CN114247961B - Sa-335 p11与sa-240type310s异种钢材焊接及热处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种SA‑335P11与SA‑240TYPE310S异种钢材焊接及热处理方法，包括以下步骤：A、焊前准备；B、加工并清理坡口；C、镍合金隔离层堆焊，镍合金隔离层、工件热影响区消应力热处理热处理；D、组对前的准备：E、将第一工件和第二工件材组对并点固焊；F、采用手工钨极氩弧焊在坡口的根部进行打底焊；G、采用手弧焊填充盖面；H、打磨清除熔敷金属内、外表面的焊纹，打磨清除焊趾部位的咬边，保证熔敷金属与工件内外表面平滑过渡；I、焊缝VT检查；J、焊缝PT检测；K、焊缝RT检测。该焊接及热处理方法在第一工件上焊接隔离层，既满足了SA‑335 P11材料消除应力热处理的工艺技术要求，又避免了SA‑240TYPE310S材料的加速敏化。

Description

SA-335 P11与SA-240TYPE310S异种钢材焊接及热处理方法

技术领域

本发明涉及一种异种钢材焊接及热处理方法，尤其涉及一种将SA-335 P11与SA-240TYPE310S异种钢材进行焊接的焊接及热处理方法。

背景技术

目前对于石油化工行业中，一些工艺管道或者板材是两种不同材料的钢材，由于钢材的材质不同，例如SA-335 P11高温合金铬钼钢材料和SA-240TYPE310S奥氏体不锈钢材料，这两种材料需要焊接在一起时，其焊接及热处理技术难度非常大，质量要求高，特别是大管径厚管壁的异种钢的石油化工装置工艺管道的焊接技术难度更大，工艺更复杂，预热温度、道间及层间温度、线能量要求高，焊缝熔敷金属填充量大，工作周期长，焊工操作技能要求高，这些特点，使得常规焊接及热处理方法无法完成所述的焊接工作。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种SA-335 P11与SA-240TYPE310S异种钢材焊接及热处理方法，该焊接及热处理方法在第一工件上焊接隔离层，既满足了SA-335 P11材料消除应力热处理的工艺技术要求，又避免了SA-240TYPE310S材料的加速敏化。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种SA-335 P11与SA-240TYPE310S异种钢材焊接及热处理方法，包括以下步骤：

A、焊前准备；

B、将材料为SA-335 P11的工件定义为第一工件，将材料为SA-240TYPE310S的工件定义为第二工件，对第一工件和第二工件切口端面加工坡口并清理坡口内外表面；该坡口为V形坡口，所述坡口面与法线方向的夹角为32°±2.5°，钝边为0-2mm；

C、在第一工件的坡口面上进行镍合金隔离层堆焊及热处理，包括以下分步骤：

c1)对第一工件的坡口面质量检查：

c2)在第一工件上对坡口面以外的表面布置热电偶、电加热带，电加热带外包裹保温棉并固定，进行预热准备；

c3)坡口面预热温度及镍合金隔离层堆焊工艺控制，包括以下分步骤：

c31)坡口面堆焊用的焊丝为ERNiGr-3，直径为φ＝2.4mm；坡口面堆焊用的工艺采用GTAW；

c32)坡口面堆焊第一层：将第一工件预热150℃～180℃，堆焊焊道为线性焊道，压道焊，每道宽度＜13mm，每道厚度＜2.0mm，电流为115～145A，电压为8～11V，道间温度为150℃～180℃；

c33)坡口面堆焊第二层：将第一工件预热120℃～150℃，堆焊焊道为线性焊道，压道焊，每道宽度＜13mm，每道厚度＜2.0mm，电流为115～150A，电压为8～11V，道间温度为120℃～150℃；

c34)坡口面堆焊第三层：第一工件不预热，堆焊焊道为线性焊道，压道焊，每道宽度＜13mm，每道厚度＜2.4mm，电流为140～170A，电压为9～13V，道间温度＜100℃；

c35)坡口面堆焊第四层：第一工件不预热，堆焊焊道为线性焊道，压道焊，每道宽度＜13mm，每道厚度＜2.4mm，电流为140～170A，电压为9～13V，道间温度＜100℃；

c36)坡口面堆焊第五层：第一工件不预热，堆焊焊道为线性焊道，压道焊，每道宽度＜13mm，每道厚度＜2.0mm，电流为140～170A，电压为9～13V，道间温度＜100℃；

上述坡口面每一层堆焊的第一道熔覆金属和最后一道熔覆金属超过第一工件外表面和内表面0～1.5mm；

c37)打磨清除隔离层余高至与第一工件的内外表面平齐；

c4)坡口面堆焊隔离层消应力热处理，坡口面氩弧堆焊隔离层消应力热处理保温温度为720℃±15℃，保温时间不小于135分钟；升温速率为56℃/h～220℃/h，降温速率为56℃/h～280℃/h；入炉温度为室温，冷却方式为炉冷；

c5)对隔离层表面质量外观和PT检测；

D、确定第一工件和第二工件组对前的准备工作及技术要求，包括以下分步骤：

d1)确认组对用的液压组对器、工装卡具、点固块与第一工件、第二工件接触部位的卡具材质要与工件材料相同或同一组别；

d2)第一工件和第二工件组对间隙在1～6mm范围，组对完成的焊口内外壁允许偏差如下：

管内壁允许偏差：壁厚/20+1mm,最大不能超过为3mm；

管外壁允许偏差：壁厚/10+2mm，最大不能超过8mm；

E、将第一工件和第二工件材组对并点固焊，采用手工钨极氩弧焊在焊缝根部进行点固焊，焊丝采用ERNiCr-3，直径为φ2.4，按照焊缝类型不同包括以下分步骤：

e1)对于环形焊缝组对：将整条环焊缝圆周均匀分为12等分，钟点位置的3、6、9、12位置暂时不设置液压组对器，八个液压组对器布置在1、2、4、5、7、8、10、11点位置，若钟点位置的3、6、9、12位置范围内有错边超标，则增加设置液压组对器；

e2)对于纵焊缝组对：将整条纵焊缝均匀分为若干等分，等分长度300～400mm，等分位置设置液压组对器，若等分点位置范围内有错边超标，则增加设置液压组对器；

e3)对于环形焊缝点固焊：在液压组对器的一侧，距离液压组对器边缘10mm位置坡口根部开始点固焊；点固焊缝长度40～50mm、厚度3～5mm；点固焊所用的WPS与正式焊相同；

e4)对于纵焊缝点固焊：从纵焊缝长度的中点开始，向两边延伸分段点固焊；在液压组对器的一侧，距离液压组对器边缘10mm位置坡口根部开始点固焊；点固焊缝长度40～50mm、厚度3～5mm；点固焊所用的WPS与正式焊相同；

e5)检查点固焊的质量；

e6)逐个拆除液压组对器；

e7)将点固焊点两端打磨成缓坡型；

F、采用手工钨极氩弧焊在坡口的根部进行打底焊，打底焊熔敷金属形成打底焊层；打底焊两层，每层1道，焊丝选用ERNiCr-3，直径为φ1.6或φ2.4，线性焊道，焊炬摆宽不超过焊丝直径的3倍，电流为130～205A，电压为10～16V，道间/层间温度小于100℃范围，焊接后打底焊熔敷金属背面相对于工件内壁余高小于3mm，焊接2层后熔敷金属厚度3～5mm；

G、采用手弧焊填充盖面，采用线性焊道、对称焊，焊缝宽度不超过钢芯直径的3倍，道间/层间温度＜100℃；焊条选用ENiCrFe-2，直径为φ3.2mm时，电流120～140A，电压23～30V，每层厚度＜3.2mm；焊条选用ENiCrFe-2，直径为φ4.0mm时，电流125～165A，电压23～30V，每层厚度＜4mm；焊缝表面余高＜2.5mm；

H、打磨清除熔敷金属内、外表面的焊纹，打磨清除焊趾部位的咬边，保证熔敷金属与工件内外表面平滑过渡；

I、焊缝VT检查；

J、焊缝PT检测；

K、焊缝RT检测。

作为一种优选的方案，所述步骤c2)利用隔热棉和电加热带将电热偶固定在第一工件上对坡口面进行预热准备的具体方式为：

c21)画参考线：在第一工件的外壁距离坡口边缘线30±0.2mm处画坡口边缘线参考线；

c22)根据第一工件的形状及尺寸确定布置热电偶的数量；

当第一工件为管材时，管外径＜φ114.3mm，布置1个热电偶；

φ114.3mm≤管外径＜φ508mm，等间距布置2个热电偶；

φ508mm≤管外径＜φ914mm，等间距布置3个热电偶；

管外径≥φ914mm，等间距布置4个热电偶；

当第一工件为板材时，在距离板材两端头100mm位置分别设置一个热电偶；

c23)热电偶热敏电阻所在的顶端处于距离坡口边缘线10mm处；

c24)热电偶、电加热带和保温棉捆扎固定在第一工件的外壁。

采用上述方式预热，可以控制工件的温差，预热更均匀，从而更好的方便隔离层的堆焊。

作为一种优选的方案，所述步骤c37)的打磨步骤移至步骤E之前，在组对之前打磨。

作为一种优选的方案，所述步骤c5)对隔离层表面质量外观和PT检测的具体方式为：

c51)以参考线为依据检查隔离层的厚度，确保隔离层的厚度＞6mm检查堆焊层熔覆金属的表面质量；

c52)对隔离层表面PT检测，若检测不合格时，将缺陷位置打磨后按照隔离层的同样的堆焊的方式进行填充补焊，补焊后热处理后再次进行厚度检测和PT检测，直至隔离层满足工艺要求。

作为一种优选的方案，所述步骤F中，针对环焊缝和直线纵焊缝采用对应的施焊方式为：

一、对于环焊缝焊接，采用以下两种施焊方式：

f1)工件绕自身的中心线旋转，在钟点位置1→12之间起弧，逆时针方向焊接；手工钨极氩弧焊打底焊接2层，每层1道，焊丝选用φ1.6或φ2.4，线性焊道，层间道间接头错开大于10mm；

f2)工件水平固定，手工钨极氩弧焊打底焊，采用分段对称施焊，线性焊道；将环形焊缝等分为12段，并且将12段焊缝划分为两组；

f21)确定第一组分段对称焊接顺序、焊接方向和起弧位置及焊接：其中，第一组焊接顺序；按照钟点位置6→5、11→12；3→2、8→9；6→7、1→12；4→3、9→10；的顺序焊接；其中6→5、11→12为一对对称焊段，3→2、8→9为一对对称焊段，6→7、1→12为一对对称焊段，4→3、9→10为一对对称焊段；

第一组焊接方向：以焊接方向为前进方向；

第一组焊接起弧位置及焊接：焊接6→5、6→7，3→2，9→10时分别从6、6、3、9点前10mm起弧，然后电弧分别折回6点、6点、3点、9点后10mm的坡口根部,电弧打穿钝边形成熔孔后，电弧前移形成焊缝；焊接11→12、4→3、1→12、8→9时分别从11、4、1、8点位置的点固焊端头前10mm起弧，然后分别折回到11、4、1、8点的点固焊端头缓坡上将接头熔化；直至过了12、3、12、9位置后收弧；

f22)确定第二组分段对称焊接顺序、焊接方向和起弧位置及焊接：其中第二组焊接顺序；按照7→8、2→1；5→4、10→11顺序焊接；其中5→4、10→11为一对称焊段，7→8、2→1为一对称焊段；

第二组焊接方向以焊接方向为前进方向；

第二组焊接起弧位置及焊接：焊接每一焊段时，先将该焊段两端的点固焊点端头打磨成缓坡，然后从该焊段点固焊点端头前10mm位置起弧，然后向后折回至点固焊点端头缓坡上，待端头缓坡熔化后，电弧再向前行走，至与前方焊段焊缝端头接头后收弧；

二、对于纵焊缝的打底焊，先将整条纵焊缝均匀分为若干等分，等分长度300～400mm；然后选择从焊缝长度的中间部位开始，向两边分段跳焊；层间道间接头要错开；第二层焊缝焊道接头位置与第一层焊缝焊道接头位置错开大于10mm的距离，每层焊缝焊道接头相互错开大于10mm的距离。

采用上述方案中，对于环焊缝第一种施焊方式，采用手工钨极氩弧焊打底焊，采用逆时针方向，线性焊道，压道焊，相对减小了焊缝横向收缩应力，控制每层每道熔覆金属厚度，避免了熔覆金属过热情况发生；而对于环焊缝的第二种施焊方式，采用分段对称焊，采用手工钨极氩弧焊打底焊，焊接时按分段对称焊完成，将管材焊缝圆周长分成12等分段，对称施焊，确保焊接应力平横，相对减小了焊接热输入及热影响区面积；控制每层每道熔覆金属厚度，避免了熔覆金属过热情况发生；

而纵焊缝时采用从中间点向两边分段对称跳焊，线性焊道，压道焊，相对减小了焊接热输入及热影响区面积，相对减小了焊接应力；控制每层每道熔覆金属厚度，避免了熔覆金属过热情况发生。

采用了上述技术方案后，本发明的效果是：

1、该焊接及热处理方法中，焊前预热，焊后热处理工艺，将SA-335 P11高合金铬钼钢材料的坡口面堆焊隔离层之后，单独进行消除应力热处理，消除了SA-335 P11高合金铬钼钢与熔覆金属之间的焊接残余应力，消除了熔覆金属及热影响区第一工件内的扩散氢，避免了熔覆金属及近缝区第一工件的冷裂纹发生，而此时焊缝还没有焊接，奥氏体不锈钢SA-240TYPE310S没有一同参加消除应力热处理，避免了奥氏体不锈钢SA-240TYPE310S被敏化处理的损害，保护了奥氏体不锈钢SA-240TYPE310S耐晶间腐蚀性能；

2、在第一工件的坡口端面是焊接了隔离层，隔离层的第一层和第二层堆焊前都预热，从而使坡口端面附近的母材受热膨胀，减小了两种不同金属热膨胀的差异，降低了熔覆金属冷却的速度，有利于熔覆金属内部扩散氢排除，减少两种不同金属焊接时的焊接应力；保护了奥氏体不锈钢抗晶间腐蚀性能，减小了焊缝熔敷金属及热影响区的焊接应力和变形，减小了焊缝熔敷金属内部气孔、夹渣，及裂纹倾向，减小了焊缝热输入，保证了焊缝熔敷金属没有过热。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是发明实施例的第一工件的坡口处的局部轴向结构剖视图；

图2是发明实施例的第一工件的坡口面预热及热电偶布置剖视图；

图3是发明实施例的第一工件的坡口面堆焊隔离层的示意图；

图4是发明实施例的隔离层内外表面打磨示意图；

图5是发明实施例的隔离层后消应力热处理示意图；

图6是发明实施例的环焊缝和纵焊缝分段对称分布示意图；

图7是发明实施例的采用液压组对器进行坡口组对示意图；

图8是发明实施例的坡口根部点固焊示意图；

图9是发明实施例的坡口根部打底焊示意图；

图10是发明实施例的坡口填充盖面焊示意图；

附图中：1.第一工件；101.坡口面；102.钝边；2.电加热带；3.保温棉；4.热电偶；5.隔离层；6.纵焊缝；7.环焊缝；8.第二工件；9.液压组对器；901.外定位板；902.拉杆；903.内定位板；904.液压缸；10.点固焊点；11.打底焊熔敷金属；12.填充盖面焊缝。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明作进一步的详细描述。

如图1至图10所示，一种SA-335 P11与SA-240TYPE310S异种钢材焊接及热处理方法，包括以下步骤：

A、焊前准备；

a1)确定焊接及热处理的执行标准：

本实施例中执行标准为：

ASMEⅨ-2017《焊接和钎焊工艺，焊工、钎接工、焊接和钎焊操作工评定标准》；

ASMEⅧ-1-2017《压力容器建造规则》

a2)检查管材的规格、牌号、焊材规格、牌号及气体是否符合标准；本实施例中以SA-335 P11与SA-240TYPE310Sφ970×28mm的管材1为例，表1记录了该规格管材1及焊材的技术参数；

序号	材料名称	材料牌号/标准号	材料规格	制造标准
					1	碳钢管	SA-335 P11	φ970×28	ASME B36.10M
2	不锈钢管	SA-240 TYPE310S	φ970×28	ASME B36.10M
					3	镍合金焊丝	ERNiCr-3	φ2.0/φ2.4	AWS A5.14
4	镍合金焊条	ENiCrFe-2	φ3.2/φ4.0	AWS A5.11
					5	氩气	Ar	99.997％	GB/T4842-2017

表1

a3)选择工机具：

需用的焊接设备有：逆变直流氩弧/手弧焊机WS-400E或同类型弧焊电源、氩气减压表、焊条烘干箱、焊条保温桶、热处理设备ZW-II-240或同类型设备、热电偶4、点温计以及坡口加工设备、无损和理化检验设备等。

要求逆变直流氩弧/手弧焊机WS-400E的电流表、电压表及氩气减压表及上述相应设备计量仪表已经过标定，且在标定有效期内。

需用的工具主要有：角向磨光机、钢丝刷、半圆锉、手电筒、焊缝检查尺、丙酮、棉纱及劳保用品、加热带、保温棉3等。

a4)焊接材料验收检查；检查氩气纯度是否为99.997％，检查氩弧焊炬用的焊丝表面是否清洁，管材、氩弧焊炬用的焊丝理化参数的验收检查是否合格；

a5)对需焊接的第一工件1和第二工件8的切口端面加工坡口面101，如图1所示，该坡口为V形坡口，所述坡口面101与法线方向的夹角为32°±2.5°，所述坡口根部的钝边102为0-2mm；

a6)将坡口面101内外表面20mm范围的油、锈、氧化皮等杂物清除干净杂物清除干净，露出金属光泽，必要时可用丙酮擦洗，露出金属光泽；

B、将材料为SA-335 P11的工件定义为第一工件1，将材料为SA-240TYPE310S的工件定义为第二工件8，对第一工件1和第二工件8切口端面加工坡口并清理坡口内外表面；该坡口为V形坡口，所述坡口面101与法线方向的夹角为32°±2.5°，钝边102为0-2mm；

C、在第一工件1的坡口面101上进行镍合金隔离层5堆焊，包括以下分步骤：

c1)对第一工件1的坡口面101质量检查：具体的为：坡口面101目视检查不得有裂纹、夹层、毛刺等缺陷；坡口面101进行100％PT检查；检查并核对坡口尺寸；

c2)在第一工件上对坡口面101以外的工件表面布置热电偶4、电加热带2，电加热带2外包裹保温棉3并固定，进行预热准备；

所述步骤c2)的具体方式为：

所述步骤c2)利用隔热棉和电加热带2将电热偶固定在第一工件1上对坡口面101进行预热准备的具体方式为：

c21)画参考线：在第一工件1的外壁距离坡口边缘线30±0.2mm处画坡口边缘线参考线，以此参考线测量堆焊的隔离层5的厚度；

c22)根据第一工件1的形状及尺寸确定布置热电偶4的数量；

当第一工件1为管材时，管外径＜φ114.3mm，布置1个热电偶4，且布置在3点位置；

φ114.3mm≤管外径＜φ508mm，等间距布置2个热电偶4；布置在3点和9点位置；

φ508mm≤管外径＜φ914mm，等间距布置3个热电偶4；布置在3点、7点和11点三个位置；

管外径≥φ914mm，等间距布置4个热电偶4；布置在3、6、9、12四个位置；

当第一工件1为板材时，在距离板材两端头100mm位置分别设置一个热电偶4；

c23)热电偶4热敏电阻所在的顶端处于距离坡口边缘线10mm处；

c24)热电偶4、电加热带2和保温棉3捆扎固定在第一工件1的外壁。

采用上述方式预热，可以控制工件的温差，预热更均匀，从而更好的方便隔离层5的堆焊。电加热带2给工件进行加热，热电偶4用用来检测工件的温度，由于板材相对于管材受热更简单，因此只需要设置两个热电偶4即可准确的检测温度。

c3)坡口面101预热温度及镍合金隔离层5堆焊工艺控制，包括以下分步骤：

c31)坡口面101堆焊用的焊丝为ERNiGr-3，直径为φ＝2.4mm；坡口面101堆焊用的工艺采用GTAW；

c32)坡口面101堆焊第一层：将第一工件1预热150℃～180℃，堆焊焊道为线性焊道，压道焊，每道宽度＜13mm，每道厚度＜2.0mm，电流为115～145A，电压为8～11V，道间温度为150℃～180℃；

c33)坡口面101堆焊第二层：将第一工件1预热120℃～150℃，堆焊焊道为线性焊道，压道焊，每道宽度＜13mm，每道厚度＜2.0mm，电流为115～150A，电压为8～11V，道间温度为120℃～150℃；

c34)坡口面101堆焊第三层：第一工件1不预热，堆焊焊道为线性焊道，压道焊，每道宽度＜13mm，每道厚度＜2.4mm，电流为140～170A，电压为9～13V，道间温度＜100℃；

c35)坡口面101堆焊第四层：第一工件1不预热，堆焊焊道为线性焊道，压道焊，每道宽度＜13mm，每道厚度＜2.4mm，电流为140～170A，电压为9～13V，道间温度＜100℃；

c36)坡口面101堆焊第五层：第一工件1不预热，堆焊焊道为线性焊道，压道焊，每道宽度＜13mm，每道厚度＜2.0mm，电流为140～170A，电压为9～13V，道间温度＜100℃；

上述坡口面101每一层堆焊的第一道熔覆金属和最后一道熔覆金属超过第一工件1外表面和内表面0～1.5mm；

c37)打磨清除隔离层5余高至与第一工件1的内外表面平齐；该步骤c37)的打磨步骤移至步骤E之前，在组对之前打磨完成即可，打磨后的隔离层5可以方便第一工件1和第二工件8准确组对，不影响组对精度。

c4)坡口面101堆焊隔离层5消应力热处理，坡口面101氩弧堆焊隔离层5消应力热处理保温温度为720℃±15℃，保温时间不小于135分钟；升温速率为56℃/h～220℃/h，降温速率为56℃/h～280℃/h；入炉温度为室温，冷却方式为炉冷；

其中本方法中消除应力热处理可以放入到加热炉中进行热处理，也可以通过包裹电加热带2进行热处理，而在行业中，对于包扎电加热带2进行热处理的方式时，也通常采用和加热炉中一样的表述方法，如：其炉冷此即为：断电后不拆卸电加热带2和保温棉3而进行自然冷却。

其具体方式，将电加热带2完全包裹堆焊隔离层5熔覆金属外及第一工件1的热影响区，如图5所示，外面再用保温棉3包裹捆扎，加热总宽度大于50mm；保温棉3的包扎和固定后，热处理件四周环境应有一定的散热空间，以利于消应力热处理降温期间均匀散热，这样可以更好的控制降温曲线的形状。

降温温度达到规定后停止供电，拆除保温棉3、电加热带2及热电偶47。热处理后的堆焊隔离层5熔覆金属不能放在空气对流的地方，以避免产生不利的温度梯度。

在消除应力热处理期间，严格控制加热速度、温度、保温时间及冷却速度。热处理设备使用标准坐标纸或者电子自动记录仪对温度时间曲线连续自动记录。热处理记录曲线必须是连续的，均匀的，不得有掉线显示。热处理完成后，由热处理操作人员在曲线图上标出加热及冷却速度、保温温度、保温时间、热处理报告编号、曲线颜色及对应的热电偶编号及走纸速率等信息，同时发布热处理报告。

热处理之后，清除第一工件1表面氧化皮及浮灰。

c5)对隔离层5质量外观和PT检测；

所述步骤c5)对隔离层5质量外观和PT检测的具体方式为：

c51)以参考线为依据检查隔离层5的厚度，确保隔离层5的厚度＞6mm检查堆焊层熔覆金属的外观成型质量，若熔覆金属厚度不满足，则按照同样的堆焊工艺再次堆焊，直至厚度大于6mm；

c52)对隔离层5表面PT检测，若检测不合格时，将缺陷位置打磨后按照隔离层5的同样的堆焊的方式进行填充补焊，补焊后热处理后再次进行厚度检测和PT检测，直至隔离层5满足工艺要求。

至此，表2为坡口面堆焊隔离层焊接及热处理工艺参数表：

表2

D、确定第一工件1和第二工件8组对前的准备工作及技术要求，包括以下分步骤：

d1)确认组对用的液压组对器9、工装卡具、点固块与第一工件1、第二工件8接触部位的卡具材质要与工件材料相同或同一组别；其中如图7所示，液压组对器9包括液压缸904，液压缸904固定在外定位板901上，并且活塞杆连接拉杆902，拉杆902上设置有插孔，内定位板903从插孔内***，拉杆902位于第一工件1和第二工件8之间的间隙之间，然后从内侧***内定位板903，这样油缸的活塞杆动作带动内定位板903和外定位板901相向位移，从而将工件的内外壁进行组对并确保同轴度或同平面。

d2)第一工件1和第二工件8组对间隙在1～6mm范围，组对完成的焊口内外壁允许偏差如下：

管内壁允许偏差：壁厚/20+1mm,最大不能超过为3mm；

管外壁允许偏差：壁厚/10+2mm，最大不能超过8mm；

E、将第一工件1和第二工件8材组对并点固焊，采用手工钨极氩弧焊在焊缝根部进行点固焊，焊丝采用ERNiCr-3，直径为φ2.4，按照焊缝类型不同包括以下分步骤：

e1)对于环形焊缝组对：将整条环焊缝7圆周均匀分为12等分，钟点位置的3、6、9、12位置暂时不设置液压组对器9，八个液压组对器9布置在1、2、4、5、7、8、10、11点位置，若钟点位置的3、6、9、12位置范围内有错边超标，则增加设置液压组对器9；

e2)对于纵焊缝6组对：将整条纵焊缝6均匀分为若干等分，等分长度300～400mm，等分位置设置液压组对器9，若等分点位置范围内有错边超标，则增加设置液压组对器9；

e3)对于环形焊缝点固焊：在液压组对器9的一侧，距离液压组对器9边缘10mm位置坡口根部开始点固焊；点固焊缝长度40～50mm、厚度3～5mm；点固焊所用的WPS与正式焊相同；

e4)对于纵焊缝6点固焊：从纵焊缝6长度的中点开始，向两边延伸分段点固焊；在液压组对器9的一侧，距离液压组对器9边缘10mm位置坡口根部开始点固焊；点固焊缝长度40～50mm、厚度3～5mm；点固焊所用的WPS与正式焊相同；

e5)检查点固焊的质量；

e6)逐个拆除液压组对器9；

e7)将点固焊点10两端打磨成缓坡型；

F、采用手工钨极氩弧焊在坡口的根部进行打底焊，打底焊熔敷金属形成打底焊层11；打底焊11共两层，每层1道，焊丝选用ERNiCr-3，直径为φ1.6或φ2.4，线性焊道，焊炬摆宽不超过焊丝直径的3倍，电流为130～205A，电压为10～16V，道间/层间温度小于100℃范围，焊接后打底焊熔敷金属11背面相对于工件内壁余高小于3mm，焊接2层后熔敷金属厚度3～5mm；

所述步骤F中，针对环焊缝7和直线纵焊缝6采用对应的施焊方式为：

一、对于环焊缝7焊接，采用以下两种施焊方式：

f1)工件绕自身的中心线旋转，在钟点位置1→12之间起弧，逆时针方向焊接；手工钨极氩弧焊打底焊接2层，每层1道，焊丝选用φ1.6或φ2.4，线性焊道，层间道间接头错开大于10mm；

f2)工件水平固定，手工钨极氩弧焊打底焊，采用分段对称施焊，线性焊道；将环形焊缝等分为12段，并且将12段焊缝划分为两组；

f21)确定第一组分段对称焊接顺序、焊接方向和起弧位置及焊接：其中，第一组焊接顺序；按照钟点位置6→5、11→12；3→2、8→9；6→7、1→12；4→3、9→10；的顺序焊接；其中6→5、11→12为一对对称焊段，3→2、8→9为一对对称焊段，6→7、1→12为一对对称焊段，4→3、9→10为一对对称焊段；

第一组焊接方向：

第一组焊接起弧位置及焊接：以焊接方向为前进方向；焊接6→5、6→7，3→2，9→10时分别从6、6、3、9点前10mm起弧，然后电弧分别折回6点、6点、3点、9点后10mm的坡口根部,电弧打穿钝边102形成熔孔后，电弧前移形成焊缝；焊接11→12、4→3、1→12、8→9时分别从11、4、1、8点位置的点固焊端头前10mm起弧，然后分别折回到11、4、1、8点的点固焊端头缓坡上将接头熔化；直至过了12、3、12、9位置后收弧；

f22)确定第二组分段对称焊接顺序、焊接方向和起弧位置及焊接：其中第二组焊接顺序；按照7→8、2→1；5→4、10→11顺序焊接；其中5→4、10→11为一对称焊段，7→8、2→1为一对称焊段；

第二组焊接方向以焊接方向为前进方向；

第二组焊接起弧位置及焊接：焊接每一焊段时，先将该焊段两端的点固焊点10端头打磨成缓坡，然后从该焊段点固焊点10端头前10mm位置起弧，然后向后折回至点固焊点10端头缓坡上，待端头缓坡熔化后，电弧再向前行走，至与前方焊段焊缝端头接头后收弧；

二、对于纵焊缝6的打底焊，先将整条纵焊缝6均匀分为若干等分，等分长度300～400mm；然后选择从焊缝长度的中间部位开始，向两边分段跳焊；层间道间接头要错开；第二层焊缝焊道接头位置与第一层焊缝焊道接头位置错开大于10mm的距离，每层焊缝焊道接头相互错开大于10mm的距离。

G、采用手弧焊填充盖面形成填充盖面焊缝12，采用线性焊道、对称焊，焊缝宽度不超过钢芯直径的3倍，道间/层间温度＜100℃；焊条选用ENiCrFe-2，直径为φ3.2mm时，电流120～140A，电压23～30V，每层厚度＜3.2mm；焊条选用ENiCrFe-2，直径为φ4.0mm时，电流125～165A，电压23～30V，每层厚度＜4mm；焊缝表面余高＜2.5mm；收弧填满弧坑；道间/层间接头错开＞10mm；

该填充盖面焊的焊接顺序、焊接方向与步骤F中的打底焊的焊接顺序、焊接方向相同。

至此，表3为隔离层5ERNiCr-3与SA-240TYPE310S坡口焊缝焊接工艺参数表：

表3

H、打磨清除熔敷金属内、外表面的焊纹，打磨清除焊趾部位的咬边，保证熔敷金属与工件内外表面平滑过渡；

I、焊缝VT检查；

J、焊缝PT检测；

K、焊缝RT检测。

以上所述实施例仅是对本发明的优选实施方式的描述，不作为对本发明范围的限定，在不脱离本发明设计精神的基础上，对本发明技术方案作出的各种变形和改造，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。

Claims (5)

1.SA-335P11与SA-240TYPE310S异种钢材焊接及热处理方法，其特征在于：包括以下步骤：

A、焊前准备；

B、将材料为SA-335P11的工件定义为第一工件，将材料为SA-240TYPE310S的工件定义为第二工件，对第一工件和第二工件切口端面加工坡口并清理坡口内外表面；该坡口为V形坡口，所述坡口面与法线方向的夹角为32°±2.5°，钝边为0-2mm；

C、在第一工件的坡口面上进行镍合金隔离层堆焊及热处理，包括以下分步骤：

c1)对第一工件的坡口面质量检查；

c2)在第一工件上对坡口面以外的表面布置热电偶、电加热带，电加热带外包裹保温棉并固定，进行预热准备；

c3)坡口面预热温度及镍合金隔离层堆焊工艺控制，包括以下分步骤：

c31)坡口面堆焊用的焊丝为ERNiGr-3，直径为φ＝2.4mm；坡口面堆焊用的工艺采用GTAW；

c32)坡口面堆焊第一层：将第一工件预热150℃～180℃，堆焊焊道为线性焊道，压道焊，每道宽度＜13mm，每道厚度＜2.0mm，电流为115～145A，电压为8～11V，道间温度为150℃～180℃；

c33)坡口面堆焊第二层：将第一工件预热120℃～150℃，堆焊焊道为线性焊道，压道焊，每道宽度＜13mm，每道厚度＜2.0mm，电流为115～150A，电压为8～11V，道间温度为120℃～150℃；

c34)坡口面堆焊第三层：第一工件不预热，堆焊焊道为线性焊道，压道焊，每道宽度＜13mm，每道厚度＜2.4mm，电流为140～170A，电压为9～13V，道间温度＜100℃；

c35)坡口面堆焊第四层：第一工件不预热，堆焊焊道为线性焊道，压道焊，每道宽度＜13mm，每道厚度＜2.4mm，电流为140～170A，电压为9～13V，道间温度＜100℃；

c36)坡口面堆焊第五层：第一工件不预热，堆焊焊道为线性焊道，压道焊，每道宽度＜13mm，每道厚度＜2.0mm，电流为140～170A，电压为9～13V，道间温度＜100℃；

上述坡口面每一层堆焊的第一道熔覆金属和最后一道熔覆金属超过第一工件外表面和内表面0～1.5mm；

c37)打磨清除隔离层余高至与第一工件的内外表面平齐；

c4)坡口面堆焊隔离层消应力热处理，坡口面氩弧堆焊隔离层消应力热处理保温温度为720℃±15℃，保温时间不小于135分钟；升温速率为56℃/h～220℃/h，降温速率为56℃/h～280℃/h；入炉温度为室温，冷却方式为炉冷；

c5)对隔离层表面质量外观和PT检测；

D、确定第一工件和第二工件组对前的准备工作及技术要求，包括以下分步骤：

d1)确认组对用的液压组对器、工装卡具、点固块与第一工件、第二工件接触部位的卡具材质要与工件材料相同或同一组别；

d2)第一工件和第二工件组对间隙在1～6mm范围，组对完成的焊口内外壁允许偏差如下：

管内壁允许偏差：壁厚/20+1mm,最大不能超过为3mm；

管外壁允许偏差：壁厚/10+2mm，最大不能超过8mm；

E、将第一工件和第二工件材组对并点固焊，采用手工钨极氩弧焊在焊缝根部进行点固焊，焊丝采用ERNiCr-3，直径为φ2.4，按照焊缝类型不同包括以下分步骤：

e1)对于环形焊缝组对：将整条环焊缝圆周均匀分为12等分，钟点位置的3、6、9、12位置暂时不设置液压组对器，八个液压组对器布置在1、2、4、5、7、8、10、11点位置，若钟点位置的3、6、9、12位置范围内有错边超标，则增加设置液压组对器；

e2)对于纵焊缝组对：将整条纵焊缝均匀分为若干等分，等分长度300～400mm，等分位置设置液压组对器，若等分点位置范围内有错边超标，则增加设置液压组对器；

e3)对于环形焊缝点固焊：在液压组对器的一侧，距离液压组对器边缘10mm位置坡口根部开始点固焊；点固焊缝长度40～50mm、厚度3～5mm；点固焊所用的WPS与正式焊相同；

e4)对于纵焊缝点固焊：从纵焊缝长度的中点开始，向两边延伸分段点固焊；在液压组对器的一侧，距离液压组对器边缘10mm位置坡口根部开始点固焊；点固焊缝长度40～50mm、厚度3～5mm；点固焊所用的WPS与正式焊相同；

e5)检查点固焊的质量；

e6)逐个拆除液压组对器；

e7)将点固焊点两端打磨成缓坡型；

F、采用手工钨极氩弧焊在坡口的根部进行打底焊，打底焊熔敷金属形成打底焊层；打底焊两层，每层1道，焊丝选用ERNiCr-3，直径为φ1.6或φ2.4，线性焊道，焊炬摆宽不超过焊丝直径的3倍，电流为130～205A，电压为10～16V，道间/层间温度小于100℃范围，焊接后打底焊熔敷金属背面相对于工件内壁余高小于3mm，焊接2层后熔敷金属厚度3～5mm；

G、采用手弧焊填充盖面，采用线性焊道、对称焊，焊缝宽度不超过钢芯直径的3倍，道间/层间温度＜100℃；焊条选用ENiCrFe-2，直径为φ3.2mm时，电流120～140A，电压23～30V，每层厚度＜3.2mm；焊条选用ENiCrFe-2，直径为φ4.0mm时，电流125～165A，电压23～30V，每层厚度＜4mm；焊缝表面余高＜2.5mm；

H、打磨清除熔敷金属内、外表面的焊纹，打磨清除焊趾部位的咬边，保证熔敷金属与工件内外表面平滑过渡；

I、焊缝VT检查；

J、焊缝PT检测；

K、焊缝RT检测。

2.如权利要求1所述的SA-335P11与SA-240TYPE310S异种钢材焊接及热处理方法，其特征在于：所述步骤c2)的具体方式为：

c21)画参考线：在第一工件的外壁距离坡口边缘线30±0.2mm处画坡口边缘线参考线；

c22)根据第一工件的形状及尺寸确定布置热电偶的数量；

当第一工件为管材时，管外径＜φ114.3mm，布置1个热电偶；

φ114.3mm≤管外径＜φ508mm，等间距布置2个热电偶；

φ508mm≤管外径＜φ914mm，等间距布置3个热电偶；

管外径≥φ914mm，等间距布置4个热电偶；

当第一工件为板材时，在距离板材两端头100mm位置分别设置一个热电偶；

c23)热电偶热敏电阻所在的顶端处于距离坡口边缘线10mm处；

c24)热电偶、电加热带和保温棉捆扎固定在第一工件的外壁。

3.如权利要求1所述的SA-335P11与SA-240TYPE310S异种钢材焊接及热处理方法，其特征在于：所述步骤c37)的打磨步骤移至步骤E之前，在组对之前打磨。

4.如权利要求3所述的SA-335P11与SA-240TYPE310S异种钢材焊接及热处理方法，其特征在于：所述步骤c5)对隔离层表面质量外观和PT检测的具体方式为：

c51)以参考线为依据检查隔离层的厚度，确保隔离层的厚度＞6mm检查堆焊层熔覆金属的表面质量；

c52)对隔离层表面PT检测，若检测不合格时，将缺陷位置打磨后按照隔离层的同样的堆焊的方式进行填充补焊，补焊后热处理后再次进行厚度检测和PT检测，直至隔离层满足工艺要求。

5.如权利要求4所述的SA-335P11与SA-240TYPE310S异种钢材焊接及热处理方法，其特征在于：所述步骤F中，针对环焊缝和直线纵焊缝采用对应的施焊方式为：

一、对于环焊缝焊接，采用以下两种施焊方式：

f1)工件绕自身的中心线旋转，在钟点位置1→12之间起弧，逆时针方向焊接；手工钨极氩弧焊打底焊接2层，每层1道，焊丝选用φ1.6或φ2.4，线性焊道，层间道间接头错开大于10mm；

f2)工件水平固定，手工钨极氩弧焊打底焊，采用分段对称施焊，线性焊道；将环形焊缝等分为12段，并且将12段焊缝划分为两组；

f21)确定第一组分段对称焊接顺序、焊接方向和起弧位置及焊接：其中，第一组焊接顺序；按照钟点位置6→5、11→12；3→2、8→9；6→7、1→12；4→3、9→10；的顺序焊接；其中6→5、11→12为一对对称焊段，3→2、8→9为一对对称焊段，6→7、1→12为一对对称焊段，4→3、9→10为一对对称焊段；

第一组焊接方向：以焊接方向为前进方向；

第一组焊接起弧位置及焊接：焊接6→5、6→7，3→2，9→10时分别从6、6、3、9点前10mm起弧，然后电弧分别折回6点、6点、3点、9点后10mm的坡口根部,电弧打穿钝边形成熔孔后，电弧前移形成焊缝；焊接11→12、4→3、1→12、8→9时分别从11、4、1、8点位置的点固焊端头前10mm起弧，然后分别折回到11、4、1、8点的点固焊端头缓坡上将接头熔化；直至过了12、3、12、9位置后收弧；

f22)确定第二组分段对称焊接顺序、焊接方向和起弧位置及焊接：其中第二组焊接顺序；按照7→8、2→1；5→4、10→11顺序焊接；其中5→4、10→11为一对称焊段，7→8、2→1为一对称焊段；

第二组焊接方向以焊接方向为前进方向；

第二组焊接起弧位置及焊接：焊接每一焊段时，先将该焊段两端的点固焊点端头打磨成缓坡，然后从该焊段点固焊点端头前10mm位置起弧，然后向后折回至点固焊点端头缓坡上，待端头缓坡熔化后，电弧再向前行走，至与前方焊段焊缝端头接头后收弧；

二、对于纵焊缝的打底焊，先将整条纵焊缝均匀分为若干等分，等分长度300～400mm；然后选择从焊缝长度的中间部位开始，向两边分段跳焊；层间道间接头要错开；第二层焊缝焊道接头位置与第一层焊缝焊道接头位置错开大于10mm的距离，每层焊缝焊道接头相互错开大于10mm的距离。

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