CN113523506A - 一种新型马氏体耐热钢g115管道焊接方法 - Google Patents

一种新型马氏体耐热钢g115管道焊接方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种新型马氏体耐热钢G115管道焊接方法，涉及焊接技术领域，本发明提供的新型马氏体耐热钢G115管道焊接方法包括：在两根需要焊接的G115管道端部制备坡口；采用隔板或者水溶纸方式在管道内制作氩气室，留有进气口和出气口；对G115管道坡口及附近母材进行预热；当坡口根部温度达到150℃时，保温30min后采用TIG进行打底焊接，并实现单面焊双面成型；采用半自动TIP TIG进行填充焊接后，采用半自动TIP TIG进行盖面焊接；焊接完成后进行高温回火热处理。本发明提供的新型马氏体耐热钢G115管道焊接方法采用TIG和TIP TIG结合的焊接方法，确保焊接质量满足使用性能要求，提高焊接生产效率，减少焊接材料的使用且可降低焊工劳度，减少人为因素的不利影响，节约焊接成本。

Description

一种新型马氏体耐热钢G115管道焊接方法
技术领域
本发明涉及焊接技术领域，尤其是涉及一种新型马氏体耐热钢G115管道焊接方法。
背景技术
我国能源发展和改革的战略导向明确，大力推进煤炭清洁高效利用。630℃超超临界燃煤发电机组是目前世界上最先进的发电技术，是未来重点发展方向，新型马氏体耐热钢G115则是其设计建设的关键材料。
焊接作为金属材料永久性连接工艺方法，G115焊接质量高低直接影响发电机组运行安全运行。G115钢属于9Cr-3W-3Co系列马氏体耐热钢，其合金含量高、焊接性差，焊接接头容易产生冷热裂纹。当前，焊接材料生产商研发的配套焊条熔敷金属的冲击韧性劣化严重，为研究施工现场焊接工艺带来了阻碍。G115钢管道现场安装全位置优质高效焊接工艺已成为电力行业的研究热点。
发明内容
本发明的目的在于提供一种新型马氏体耐热钢G115管道焊接方法，采用TIG和TIPTIG结合的焊接方法，确保焊接质量满足使用性能要求的同时，提高焊接生产效率，节约焊接成本。
为实现上述目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供一种新型马氏体耐热钢G115管道焊接方法，包括：
在两根需要焊接的G115管道端部制备坡口；
采用隔板或者水溶纸方式在管道内制作氩气室，留有进气口和出气口；
对G115管道坡口及附近母材进行预热；
当坡口根部温度达到150℃时，保温30min后采用TIG进行打底焊接，并实现单面焊双面成型；
采用半自动TIP TIG进行填充焊接后，采用半自动TIP TIG进行盖面焊接；
焊接完成后进行高温回火热处理。
进一步地，在所述制备坡口后，对坡口及管道内壁两侧打磨清理，并将两根需焊接的管道进行组对装配。
进一步地，当10mm≤管道壁厚≤30mm时，所述坡口包括依次连接的第一斜坡段、第一圆弧段和第一轴向延伸段；
当30mm＜管道壁厚≤150mm时，所述坡口包括依次连接的第二斜坡段、第二圆弧段、第三斜坡段、第三圆弧段、第四斜坡段和第二轴向延伸段，所述第二斜坡段、第三斜坡段和第四斜坡段与所述G115管道轴向之间的夹角逐渐减小。
进一步地，在制作所述氩气室之前，还包括：
选取与G115钢匹配的G115氩弧焊丝作为填充金属材料；
采用TIG时焊丝规格为φ2.4mm；
采取半自动TIP TIG时焊丝规格为φ1.0mm。
进一步地，在制作所述氩气室时，具体包括：
充入氩气室的纯氩流量为8-30L/min；焊缝厚度至少达到5mm时方可停止充氩，同时实时测量氩气室的氧气浓度，背部保护气体的氧气浓度应低于0.1%时方可进行根部焊接。
进一步地，所述对G115管道坡口及附近母材进行预热中：
加热区温度控制在200-270℃，坡口每侧加热区宽度不小于100mm。
进一步地，采用TIG进行打底焊接时，焊接电流为80-140A，焊接电流极性为直流正接，电弧电压为8-15V，焊接速度为25-50mm/min，层间温度控制在150-300℃，保护气体为氩气，流量为8-12L/min，焊道厚度控制范围为0.5-3mm。
进一步地，采用半自动TIP TIG进行填充焊接时，焊接电流为150-210A，焊接电流极性为直流正接，热丝电流为0-80A，电弧电压为8-15V，焊接速度为30-90mm/min，送丝速度=V×0.074m/min，V为18-28，焊丝振幅为200-260HZ，层间温度控制在150-300℃，保护气体为氩气，流量为15-20L/min，焊道厚度控制范围为1-3mm。
进一步地，采用半自动TIP TIG进行盖面焊接时，焊接电流为150-200A，焊接电流极性为直流正接，热丝电流为0-80A，电弧电压为8-15V，焊接速度为20-60mm/min，送丝速度=V×0.074m/min，V为10-25，焊丝振幅为200-260HZ，层间温度控制在150-300℃，保护气体为氩气，流量为15-20L/min、焊道厚度控制范围为0.5-2.5mm。
进一步地，焊接完成后焊接接头温度降至80-150℃并保温1h-2h后进行热处理步骤，焊后热处理的恒温温度为765-775℃。
本发明提供的新型马氏体耐热钢G115管道焊接方法能产生如下有益效果：
相对于现有技术来说，本发明提供的新型马氏体耐热钢G115管道焊接方法采用TIG和TIP TIG结合的焊接方法，确保焊接质量满足使用性能要求的同时，提高焊接生产效率，减少焊接材料的使用且可降低焊工劳度，减少人为因素的不利影响，节约焊接成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种新型马氏体耐热钢G115管道焊接方法；
图2为本发明实施例提供的一种坡口的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的另一种坡口的结构示意图。
图标：1-第一斜坡段；2-第一圆弧段；3-第一轴向延伸段；4-第二斜坡段；5-第二圆弧段；6-第三斜坡段；7-第三圆弧段；8-第四斜坡段；9-第二轴向延伸段。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
本发明第一方面的实施例在于提供一种新型马氏体耐热钢G115管道焊接方法，如图1所示，包括：
步骤S101：在两根需要焊接的G115管道端部制备坡口；
步骤S102：采用隔板或者水溶纸方式在管道内制作氩气室，留有进气口和出气口；
步骤S103：对G115管道坡口及附近母材进行预热；
步骤S104：当坡口根部温度达到150℃时，保温30min后采用TIG进行打底焊接，并实现单面焊双面成型；
步骤S105：采用半自动TIP TIG进行填充焊接后，采用半自动TIP TIG进行盖面焊接；
步骤S106：焊接完成后进行高温回火热处理。
其中，TIG（Tungsten Inert Gas Welding），又称为非熔化极惰性气体保护电弧焊，其具有气密性较好，焊缝气孔少等优点；TIP TIG焊接技术是一种独特的动态振动自动送丝的热丝TIG焊接技术，TIP TIG具备热丝功能，通过改善熔敷率提高焊接速度，且TIPTIG 采用自动高频振动送丝机构，赋予输送的焊丝高频线性振动。
本发明采用了TIG和TIP TIG 焊接技术，不仅保证焊接质量满足使用性能要求，还能够提高焊接生产效率，减少焊接材料的使用以及降低焊工劳度。
在两根需要焊接的G115管道端部制备坡口之前，需进行准备工作，即准备正火+回火态供货的新型马氏体耐热钢G115管道，G115管道壁厚范围为10-150mm。
在一些实施例中，为进一步保证焊接质量，在制备坡口后，对坡口及管道内壁两侧打磨清理，并将两根需焊接的管道进行组对装配。
具体地，当10mm≤管道壁厚≤30mm时，如图2所示，两个G115管道的焊接端部相对设置，沿面向图2的方向，坡口包括依次连接的第一斜坡段1、第一圆弧段2和第一轴向延伸段3。
如图2所示，第一斜坡段1与竖直方向之间的夹角θ1为7-9°；第一圆弧段2的半径R1为2mm；第一轴向延伸段3沿着G115管道的轴向长度L1为2-3mm；G115管道的坡口钝边H1为1-2mm；两个G115管道组对间隙L2为2-3.5mm。
当30mm＜管道壁厚≤150mm时，如图3所示，两个G115管道的焊接端部相对设置，沿面向图3的方向，坡口包括依次连接的第二斜坡段4、第二圆弧段5、第三斜坡段6、第三圆弧段7、第四斜坡段8和第二轴向延伸段9，第二斜坡段4、第三斜坡段6和第四斜坡段8与管道轴向之间的夹角逐渐减小。
如图2所示，第二斜坡段4与竖直方向之间的夹角θ2为3-7°；第二圆弧段5的半径R2为3mm；第三斜坡段6与竖直方向之间的夹角θ3为6-10°, 第三斜坡段6顶端与G115管道底端之间的距离H2为75mm；第三圆弧段7的半径R3为3mm；第四斜坡段8与竖直方向之间的夹角θ4为40-50°，第四斜坡段8顶端与G115管道底端之间的距离H3为9-15mm；第二轴向延伸段9沿着G115管道的轴向长度L2为1mm；G115管道的坡口钝边H4为1-2mm；两个G115管道坡口钝边L3为2-4mm。
需要说明的是，上述G115管道的外径需大于75mm。
在一些实施例中，在制作氩气室之前，还包括：选取与G115钢匹配的G115氩弧焊丝作为填充金属材料；采用TIG时焊丝规格为φ2.4mm；采取半自动TIP TIG时焊丝规格为φ1.0mm。
在一些实施例中，在制作氩气室时，具体包括：充入氩气室的纯氩流量为8-30L/min；焊缝厚度至少达到5mm时方可停止充氩，同时实时测量氩气室的氧气浓度，背部保护气体的氧气浓度应低于0.1%时方可进行根部焊接，以保证焊接质量。
其中，纯氩的纯度≥99.99%；纯氩流量具体可以为8 L/min、15 L/min、20 L/min或30L/min。
另外，上述步骤中可使用测氧仪测量氩气室的氧气浓度。
在一些实施例中，对G115管道坡口及附近母材进行预热中：加热区温度控制在200-270℃，坡口每侧加热区宽度不小于100mm。
具体地，加热区温度可以为200℃、220℃、250℃或270℃；坡口每侧加热区宽度可以为100mm、110mm或120mm。
在至少一个实施例中，采用电加热方式或火焰加热对G115管道坡口及附近母材进行预热。电加热方式可以为柔性陶瓷电阻加热、远红外辐射加热、感应加热等。
在一些实施例中，采用TIG进行打底焊接时，为保证打底焊接质量，焊接电流为80-140A，焊接电流极性为直流正接，电弧电压为8-15V，焊接速度为25-50mm/min，层间温度控制在150-300℃，保护气体为氩气，流量为8-12L/min，焊道厚度控制范围为0.5-3mm。
具体地，焊接电流可以为80A 、100A、120A或140A；电弧电压可以为8V 、10V、12V或15V；焊接速度可以为25 mm/min、35 mm/min、45 mm/min或50mm/min；层间温度控制在150℃、200℃、250℃或300℃；氩气流量可以为8L/min、9L/min、10L/min或12L/min；焊道厚度控制范围可以为0.5mm、1mm、2mm、3mm。
在一些实施例中，采用半自动TIP TIG进行填充焊接时，为保证填充焊接效率，焊接电流为150-210A，焊接电流极性为直流正接，热丝电流为0-80A，电弧电压为8-15V，焊接速度为30-90mm/min，送丝速度=V×0.074m/min，V为18-28，焊丝振幅为200-260HZ，层间温度控制在150-300℃，保护气体为氩气，流量为15-20L/min，焊道厚度控制范围为1-3mm。
具体地，焊接电流可以为150A 、170A、200A或210A；热丝电流可以为0 A 、40 A、60A或80A；电弧电压可以为8V 、10V、12V或15V；焊接速度可以为30 mm/min、50 mm/min、70mm/min或90mm/min； V可以为18、22、24或28；焊丝振幅可以为200 HZ、210 HZ、230 HZ或260HZ；层间温度控制在150℃、200℃、250℃或300℃；氩气流量可以为15L/min、16L/min、18L/min或20L/min；焊道厚度控制范围可以为1mm、1.5mm、2mm或3mm。
在一些实施例中，采用半自动TIP TIG进行盖面焊接时，为保证盖面焊接效率，焊接电流为150-200A，焊接电流极性为直流正接，热丝电流为0-80A，电弧电压为8-15V，焊接速度为20-60mm/min，送丝速度=V×0.074m/min，V为10-25，焊丝振幅为200-260HZ，层间温度控制在150-300℃，保护气体为氩气，流量为15-20L/min、焊道厚度控制范围为0.5-2.5mm。
具体地，焊接电流可以为150A 、170A、180A或200A；热丝电流可以为0 A 、40 A、60A或80A；电弧电压可以为8V 、10V、12V或15V；焊接速度可以为20 mm/min、35 mm/min、40mm/min或60mm/min； V可以为10、15、20或25；焊丝振幅可以为200 HZ、210 HZ、230 HZ或260HZ；层间温度控制在150℃、200℃、250℃或300℃；氩气流量可以为15L/min、16L/min、18L/min或20L/min；焊道厚度控制范围可以为0.5mm、1mm、2mm、2.5mm。
在一些实施例中，如图1所示，步骤S106中具体包括：焊接完成后焊接接头温度降至80-150℃并保温1h-2h后进行热处理步骤，焊后热处理的恒温温度为765-775℃。
具体地，焊接完成后焊接接头温度可以降至80℃、100℃、120℃或150℃；保温时长为1h、1.2h、1.5h或2h。
其中，恒温时间与G115管道壁厚有关，当采用柔性陶瓷电阻加热或远红外辐射加热方式进行焊后热处理时，如表1所示，表1为壁厚与恒温时间关系表。当采用感应加热方式进行焊后热处理时，恒温时间按2min/mm-3.5min/mm计算，最少为60min。
Figure F_210915104228043_043294001
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (9)

1.一种新型马氏体耐热钢G115管道焊接方法，其特征在于，包括：
在两根需要焊接的G115管道端部制备坡口；
选取与G115钢匹配的G115氩弧焊丝作为填充金属材料；
采用TIG时焊丝规格为φ2.4mm；
采取半自动TIP TIG时焊丝规格为φ1.0mm；
采用隔板或者水溶纸方式在管道内制作氩气室，留有进气口和出气口；
对G115管道坡口及附近母材进行预热；
当坡口根部温度达到150℃时，保温30min后采用TIG进行打底焊接，并实现单面焊双面成型；
采用半自动TIP TIG进行填充焊接后，采用半自动TIP TIG进行盖面焊接；
焊接完成后进行高温回火热处理。
2.根据权利要求1所述的新型马氏体耐热钢G115管道焊接方法，其特征在于，在所述制备坡口后，对坡口及管道内壁两侧打磨清理，并将两根需焊接的管道进行组对装配。
3.根据权利要求1所述的新型马氏体耐热钢G115管道焊接方法，其特征在于，
当10mm≤管道壁厚≤30mm时，所述坡口包括依次连接的第一斜坡段（1）、第一圆弧段（2）和第一轴向延伸段（3）；
当30mm＜管道壁厚≤150mm时，所述坡口包括依次连接的第二斜坡段（4）、第二圆弧段（5）、第三斜坡段（6）、第三圆弧段（7）、第四斜坡段（8）和第二轴向延伸段（9），所述第二斜坡段（4）、第三斜坡段（6）和第四斜坡段（8）与所述G115管道轴向之间的夹角逐渐减小。
4.根据权利要求1所述的新型马氏体耐热钢G115管道焊接方法，其特征在于，在制作所述氩气室时，具体包括：
充入氩气室的纯氩流量为8-30L/min；焊缝厚度至少达到5mm时方可停止充氩，同时实时测量氩气室的氧气浓度，背部保护气体的氧气浓度应低于0.1%时方可进行根部焊接。
5.根据权利要求1所述的新型马氏体耐热钢G115管道焊接方法，其特征在于，所述对G115管道坡口及附近母材进行预热中：
加热区温度控制在200-270℃，坡口每侧加热区宽度不小于100mm。
6.根据权利要求1所述的新型马氏体耐热钢G115管道焊接方法，其特征在于，采用TIG进行打底焊接时，焊接电流为80-140A，焊接电流极性为直流正接，电弧电压为8-15V，焊接速度为25-50mm/min，层间温度控制在150-300℃，保护气体为氩气，流量为8-12L/min，焊道厚度控制范围为0.5-3mm。
7.根据权利要求1所述的新型马氏体耐热钢G115管道焊接方法，其特征在于，采用半自动TIP TIG进行填充焊接时，焊接电流为150-210A，焊接电流极性为直流正接，热丝电流为0-80A，电弧电压为8-15V，焊接速度为30-90mm/min，送丝速度=V×0.074m/min，V为18-28，焊丝振幅为200-260HZ，层间温度控制在150-300℃，保护气体为氩气，流量为15-20L/min，焊道厚度控制范围为1-3mm。
8.根据权利要求1所述的新型马氏体耐热钢G115管道焊接方法，其特征在于，采用半自动TIP TIG进行盖面焊接时，焊接电流为150-200A，焊接电流极性为直流正接，热丝电流为0-80A，电弧电压为8-15V，焊接速度为20-60mm/min，送丝速度=V×0.074m/min，V为10-25，焊丝振幅为200-260HZ，层间温度控制在150-300℃，保护气体为氩气，流量为15-20L/min、焊道厚度控制范围为0.5-2.5mm。
9.根据权利要求1所述的新型马氏体耐热钢G115管道焊接方法，其特征在于，焊接完成后焊接接头温度降至80-150℃并保温1h-2h后进行热处理步骤，焊后热处理的恒温温度为765-775℃。
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