專利名稱：高強(qiáng)鎳鐵鉻合金與鉻鎳不銹鋼板焊接方法及多晶硅冷氫化反應(yīng)器制備的應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及高強(qiáng)鎳鐵鉻合金與鉻鎳不銹鋼板的焊接方法。
背景技術(shù)：
高強(qiáng)鎳鐵鉻合金如NSlll/N08800/Incoloy800/Cr20Ni32AlTi等，是耐蝕合金中較好性能，成本和價格較高，抗氧化性介質(zhì)腐蝕，高溫下抗?jié)B碳性良好。常用作熱交換器及蒸汽發(fā)生器等。典型的如N08800和hcoloy 800Ho此材料具有較好抗氧化性介質(zhì)的能力，耐腐蝕，抗高溫抗?jié)B碳熱強(qiáng)度高，具有優(yōu)良的機(jī)械性能和抗腐蝕性能、加工性能及焊接性能，是具有廣泛用途的耐綜合腐蝕性能較好的合金。耐蒸汽、軟水、蒸汽-空氣-C03混合物，各種酸溶液、鹽類、H2S腐蝕。而相對成本低的鉻鎳不銹鋼、典型的如0Crl7Nil2Mo2也具有較大用途，現(xiàn)有技術(shù)未有對以上二種合金板的焊接作出工藝性報導(dǎo)。冷氫化反應(yīng)器的材料的選用主要考慮耐高溫性能，作為主要反應(yīng)區(qū)的中下部溫度相對較高，選用N08800材料，根據(jù)ASME II-D得N08800使用溫度上限825°C，滿足本段溫度使用要求。其成分介于不銹鋼和鎳基合金之間，其鎳含量處于在高溫高壓條件下既不出現(xiàn)穿晶，又不產(chǎn)生晶間應(yīng)力腐蝕的范圍，且材料具有高強(qiáng)度，抗高溫氧化和蠕變的性能以及優(yōu)良的抗均勻腐蝕和氯化物應(yīng)力腐蝕性能，在多晶硅項目中得到廣泛應(yīng)用。N08800系列材料焊接特性表明，N08800系列材料成分中鎳含量高，其具有以下有別于不銹鋼且嚴(yán)重影響焊接質(zhì)量的特性1)焊接熔池金屬流動性差2)焊接電弧穿透率低，熔深小3)焊接接頭易產(chǎn)生熱裂紋，應(yīng)力釋放裂紋和氣孔等缺陷4)使用過程中金屬表面形成致密的氧化膜避免進(jìn)一步氧化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是提出一種高強(qiáng)鎳鐵鉻合金與鉻鎳不銹鋼板的焊接方法，尤其是厚壁N08800與鉻鎳不銹鋼板的焊接方法，以及利用本發(fā)明方法制備符合要求苛刻的多晶硅產(chǎn)業(yè)的冷氫化反應(yīng)器。本發(fā)明目的還在于在保證焊接熔合良好的基礎(chǔ)上，減少填充金屬，降低焊接應(yīng)力。本發(fā)明的技術(shù)方案是高強(qiáng)鎳鐵鉻合金與鉻鎳不銹鋼板的焊接方法，其步驟是焊接接頭施焊處進(jìn)行清理、磨光、(溶劑)清潔；主體焊縫坡口結(jié)構(gòu)采用對稱U形坡口，坡口根部R彡8mm，坡口側(cè)壁角度(如單坡口角度)β彡14° 鈍邊是lmm-2mm，可以將底部間隙設(shè)在大約3mm-4mm ；采用鎢極氬弧焊打底，正反高鎳鉻焊條填充各2-3層，再采用焊條施焊時，坡口中部填充不擺動，坡口邊緣焊接時小幅微擺動，在焊縫坡口處的短暫停留，以防焊道被”咬邊”或出現(xiàn)焊渣被摻雜的情況；高鎳鉻合金的細(xì)絲埋弧焊填充蓋面，施焊時采用多層多道焊；細(xì)絲小電流，快速焊，并層道間壓道施焊。典型氫化反應(yīng)器設(shè)備制作關(guān)鍵問題是0Crl7Ni 12Mo2和N08800板的焊接， 0Crl7Nil2Mo2不銹鋼焊接相對容易，焊接控制層道金屬填充厚度和層間溫度，可保證焊接接頭質(zhì)量。N08800系列材料屬于鐵鎳高溫合金，鎳合金的焊接方法與奧氏體不銹鋼的焊接方法有一定類似。而該材料具有較多有別于不銹鋼的特性，加工焊接過程中要求的工藝不同于普通不銹鋼。本發(fā)明涉及的設(shè)備屬于多晶硅核心設(shè)備，其中0Crl7Nil2Mo2材料厚度為 30-60mm, N08800材料厚度為30_60mm，提高該設(shè)備的N08800部分的加工焊接要求極為重要。焊接坡口成形方法是，采用機(jī)床對板材進(jìn)行粗刨，待坡口角度及R弧尺寸大體成形時再更換刀具對表面進(jìn)行一次精刨，最后用拋光機(jī)進(jìn)行局部拋光，經(jīng)過粗糙度儀檢測合格后進(jìn)行角度和R弧測量。坡口清理清潔步驟是焊接前將坡口及附近用丙酮進(jìn)行清理，徹底清除油污和灰塵；打底焊用純度在99. 99%以上的氬氣，施焊時反面先通氬氣保護(hù)。焊接完成后對表面質(zhì)量再次進(jìn)行檢查，合格后進(jìn)行無損檢測；焊接中選用小電流、 短弧和較慢的焊接速度，每分鐘小于15厘米，打底焊過程中，焊絲加熱端必須處于氬氣保護(hù)之中，多層焊接時要嚴(yán)格控制層間溫度，不得高于100°C，收弧時將弧坑填滿或把弧坑引出避免弧坑裂紋。消除焊接結(jié)晶裂紋的方法是仔細(xì)清理焊件表面的氧化皮和污物，以免含S、P、Pb 元素的雜質(zhì)混入焊接熔池。焊接時避免產(chǎn)生H20氣孔和CO氣孔的方法將工件的坡口及附近的油類和污垢沒
有清除干凈。典型氫化反應(yīng)器設(shè)備的使用情況，冷氫化反應(yīng)器的上部分(整個設(shè)備高度的1/3 左右)介質(zhì)主要為反應(yīng)產(chǎn)生的氣體及原料氣體，由于空間增大，溫度比中下部分有所降低，腐蝕程度也較低，材料選用06Crl7M12MO2。下部分為反應(yīng)段，使用溫度高，材料選用 N08800。典型冷氫化反應(yīng)器結(jié)構(gòu)中0Crl7Nil2Mo2材料厚度為60mm，使用溫度560°C -580°C ； N08800材料厚度為45mm，使用溫度580°C _600°C。本發(fā)明有益效果是提出了高強(qiáng)鎳鐵鉻合金與鉻鎳不銹鋼板的焊接方法的實現(xiàn)， 可用于厚壁N08800的焊接，用于多晶硅領(lǐng)產(chǎn)業(yè)的氫化反應(yīng)器的制備的效果極好。本發(fā)明采用U型坡口，比V型坡口的開口寬度小，所以熔焊金屬填充量小，熔焊效率高。U型坡口邊坡斜角不宜過小，清渣容易。本發(fā)明工藝很好的解決了以下問題不銹鋼和鎳合金隨著板厚度增加，加工成形難度，焊接接頭產(chǎn)生缺陷的傾向變大、還解決了焊接熔池金屬流動性差、焊接電弧穿透率低和熔深小、焊接接頭易產(chǎn)生熱裂紋，應(yīng)力釋放裂紋和氣孔等缺陷的問題，本發(fā)明采用較大的根部圓角和坡口側(cè)壁角度，適應(yīng)鎳合金熔池熔化金屬流動性差的特性，在保證焊接熔合良好的基礎(chǔ)上，減少填充金屬，降低焊接應(yīng)力。


圖1是本發(fā)明冷氫化反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)示意圖，圖2是本發(fā)明焊接方法示意圖
具體實施例方式N08800系列材料屬于鐵鎳高溫合金，這種合金的焊接方法與奧氏體不銹鋼的焊接方法有一定類似。而該材料具有較多有別于不銹鋼的特性，加工焊接過程中要求的工藝不同于普通不銹鋼。本發(fā)明應(yīng)用的設(shè)備涉及屬于多晶硅氫化工藝的核心設(shè)備，保證該設(shè)備的 N08800部分的加工焊接質(zhì)量極為重要。1、主要的焊接方法是1)防止表面氧化材料表面形成的氧化物的熔點(diǎn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于N08800合金的熔點(diǎn)。 若焊接過程焊接接頭中存在這些氧化膜，會導(dǎo)致焊接接頭存在熔合不良或氧化膜夾雜等缺陷。2)防止會引起脆化的元素進(jìn)入熔池鎳易與硫⑶、鉛(Ph)、磷⑵和鋅(Zn)等易形成低熔點(diǎn)共晶，產(chǎn)生熱裂紋。焊接接頭進(jìn)行仔細(xì)清理，清潔。3)焊接加工工藝措施a)主體焊縫坡口結(jié)構(gòu)采用對稱雙U形坡口 1、3，根部 R彡8mm，坡口較大單面角β，單坡口角度β彡15° 鈍邊大約是lmm-2mm，(底部間隙大約在3mm-4mm)。該雙U型坡口結(jié)構(gòu)避免了鎳合金焊接產(chǎn)生缺陷；在焊接中雙U型坡口和采用小焊絲自動焊的工藝，通過實施調(diào)節(jié)焊槍位置和傾角等工藝措施，保證焊接接頭熔合良好， 同時大幅提高了焊接效率。b)采用鎢極氬弧焊打底，正反焊填充各2-3層，再采用焊條電弧焊和細(xì)絲埋弧焊填充蓋面。c)焊接過程中應(yīng)該嚴(yán)格控制熱量輸入，施焊時在2、4區(qū)采用多層多道焊。焊條施焊時，小電流，快速焊，坡口中部填充不擺動。坡口邊緣焊接時小幅微擺動，在焊縫坡口處的短暫停留，以防焊道被”咬邊”或出現(xiàn)焊渣被摻雜的情況。埋弧焊，細(xì)絲小電流，快速焊，層道間壓道施焊。焊接參數(shù)
權(quán)利要求
1.高強(qiáng)鎳鐵鉻合金與鉻鎳不銹鋼板的焊接方法，其特征是步驟為焊接接頭施焊處進(jìn)行清理、磨光、清潔；主體焊縫坡口結(jié)構(gòu)采用對稱U形坡口，坡口根部R ^ 8mm,單坡口角度 β彡14° :鈍邊是lmm-2mm ；采用鎢極氬弧焊打底，正反焊填充各2_3層，再采用細(xì)絲埋弧焊填充蓋面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高強(qiáng)鎳鐵鉻合金與鉻鎳不銹鋼板的焊接方法，其特征是步驟為焊接過程中焊條施焊時，小電流，快速焊，坡口中部填充不擺動。坡口邊緣焊接時小幅微擺動，在焊縫坡口處的短暫停留。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高強(qiáng)鎳鐵鉻合金與鉻鎳不銹鋼板的焊接方法，其特征是層道間壓道施焊。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3之一所述的高強(qiáng)鎳鐵鉻合金與鉻鎳不銹鋼板的焊接方法，其特征是 0Crl7Nil2Mo2 和 N08800 板的焊接，0Crl7Nil2Mo2 材料厚度為 30_60mm，N08800 材料厚度為30-60mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至3之一所述的高強(qiáng)鎳鐵鉻合金與鉻鎳不銹鋼板的焊接方法，其特征是焊接坡口成形方法是，采用機(jī)床對板材進(jìn)行粗刨，待坡口角度及R弧尺寸大體成形時再更換刀具對表面進(jìn)行一次精刨，最后用拋光機(jī)進(jìn)行局部拋光，經(jīng)過粗糙度儀檢測合格后進(jìn)行角度和R弧測量。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至3之一所述的高強(qiáng)鎳鐵鉻合金與鉻鎳不銹鋼板的焊接方法，其特征是坡口清理清潔步驟是焊接前將坡口及附近用丙酮進(jìn)行清理，徹底清除油污和灰塵； 打底焊用純度在99. 99%以上的氬氣，施焊時反面先通氬氣保護(hù)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至3之一所述的高強(qiáng)鎳鐵鉻合金與鉻鎳不銹鋼板的焊接方法，其特征是焊接完成后對表面質(zhì)量再次進(jìn)行檢查，合格后進(jìn)行無損檢測；焊接中選用小電流、短弧和較慢的焊接速度，每分鐘小于15厘米，打底焊過程中，焊絲加熱端必須處于氬氣保護(hù)之中，多層焊接時要嚴(yán)格控制層間溫度，不得高于100°C，收弧時將弧坑填滿或把弧坑引出避免弧坑裂紋。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至3之一所述的高強(qiáng)鎳鐵鉻合金與鉻鎳不銹鋼板的焊接方法，其特征是消除焊接結(jié)晶裂紋的方法是仔細(xì)清理焊件表面的氧化皮和污物，以免含SJJb元素的雜質(zhì)混入焊接熔池。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至3之一所述的高強(qiáng)鎳鐵鉻合金與鉻鎳不銹鋼板的焊接方法，其特征是焊接時避免產(chǎn)生H20氣孔和CO氣孔的方法將工件的坡口及附近的油類和污垢沒有清除干凈。
10.高強(qiáng)鎳鐵鉻合金與鉻鎳不銹鋼板的焊接在制備冷氫化反應(yīng)器的應(yīng)用，冷氫化反應(yīng)器的上部分錐體，占整個設(shè)備高度的1/3，材料選用60mm厚06Crl7Nil2Mo2，與下部塔體的 N08800材料進(jìn)行焊接，下部塔體材料的厚度為45mm。
全文摘要
高強(qiáng)鎳鐵鉻合金與鉻鎳不銹鋼板的焊接方法，步驟為焊接接頭施焊處進(jìn)行清理、磨光、清潔；主體焊縫坡口結(jié)構(gòu)采用對稱U形坡口，坡口根部R≥8mm，單坡口角度β≥14°鈍邊是1mm-2mm；采用鎢極氬弧焊打底，正反焊填充各2-3層，再采用細(xì)絲埋弧焊填充蓋面。本發(fā)明應(yīng)用于多晶硅冷氫化反應(yīng)器制備，在保證反應(yīng)器質(zhì)量的基礎(chǔ)上能夠降低原材料的成本。
文檔編號B23K9/167GK102500886SQ20111035768
公開日2012年6月20日 申請日期2011年11月11日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月11日
發(fā)明者吳勇, 吳厚金, 鄒華, 鐘曉鋒 申請人:南京德邦金屬裝備工程有限公司