專利名稱：鉻鉬耐熱鋼管背面無保護(hù)實芯焊絲打底焊接方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及金屬材料安裝工程的焊接領(lǐng)域，具體涉及應(yīng)用于石油化工各類加熱、 裂解爐管的改良型馬氏體鉻鉬耐熱鋼管道的焊接。
背景技術(shù)：
改良型鉻鉬耐熱鋼管道的焊接通常由打底焊、填充焊和蓋面焊三個層面組成，其 中打底焊是改良型鉻鉬耐熱鋼管道焊接技術(shù)中最關(guān)鍵的一環(huán)。因為打底焊縫背面高溫氧化 問題，一直是難以圓滿解決的關(guān)鍵技術(shù)難題，特別是在高空、長距離管道固定口的焊接工作 中，即使采取管內(nèi)充保護(hù)氣體的方法也很難保證焊接質(zhì)量百分之百的無高溫氧化。通常采取背面充保護(hù)氣體的焊接方法實芯焊絲的不熔化極鎢極氬弧焊，是目前 規(guī)范的改良型鉻鉬耐熱鋼管道焊接的常用技術(shù)，適合于Φ 20 Φ 500mm的管徑，壁厚彡3mm 以上的改良型鉻鉬耐熱鋼管道的焊接。一般管道背面可充氬氣、氮氣、氮氫混合氣體進(jìn)行保 護(hù)。通常是封固管口，直接充保護(hù)氣，等量排除空氣，達(dá)到一定的時間后(通常無法檢測保 護(hù)氣體的濃度，一般由焊工本人根據(jù)經(jīng)驗掌握)才可以進(jìn)行焊接，無定量的技術(shù)保證。管道內(nèi)充保護(hù)氣的焊接技術(shù)工藝，焊前準(zhǔn)備工作較為繁瑣，不僅耗時同時對資源 的浪費也是極大的。充氬氣、氮氣保護(hù)時，由于沒有脫氧或脫氫措施，因此焊接前的脫脂、除 銹、去水等準(zhǔn)備工作要求嚴(yán)格又極為繁瑣，由于工藝復(fù)雜、焊接效率低因而極大地增加了勞 動量，提高了生產(chǎn)成本。尤其是在施工現(xiàn)場的高空、長距離管道施工時，背面充保護(hù)氣幾乎 是不可能百分之百的做到，施工質(zhì)量常常受到很大的影響。

發(fā)明內(nèi)容
針對以上現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供了一種工藝簡單、工作效率高、焊接 工藝性能良好的，專用于改良型鉻鉬耐熱鋼管背面無保護(hù)實芯焊絲打底焊接方法。本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的改良型鉻鉬耐熱鋼管背面無保護(hù)實芯焊絲打底焊接方法，用鉻鉬鋼實心焊絲 ER80S-G或ER90S-B9配合富氦多元混合保護(hù)氣體，按照SH/T3520-2004標(biāo)準(zhǔn)及常規(guī)的焊接 參數(shù)進(jìn)行改良型鉻鉬耐熱鋼類管道的打底焊接，再根據(jù)管道的壁厚采取焊條進(jìn)行填充和蓋 面焊接。其中富氦多元混合保護(hù)氣體包括體積百分含量為82 92%的He、體積百分含量 為6 12%的Ar，以及體積百分含量為2 6%的C02。所述ER80S-G或ER90S-B9鉻鉬鋼實心焊絲依據(jù)美國AWS A5. 28-" 2005和ASME SFA5. 28-05鉻鉬耐熱鋼焊接標(biāo)準(zhǔn)選用。所述改良型鉻鉬耐熱鋼類管道為ASTM A335-P11和ASTM A335-P91改良型鉻鉬耐
熱鋼管道。 為達(dá)到更優(yōu)的焊接工藝性能，本發(fā)明所使用的改良型鉻鉬耐熱鋼管道，其組對后 U型坡口間隙為1 1. 5_，低于國家標(biāo)準(zhǔn)2 2. 5_。
本發(fā)明應(yīng)用硅、鉻、鉬、鎳含量均較高的美國AWS A5.觀-〃 2005, ASMESFA5. 28-05 改良型鉻鉬耐熱鋼制成的實心焊絲ER80S-G和ER90S-B9，配合富氦多元混合保護(hù)氣體 (He+Ar+C02)以及寬度為1 1. 5mm的窄間隙U型對接坡口，用于ASTM A335-P1U ASTM A335-P91馬氏體改良型鉻鉬耐熱鋼管道的焊接。鋼的馬氏體組織是碳在α -Fe中的過飽和固溶體，因此馬氏體具有很高的硬度和 強度，是在奧氏體轉(zhuǎn)變產(chǎn)物中硬度最高的。但由于馬氏體轉(zhuǎn)變是在較低溫度下進(jìn)行的，碳 原子和鐵原子均不能進(jìn)行擴(kuò)散，故馬氏體在轉(zhuǎn)變過程中的鐵的晶格改組是通過切變方式來 完成的，所以馬氏體轉(zhuǎn)變是典型的非擴(kuò)散型相變。因此針對馬氏體改良型鉻鉬耐熱鋼管道 的焊接，與其它鋼材管道的焊接有極大的區(qū)別，如馬氏體鋼與奧氏體鋼的最大區(qū)別是奧氏 體鋼在焊接過程中為防止產(chǎn)生晶間裂紋，必須控制熱輸入，焊接前不得預(yù)熱，應(yīng)控制層間溫 度，小電流、快速焊接、快速冷卻；馬氏體鋼在焊接過程中為防止產(chǎn)生冷裂紋、再熱裂統(tǒng)紋和 回火脆性、焊接前必須預(yù)熱、控制層間溫度，必須做好焊后熱處理。而且，焊接過程中焊縫的 填充金屬應(yīng)控制在最小的容量，所以需要強調(diào)采取U型坡口窄間隙管對接。AffS Α5. 28- “ 2005、ASME SFA5.沘_05 改良型鉻鉬耐熱鋼實芯焊絲 ER80S-G、 ER90S-B9 的直徑為 Φ 2. 0_、Φ 2. 4_。1、直徑為Φ 2mm的焊絲，其焊接規(guī)范參數(shù)如下焊接電流85A 125A 焊接電壓8V 14V多元混合氣體流量10 16L/min2、直徑為Φ 2. 4mm的焊絲，其焊接規(guī)范參數(shù)如下焊接電流95A 145A 焊接電壓IOV 16V多元混合氣體流量16 20L/min實芯焊絲ER80S-G、ER90S-B9 依據(jù)美國 AWS A5. 28-〃 2005 和 ASME SFA5. 28-05 鉻 鉬耐熱鋼焊接標(biāo)準(zhǔn)選用，富含量硅、鉻、鉬、鎳，一方面可以增加焊縫金屬的流動性，有利于 氣體的逸出，并增加熔敷金屬的韌性，避免熱裂紋的形成；另一方面，在焊接過程中，焊縫背 面的硅在高溫時優(yōu)先和空氣中的氧結(jié)合，起到了保護(hù)背面焊縫金屬的作用，有利于防止焊 縫背面金屬高溫氧化的形成。用于焊接的富氦多元混合保護(hù)氣體(He+Ar+C02)的作用及體積百分比為氦He 為單原子惰性氣體，導(dǎo)熱系數(shù)大，其最大的優(yōu)點是電弧在He氣中燃燒時，電 弧溫度較高，電弧電壓也較高，因此，母材熱輸入較大，從而可改善焊縫金屬熔池的熔深。多 元混合氣體中加入富氦氣，可提高焊接速度，通常可接近鎢極氬弧焊的焊接速度兩倍，因此 可減少管道背面焊縫金屬的高溫停留時間，有利于防止背面焊縫金屬的氧化。配比體積百 分含量82 92%。氬Ar 單原子惰性氣體，導(dǎo)熱系數(shù)很小，高溫時不易分解吸熱。因此氬氣中電弧 燃燒非常穩(wěn)定，熱量散射損失也較少，用氬氣作保護(hù)時，形成的保護(hù)氣罩也使其不易發(fā)散漂 浮，可防止大氣中的氧分子的侵入，使電弧更加穩(wěn)定。此外，混合氣體中加入氬氣，還可減少 飛濺。配比體積百分含量6 12%。(He+Ar)混合氣體也可改善焊縫熔深、減少氣孔的形成和提高生產(chǎn)率。二氧化碳(X)2 氧化性氣體，混合氣體中加入(X)2氣體，一方面可提高電弧的力度， 增大熔深，提高焊絲的熔化效率與母材熔池原子的結(jié)合力，一方面又可克服陰極漂移現(xiàn)象及焊縫成形等不良問題。配比體積百分含量2 6%。本發(fā)明的有益效果為本發(fā)明采用依據(jù)美國AWS A5.觀-〃 2005、ASME SFA5.觀_05鉻鉬耐熱鋼焊接標(biāo)準(zhǔn) 選用實芯焊絲ER80S-G、ER90S-B9配合富氦多元混合保護(hù)氣體(He+Ar+C02)以及寬度為1 1. 5mm的窄間隙U型對接坡口，用于ASTM A335-P11、ASTM A335-P91改良型鉻鉬耐熱鋼管 道的焊接，背面免充保護(hù)氣體保護(hù)，突破了傳統(tǒng)的管內(nèi)充氬氣保護(hù)的鎢極氬弧焊打底焊接 工藝，熔池清晰可見，使改良型鉻鉬耐熱鋼打底焊接技術(shù)水平上了一個臺階，開辟了一個節(jié) 能降耗的空間。該方法可有效減少焊前的準(zhǔn)備工作量以及充保護(hù)氣的費用，大幅度提高生產(chǎn)效 率，降低生產(chǎn)成本。因管內(nèi)無需保護(hù)氣體，尤其適用于現(xiàn)場高空作業(yè)、長距離改良型鉻鉬耐 熱鋼管道的焊接施工。因此采用本發(fā)明，工藝簡單可靠，生產(chǎn)效率高，焊接工藝性能良好。
具體實施例方式一、焊接工藝試驗為保證焊接質(zhì)量采取對比分析法，進(jìn)行焊接工藝試驗。根據(jù)鋼號的不同，分別進(jìn)行 傳統(tǒng)的鎢極氬弧焊一組，對應(yīng)鎢極富氦混合氣弧焊三組的方法，進(jìn)行理化對比試驗，該組 試驗由國家批準(zhǔn)，合格的理化檢測單位進(jìn)行檢測、出具合法的理化、無損檢測報告。試驗第1組改良型鉻鉬耐熱鋼管道母材為美國ASTM A335-P11。其化學(xué)成分如 表1所示。管道坡口及焊縫試樣按照GB4334. 5-90標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行選取。焊接實例(1):背面充99. 9% Ar氬氣保護(hù)的鎢極氬弧焊(按SH/T3520-2004標(biāo) 準(zhǔn)進(jìn)行試驗)使用美國AWS A5.28-" 2005改良型鉻鉬耐熱鋼實芯焊絲ER80S-G(直徑 Φ2. 4mm)。具體的焊接工藝參數(shù)如下焊接電流75A 110A、焊接電壓9V 12V、氣體流 量8L/min 12L/min、焊接設(shè)備采用逆變氬弧焊機，電流種類為直流正接。焊接實例O)背面不充保護(hù)氣，采用富氦多元混合保護(hù)氣體，配合比為氦氣體 積百分比為82% ；氬氣體積百分比為12% ；二氧化碳體積百分比為6% ；使用美國AWS A5. 28-" 2005改良型鉻鉬耐熱鋼實芯焊絲ER80S-G(直徑Φ2. 4mm)。具體的焊接工藝參數(shù) 如下焊接電流80A 120A、焊接電壓12V 18V、氣體流量10L/min 14L/min、焊接設(shè) 備采用逆變氬弧焊機，電流種類為直流正接。焊接實例(3)背面不充保護(hù)氣，采用富氦多元混合保護(hù)氣體，配合比氦氣體 積百分比為86% ；氬氣體積百分比為10% ；二氧化碳體積百分比為4% ；使用美國AWS A5. 28-" 2005改良型鉻鉬耐熱鋼實芯焊絲ER80S-G(直徑Φ2. 4mm)。具體的焊接工藝參數(shù) 如下焊接電流80A 120A、焊接電壓12V 18V、氣體流量14L/min 18L/min、焊接設(shè) 備采用逆變氬弧焊機，電流種類為直流正接。焊接實例背面不充保護(hù)氣，采用富氦多元混合保護(hù)氣體，配合比氦氣體 積百分比為92% ；氬氣體積百分比為6% ；二氧化碳體積百分比為2% ；使用美國AWS A5. 28-" 2005改良型鉻鉬耐熱鋼實芯焊絲ER80S-G (直徑Φ 2. 4mm)。具體的焊接工藝參數(shù) 如下焊接電流80A 120A、焊接電壓12V 18V、氣體流量16L/min 201/min、焊接設(shè) 備采用逆變氬弧焊機，電流種類為直流正接。試驗第2組改良型鉻鉬耐熱鋼管道母材為美國ASTM A335-P91，其化學(xué)成分如表1所示。管道坡口及焊縫試樣按照GB4334. 5-90標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行選取。焊接實例(5)背面充99. 9% Ar氬氣保護(hù)的鎢極氬弧焊(按SH/T3520-2004 標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行)使用美國ASME SFA5. 28-05改良型鉻鉬耐熱鋼實芯焊絲ER90S-B9 (直徑 Φ2. 4mm)進(jìn)行打底焊接與ASME SFA5. 5_06改良型鉻鉬耐熱鋼焊條E9015-B9焊條(直 徑Φ3. 2πιπιΦ4. 0mm)進(jìn)行填充和蓋面焊接。具體的焊接工藝參數(shù)如下焊接電流分別為 75A 95A IlOA 160A、焊接電壓分別為8V 12V 24V ^V、氣體流量8L/min 12L/ min、焊接設(shè)備采用逆變氬弧焊機，電流種類為直流正接、反接。焊接實例(6)背面不充保護(hù)氣，采用富氦多元混合保護(hù)氣體，配合比為氦氣體 積百分比為82%，氬氣體積百分比為12%，二氧化碳體積百分比為6 %，使用美國ASME SFA5. 28-05改良型鉻鉬耐熱鋼實芯焊絲ER90S-B9 (直徑Φ 2. 4mm)進(jìn)行打底焊接與ASME SFA5. 25-06改良型鉻鉬耐熱鋼焊條E9015-B9 (直徑Φ 3. 2mmΦ4. 0mm)進(jìn)行打底焊接。具體 焊接工藝參數(shù)如下焊接電流分別為80A 100A IlOA 160A、焊接電壓分別為12V 16V 24V ^V、氣體流量10L/min 14L/min、焊接設(shè)備采用逆變氬弧焊機，電流種類為直 流正接。焊接實例(7)背面不充保護(hù)氣，采用富氦多元混合保護(hù)氣體，配合比為氦氣體 積百分比為86%，氬氣體積百分比為10%，二氧化碳體積百分比為4%，使用美國ASME SFA5. 28-05改良型鉻鉬耐熱鋼實芯焊絲ER90S-B9 (直徑Φ 2. 4mm)進(jìn)行打底焊接與ASME SFA5. 5-06改良型鉻鉬耐熱鋼焊條E9015-B9(直徑Φ3. 2mmΦ4. 0mm)進(jìn)行打底焊接。具體焊 接工藝參數(shù)如下焊接電流分別為80A 100A IlOA 160A、焊接電壓12V 16V 24V ^V、氣體流量14L/min 18L/min、焊接設(shè)備采用逆變氬弧焊機，電流種類為直流正接。焊接實例(8)背面不充保護(hù)氣，采用富氦多元混合保護(hù)氣體，配合比為氦氣 體積百分比為92%，氬氣體積百分比為6%，二氧化碳體積百分比為2%，使用美國ASME SFA5. 28-05改良型鉻鉬耐熱鋼實芯焊絲ER90S-B9 (直徑Φ 2. 4mm)進(jìn)行打底焊接與ASME SFA5. 5-06改良型鉻鉬耐熱鋼焊條E9015-B9(直徑Φ3. 2mm Φ4. 0mm)進(jìn)行打底焊接。具 體焊接工藝參數(shù)如下焊接電流分別80A 100A IlOA 160A、焊接電壓分別12V 16V 24V ^V、氣體流量16L/min 20L/min、焊接設(shè)備采用逆變氬弧焊機，電流種類為直流正 接。以上試驗第2組焊接實例5-8中，由于選取的P91鋼管為Φ 219 X 15. 09mm，鋼管壁 太厚，因此按照正常的焊接順序，打底焊采用焊絲，填充及蓋面焊接必須選擇Φ3.2、Φ4.0 焊條，才能保證焊接質(zhì)量。表1美國ASTM Α335—Ρ11及Ρ91改良型鉻鉬耐熱鋼鋼管的化學(xué)成分
權(quán)利要求
1.改良型鉻鉬耐熱鋼管背面無保護(hù)實芯焊絲打底焊接方法，其特征在于用鉻鉬鋼實心 焊絲ER80S-G或ER90S-B9配合富氦多元混合保護(hù)氣體，按照SH/T3520-2004標(biāo)準(zhǔn)及常規(guī)的 焊接參數(shù)進(jìn)行改良型鉻鉬耐熱鋼類管道的打底焊接；其中富氦多元混合保護(hù)氣體包括體積百分含量為82 92%的He、體積百分含量為 6 12%的Ar，以及體積百分含量為2 6%的C02。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的改良型鉻鉬耐熱鋼管背面無保護(hù)實芯焊絲打底焊接方法，其 特征在于所述ER80S-G或ER90S-B9鉻鉬鋼實心焊絲依據(jù)美國AWS A5. 28-" 2005和ASME SFA5. 28-05鉻鉬耐熱鋼焊接標(biāo)準(zhǔn)選用。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的改良型鉻鉬耐熱鋼管背面無保護(hù)實芯焊絲打底焊接方法，其 特征在于所述改良型鉻鉬耐熱鋼類管道為ASTM A335-P11和ASTM A335-P91改良型鉻鉬耐 熱鋼管道。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的改良型鉻鉬耐熱鋼管背面無保護(hù)實芯焊絲打底焊接方 法，其特征在于所述改良型鉻鉬耐熱鋼管道組對后U型坡口間隙為1 1.5mm。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種改良型鉻鉬耐熱鋼管背面無保護(hù)實芯焊絲打底焊接方法，依據(jù)美國AWS A5.28-″2005、ASME SFA5.28-05鉻鉬耐熱鋼焊接標(biāo)準(zhǔn)選用實芯焊絲ER80S-G、ER90S-B9配合富氦多元混合保護(hù)氣體(He+Ar+CO2)以及寬度為1～1.5mm的窄間隙U型對接坡口，用于ASTM A335-P11、ASTM A335-P91改良型鉻鉬耐熱鋼管道的焊接。本發(fā)明方法可有效減少焊前準(zhǔn)備工作量以及充保護(hù)氣的費用，大幅度提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本。因管內(nèi)無需保護(hù)氣體，尤其適用于現(xiàn)場高空作業(yè)、長距離改良型鉻鉬耐熱鋼管道的焊接施工，工藝簡單可靠，生產(chǎn)效率高，焊接工藝性能良好。
文檔編號B23K35/38GK102114566SQ201110001649
公開日2011年7月6日 申請日期2011年1月6日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月6日
發(fā)明者周虎林, 李德峰, 陳劍鈞 申請人:安徽桑鈮科技股份有限公司