利要求1、一種等離子弧焊焊接耐高溫合金爐管的方法，其特征在于，包括如下步驟A、將想要焊接的兩根耐高溫合金爐管送到轉(zhuǎn)動輪上，將兩根爐管無間隙組對；B、將爐管壓緊由轉(zhuǎn)動輪帶動爐管轉(zhuǎn)動；C、利用起弧引導板形成等離子氣體焊弧，從焊槍噴出；D、以穿孔式熔融焊接的方式焊接爐管；E、采用收弧控制器控制電流及離子氣按設(shè)定的斜率逐漸減小，形成收弧衰減，以容許逐漸降低焊弧壓力及輸入熱量，使熔融金屬流入孔中，然后凝固收弧。2、如權(quán)利要求1所述的等離子弧焊焊接耐高溫合金爐管的方法，其特征在于，在步驟B中還包括，在爐管管內(nèi)通入流量為25-33升/分鐘的保護氣體。3、如權(quán)利要求2所述的等離子弧焊焊接耐高溫合金爐管的方法，其特征在于，該保護氣體為100%的氬氣。4、如權(quán)利要求1所述的等離子弧焊焊接耐高溫合金爐管的方法，其特征在于，步驟B中該爐管轉(zhuǎn)動時外圓周的線速度為250-330毫米/分鐘。5、如權(quán)利要求1所述的等離子弧焊焊接耐高溫合金爐管的方法，其特征在于，步驟C中該形成等離子氣體焊弧的過程為高頻波發(fā)生器產(chǎn)生的高頻波在鎢棒與焊槍噴嘴間引發(fā)一股低幅直流電，形成引導弧，由該引導弧引發(fā)主電弧，引發(fā)主電弧后高頻波被關(guān)閉，起弧引導板的電流和等離子氣按設(shè)定的斜率逐漸加大，該等離子氣高速通過焊槍的水冷噴嘴，并隨著主電弧加大，形成等離子弧。6、如權(quán)利要求5所述的等離子弧焊焊接耐高溫合金爐管的方法，其特征在于，該等離子氣的流量為8.5-10.4升/分鐘。7、如權(quán)利要求1所述的等離子弧焊焊接耐高溫合金爐管的方法，其特征在于，步驟D中該穿孔式熔融焊接的方式為等離子噴射氣流的力量配合熱力排開熔融金屬而形成鑰匙孔，當焊槍以一定的速度移行，由表面張力所支持的熔融金屬向鑰匙孔的后方流動，冷卻而形成焊縫。8、如權(quán)利要求7所述的等離子弧焊焊接耐高溫合金爐管的方法，其特征在于，步驟D中該穿孔式熔融焊接的焊接電流為170-275A,焊接電壓為36-39V。9、如權(quán)利要求1所述的等離子弧焊焊接耐高溫合金爐管的方法，其特征在于，該耐高溫合金爐管管壁的厚度為5-10mm。全文摘要一種等離子弧焊接耐高溫合金爐管的方法，包括如下步驟A.將想要焊接的兩根耐高溫合金爐管送到轉(zhuǎn)動輪上，將兩根爐管無間隙組對；B.將爐管壓緊，由轉(zhuǎn)動輪帶動爐管轉(zhuǎn)動；C.采用起弧引導板形成等離子氣體焊弧，從焊槍噴出；D.以穿孔式熔融焊接的方式焊接爐管。采用本發(fā)明進行焊接，焊接速度快，能在不加焊絲的情況下焊接壁厚10mm的爐管，并能很好解決爐管焊接的收弧裂紋問題，而且變形量小、焊根及余高很小，其工藝穩(wěn)定性確保其可以投入到生產(chǎn)線中去。文檔編號B23K10/02GK101648314SQ20091009242公開日2010年2月17日申請日期2009年9月14日優(yōu)先權(quán)日2009年9月14日發(fā)明者杰浦申請人:杰浦