CN114247965A - 模块化生产中哈氏合金复合材料焊接及热处理工艺方法 - Google Patents

模块化生产中哈氏合金复合材料焊接及热处理工艺方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种模块化生产中哈氏合金复合材料焊接及热处理工艺方法,该焊接及热处理工艺方法用于模块化生产中对哈氏合金复合材料的焊接,可以适用于环形焊缝和纵焊缝的焊接,在将工件进行组对点固焊后,先焊接基层母材的坡口形成基层焊缝,然后清根打磨后封底焊,之后通过焊接两层过渡层,进行消除应力热处理,可以减少焊接哈氏合金的覆层母材时的焊接应力,最后焊接覆层母材的坡口形成覆层焊缝,该该焊接及热处理工艺既满足了基层材料的强度和韧性,又消除了覆层母材的哈氏合金熔敷金属对基层母材,尤其是结合面母材产生的强大内应力,产品焊缝质量稳定可靠。

Description

模块化生产中哈氏合金复合材料焊接及热处理工艺方法
技术领域
本发明涉及一种焊接及热处理工艺方法,尤其涉及一种模块化生产中哈氏合金复合材料焊接中的焊接及热处理工艺方法。
背景技术
目前对于模块化生产中,对于容器及工艺管道或者复合材料板材的焊接及热处理工艺技术难度非常大,质量要求高。特别是大口径、大壁厚的哈氏合金复合材料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工艺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:提供一种模块化生产中哈氏合金复合材料焊接及热处理工艺方法,该该焊接及热处理工艺既满足了基层材料的强度和韧性,又消除了覆层母材的哈氏合金熔敷金属对基层母材,尤其是结合面母材产生的强大内应力,产品焊缝质量稳定可靠。
为解决上述技术问题,本发明的技术方案是:一种模块化生产中哈氏合金复合材料焊接及热处理工艺方法,包括以下步骤:
A、焊前准备,包括以下分步骤:
a1)确定焊接及热处理的执行标准;
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;
a3)选择工具;
a4)工具的验收检查;
a5)对需焊接的两部件材料的切口端面加工坡口,两部件材料均为SA516Cr.70的基层母材和材料为SB-575UNS N10276的覆层母材的复合材料;该坡口为双面阶梯形坡口,基层母材侧的坡口面与法线方向的夹角为32°±2.5°,钝边为0-1.5mm;覆层母材侧的坡口面与法线方向的夹角为32°±2.5°,坡口深度大于覆层母材的厚度且延伸到基层母材1~1.5mm,覆层坡口根部的基层直段长度≥13mm;组对间隙为3.2~4.0mm;
a6)将坡口面内外表面20mm范围内杂物清除干净,露出金属光泽;
B、坡口组对准备及技术要求,包括以下分步骤:
b1)确认组对用的液压组对器、工装卡具、点固块,其与母材接触部位的卡具材质要与母材相同或同一组别;
b2)将两部件水平组对,组对间隙为3.2-4.0mm且均匀,组对完成的焊口内外壁允许偏差如下:
内壁允许偏差:壁厚/20+1mm,最大不能超过为3mm;
外壁允许偏差:壁厚/10+2mm,最大不能超过8mm;
C、坡口组对方法
将两部件采用液压组对器装配组对,采用手工电弧焊在坡口根部进行点固焊,按照焊缝类型不同包括以下分步骤:
c1)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;
c2)对于直线纵焊缝组对:将整条纵焊缝均匀分为若干等分,每个等分长度为300~400mm,等分位置设置液压组对器;
c3)对于环形焊缝点固焊:在液压组对器的顺时针方向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;
c4)对于直线纵焊缝点固焊: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;
c5)检查点固焊的质量;
c6)逐个拆除液压组对器;
c7)将点固焊点两端打磨成缓坡型;
D、基层母材的坡口焊接,包括以下分步骤:
d1)基层母材坡口面质量检查:
d2)基层母材预热及焊接工艺,包括以下分步骤:
d2a)预热温度≥15℃;
d2b)焊接工艺:采用手弧焊,线性焊道,压道焊,接头错开;
d2c)手弧焊打底焊第一层:焊条规格为E7015,焊条直径φ3.2,熔敷道数为1层1道,每道宽度<13mm,每道厚度<3.2mm,电流100~105A,电压20~23V,第一层打底焊缝的背面相对于基层母材内壁凸出且凸出高度小于3mm;
d2d)手弧焊打底焊第二层:焊条规格为E7015,焊条直径φ3.2,熔敷道数为1层1道,每道宽度<13mm,每道厚度<3.2mm,电流115~125A,电压20~23V,道间温度<180℃;
d2e)手弧焊填充焊第三层:焊条规格为E7015,焊条直径φ4.0,熔敷道数为1层1道,每道宽度<15mm,每道厚度<4.0mm,电流145~155A,电压22~25V,道间温度<180℃;
d2f)手弧焊填充焊第四层和第五层时:焊条规格为E7015,焊条直径φ4.0,熔敷道数为1层2道,每道宽度<15mm,每道厚度<4mm,电流165~185A,电压22~26V,道间温度<180℃;
d2g)手弧焊填充焊第n-1层:焊条规格为E7015,焊条直径φ4.0,熔敷道数为1层多道,每道宽度<15mm,每道厚度<4mm,电流165~185A,电压22~26V,道间温度<180℃;
d2h)手弧焊盖面焊第n层:焊条规格为E7015,焊条直径φ4.0,熔敷道数为1层多道,每道宽度<15mm,每道厚度<4mm,电流165~185A,电压22~26V,道间温度<180℃;
d2i)背面清根,打磨清除第一层打底焊缝的背面的凸起部位,使其形成向外侧内凹的凹口;
d2j)手弧焊封底焊第n+1层:焊条规格为E7015,焊条直径φ3.2,熔敷道数为1层1道,每道宽度<13mm,每道厚度<3.2mm,电流135~150A,电压20~23V,道间温度<150℃;焊接完封底焊第n+1层后,检查底焊第n+1层的质量,若局部凹陷深度大于标准值,则在该凹陷的地方手弧焊封底焊第n+2层的焊接,工艺参数与第n+1层封底焊相同;
d2k)打磨封底焊缝余高:打磨清除封底焊缝余高至与基层母材平齐;
d2l)在使用上述焊接工艺的前提下针对环焊缝和直线纵焊缝采用对应的施焊方式施焊:
E、在封底焊的底面焊接过渡层,包括以下分步骤:
e1)对覆层母材坡口面质量检查和修复:
e2)预热及焊接工艺控制,包括以下分步骤:
e21)对封底焊的熔敷金属及处于覆层母材侧的坡口范围的基层母材的背面预热,预热温度≥15℃;
e22)过渡层采用的焊接工艺为GTAW,线性焊道,压道焊,接头错开;
e23)手工钨极氩弧焊过渡层第一层:焊丝为ERNiCrMo-3,焊丝直径为φ2.0或φ2.4,熔敷道数为1层6道,每道宽度<10mm,每道厚度<1.5mm,电流135~155A,电压10~13V;道间温度<150℃;
e24)手工钨极氩弧焊过渡层第二层:焊丝为ERNiCrMo-3,直径为φ2.4,熔敷道数为1层7道,每道宽度<12mm,每道厚度<1.5mm,电流135~155A,电压10~13V;道间温度<150℃;
e25)根据焊缝的类型选择对应的施焊方法进行施焊;
e3)过渡层焊接完后对工件进行热处理,包括以下步骤;
e31)将工件进行整体消应力热处理,消应力热处理保温温度620℃±15℃,升温速率56℃/h~220℃/h之间,降温速率56℃/h~280℃/h之间。入炉温度为≤425℃,冷却方式为炉冷,出炉温度为≤425℃;
e32)出炉后清理表面氧化物;
F、覆层母材坡口的焊接,包括以下分步骤:
f1)对覆层母材及过渡层进行预热,预热温度≥15℃;
f2)焊接工艺:GTAW,线性焊道,压道焊,接头错开;
f3)手工钨极氩弧焊第一层:焊丝ERNiCrMo-4,直径φ2.0,熔敷道数为1层7道,每道宽度<12mm,每道厚度<2.0mm,电流为145~155A,电压为11~13V;道间温度<150℃;
f4)手工钨极氩弧焊第二层:焊丝ERNiCrMo-4,直径φ2.4,熔敷道数为1层8道,每道宽度<12mm,每道厚度<2.0mm,电流为145~155A,电压为11~13V;道间温度<150℃;
f5)手工钨极氩弧焊第三层:焊丝ERNiCrMo-4,直径φ2.4,熔敷道数为1层8道,每道宽度<12mm,每道厚度<2.0mm,电流为175~185A,电压为12~14V;道间温度<150℃;
f6)手工钨极氩弧焊第n层:焊丝ERNiCrMo-4,直径φ2.4,熔敷道数为1层多道,且每道宽度<12mm,每道厚度<2.0mm,电流为155~165A,电压为11~13V;道间温度<150℃;
f7)根据焊缝的类型选择对应的施焊方法进行施焊;
G、对焊缝打磨:打磨清除焊缝内、外表面焊纹过高的部位,打磨清除焊趾部位的咬边,保证焊缝与母材内外表面平滑过渡;
H、焊缝VT检查;
I、焊缝PT检测;
J、焊缝RT检测。
作为一种优选的方案,所述步骤d2l)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,包括以下两种施焊方式:
d2l1)将工件由旋转动力装置驱动绕自身中心轴旋转,在钟点位置1→12之间起弧,逆时针方向焊接且焊接方向与工件旋转方向相反,线性焊道,左焊法,压道焊,层间道间接头错开不小于10mm;
d2l2)将工件水平固定,采用分段对称施焊,将环形焊缝等分为12段,并且将12段焊缝划分为两组;
d2l21)确定第一组分段对称焊接顺序、焊接方向和起弧位置:
其中第一组分段对称焊接顺序;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;
第一组分段对称焊起弧位置:焊接6→5、6→7,3→2,9→10时,分别从6、6、3、9点的点固焊端头前10mm起弧,然后分别折回6点、6点、3点、9点的点固焊端头将接头熔化;直至过了5、7、2、10位置后收弧;
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点的点固焊端头将接头熔化,直至过了12、3、6、9位置后收弧;
第一组分段对称焊以前进方向为焊接方向,层间道间接头要错开;
d2l22)确定第二组分段对称焊接顺序、焊接方向和起弧位置:
其中第二组分段对称焊焊接顺序: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;
第二组分段对称焊以前进方向为焊接方向;层间道间接头要错开;
第二组分段对称焊起弧位置: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端头,待端头缓坡熔化后再向前行走,至与前方焊段焊缝端头接头后收弧;
二、对于纵焊缝焊接,将整条纵焊缝均匀分为若干等分,每个等分长度300~400mm;选择从焊缝长度的中间部位开始,向两边分段跳焊;且层间道间接头要错开。
作为一种优选的方案,所述步骤d1)基层母材坡口面质量检查的具体方式为:
d11.坡口面目视检查不得有裂纹、夹层、毛刺缺陷,若出现裂纹、夹层和毛刺,则对坡口面进行再次打磨,去除上述的缺陷,直至坡口面质量符合规定;;
d12.检查坡口尺寸;
d13.检查装配间隙为3.2~4.0mm。
作为一种优选的方案,所述步骤e1)对覆层母材坡口面质量检查和修复的具体步骤为:
e11.对覆层母材的坡口面目视检查,若发现有裂纹、夹层、毛刺缺陷,对坡口面进行打磨直至去除上述缺陷;
e12.检查覆层母材的坡口尺寸,覆层母材的基层直段长度必须≥13mm;
e13.检查并确保基层直段坡口深度超过熔合线,且进入基层母材1~1.5mm;
e13.检查基层直段表面平整光滑,无大于0.5mm的沟槽。
采用了上述技术方案后,本发明的效果是:
1、该焊接及热处理工艺中,将基层母材SA-516Cr.70手弧焊焊接填充盖面完成之后,背面清根,打磨清除未焊透、内凹、焊瘤等缺陷。然后封底焊一道,局部凹陷太大的位置封底焊焊接二道,焊后余高小于3mm。然后打磨焊缝余高至与基层直段基层母材表面平齐,清根及磨平余高,这样既保证了基层焊缝熔敷金属的焊接质量,又保证了焊接后续的过渡层及覆层厚度均匀;
2、该焊接工艺采用了两层过渡层焊接之后进行消应力热处理,消除了过渡层ERNiCrMo-3对基层母材SA-516Cr.70结合面造成的强大焊接残余应力,尤其消除了基层母材SA-516Cr.70坡口根部尖角部位的焊接残余应力,恢复了基层母材的塑性和韧性,避免了该部位弯曲试验开裂不合格缺陷的发生;
3、覆层母材的单边坡口角度为32°±2.5°,角度大,斜边长,堆焊覆层哈氏合金材料ERNiCrMo-4熔覆金属之后,相对于小角度斜面而言,熔覆金属在斜面上更加平滑过渡,RT底片显像坡口面为平缓黑白色过度,而不是黑到白亮色反差过度,严格按照上偏差控制坡口角度,不仅保证了覆层堆焊层熔覆金属质量,也保证了RT底片的质量;
4、手工钨极氩弧焊及手工电弧焊焊接工艺都采用线性焊道,压道焊,不摆动,控制每道焊缝熔敷金属厚度,有效减小了热输入,避免了焊缝熔覆金属过热,减小焊接热影响区范围;
上述的焊接及热处理工艺方法减小了焊缝热影响区,减小了基层母材和覆层母材的焊接应力和变形,减小了熔敷金属内部气孔、夹渣,尤其是裂纹倾向,避免了焊缝熔覆金属过热,保证了焊缝熔敷金属、热影响区及近缝区母材的质量。
使用上述焊接和热处理工艺方法施焊的哈氏合金复合材料焊缝质量符合标准及设计要求。
又由于所述步骤d2l)针对环焊缝和直线纵焊缝采用对应的施焊方式为,对于环形焊缝,有两种方式,一种是工件水平固定,一工件旋转,工件水平固定方式焊接时,采用分段对称焊,确保焊接应力平横,而工件匀速转动状态,焊接时采用左焊法施焊,热输入小,减小了焊接热影响区范围;而对于纵焊缝,焊接时采用分段跳焊及对称焊,也能确保焊接应力平横,减小焊接热影响区范围。
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是发明实施例的基层母材和覆层母材组对后的坡口处的局部结构剖视图;
图2是发明实施例的基层母材和覆层母材环焊缝和直线纵焊缝的分示意图;
图3是发明实施例的液压组对器组队后的示意图;
图4是发明实施例的基层母材焊接后的坡口处的局部轴向结构剖视图;
图5是发明实施例的基层焊缝背面清根示意图;
图6是发明实施例的基层焊缝封底焊示意图;
图7是发明实施例的基层焊缝封底焊缝余高磨平示意图;
图8是发明实施例的过渡层焊接示意图;
图9是发明实施例的覆层母材的坡口焊接示意图;
附图中:1.基层母材;101.钝边;102.基层焊缝;103.凹口;104.封底焊缝;105.过渡层;2.基层母材坡口;3.覆层母材;301.覆层母材坡口;302.覆层焊缝;4.液压组对器;401.外定位板;402.内定位板;403.拉杆;404.油缸。
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。
其中本发明大口径、大壁厚一般是指外径大于508mm,壁厚为15-52mm的材料。
本发明中的哈氏合金复合材料的焊接适用于管道容器等环形工件的组对焊接,也适用于板装工件的组对焊接。
如图1至图9所示,一种模块化生产中哈氏合金复合材料焊接及热处理工艺方法,包括以下步骤:
A、焊前准备,包括以下分步骤:
a1)确定焊接及热处理的执行标准;
本实施例中执行标准为:
ASME Ⅸ-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》;
ASME Ⅷ-1-2017《压力容器建造规则》;
GB/T 9452-2012《热处理炉有效加热区测定方法》;
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;
本实施例中以基层母材1为SA-516Cr.70,覆层材料为SB-575UNS N10276(C-276)的哈氏合金复合材料。
表1记录了该哈氏合金复合材料及焊材的技术参数;
Figure BDA0002692459740000111
表1
a3)选择工具;
其中,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、热处理炉、热电偶、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已经过标定,且在标定有效期内。
要求热处理炉有效加热区检测报告在有效期内,热电偶、自动平衡记录仪、里氏硬度仪等已经过标定,且在标定有效期内。
要求无损检验设备、理化检测设备计量仪表已经过标定,且在标定有效期内。
需用的工机具主要有:角向磨光机、钢丝刷、半圆锉、手电筒、焊缝检查尺、丙酮、棉纱及劳保用品等。
a4)工具的验收检查;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,氩弧焊炬用的焊丝理化参数的验收检查是否合格;
a5)对需焊接的两部件材料的切口端面加工坡口,两部件材料分别为SA516Cr.70的基层母材1和材料为SB-575 UNS N10276的覆层母材3;该坡口为双面阶梯形坡口,基层母材1侧的坡口面与法线方向的夹角为32°±2.5°,钝边101为0-1.5mm;覆层母材3侧的坡口面与法线方向的夹角为32°±2.5°,坡口深度大于覆层母材3的厚度且延伸到基层母材11~1.5mm,覆层坡口根部的基层直段长度≥13mm;组对间隙为3.2~4.0mm;
a6)将坡口面内外表面20mm范围内杂物清除干净,露出金属光泽;其主要清除油、锈、氧化皮等杂物,必要时可用丙酮擦洗,
B、坡口组对准备及技术要求,包括以下分步骤:
b1)确认组对用的液压组对器4、工装卡具、点固块,其与母材接触部位的卡具材质要与母材相同或同一组别;如图3所示,本实施例中使用的液压组对器4包括外定位板401,外定位板401上固定有油缸404,油缸404的活塞杆作为拉杆403,其拉杆403的内侧端设置有插孔,插孔内***内定位板402,使用最对时,将拉杆403塞入到两个工件之间,然后从内侧***内定位板402,然后油缸404的活塞缸收缩,此时内定位板402、外定位板401分别挤压工件的内外侧,从而使工件同心,并且减少错边。
b2)将两部件水平组对,组对间隙为3.2-4.0mm且均匀,组对完成的焊口内外壁允许偏差如下:
内壁允许偏差:壁厚/20+1mm,最大不能超过为3mm;
外壁允许偏差:壁厚/10+2mm,最大不能超过8mm;
C、坡口组对方法
将两部件采用液压组对器4装配组对,采用手工电弧焊在坡口根部进行点固焊,按照焊缝类型不同包括以下分步骤:
c1)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4,八个液压组对器4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4;
c2)对于直线纵焊缝组对:将整条纵焊缝均匀分为若干等分,每个等分长度为300~400mm,等分位置设置液压组对器4;
c3)对于环形焊缝点固焊:在液压组对器4的顺时针方向一侧距离液压组对器4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;
c4)对于直线纵焊缝点固焊: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4的一侧,距离液压组对器4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;
c5)检查点固焊的质量;
c6)逐个拆除液压组对器4;
c7)将点固焊点两端打磨成缓坡型;
D、基层母材1的坡口焊接,包括以下分步骤:
d1)基层母材坡口2面质量检查:
所述步骤d1)基层母材坡口2面质量检查的具体方式为:
d11.坡口面目视检查不得有裂纹、夹层、毛刺缺陷,若出现裂纹、夹层和毛刺,则对坡口面进行再次打磨,去除上述的缺陷,直至坡口面质量符合规定;;
d12.检查坡口尺寸;
d13.检查装配间隙为3.2~4.0mm。
d2)基层母材1预热及焊接工艺,包括以下分步骤:
d2a)预热温度≥15℃;
d2b)焊接工艺:采用手弧焊,线性焊道,压道焊,接头错开;
d2c)手弧焊打底焊第一层:焊条规格为E7015,焊条直径φ3.2,熔敷道数为1层1道,每道宽度<13mm,每道厚度<3.2mm,电流100~105A,电压20~23V,第一层打底焊缝的背面相对于基层母材1内壁凸出且凸出高度小于3mm;
d2d)手弧焊打底焊第二层:焊条规格为E7015,焊条直径φ3.2,熔敷道数为1层1道,每道宽度<13mm,每道厚度<3.2mm,电流115~125A,电压20~23V,道间温度<180℃;
d2e)手弧焊填充焊第三层:焊条规格为E7015,焊条直径φ4.0,熔敷道数为1层1道,每道宽度<15mm,每道厚度<4.0mm,电流145~155A,电压22~25V,道间温度<180℃;
d2f)手弧焊填充焊第四层和第五层时:焊条规格为E7015,焊条直径φ4.0,熔敷道数为1层2道,每道宽度<15mm,每道厚度<4mm,电流165~185A,电压22~26V,道间温度<180℃;
d2g)手弧焊填充焊第n-1层:焊条规格为E7015,焊条直径φ4.0,熔敷道数为1层多道,每道宽度<15mm,每道厚度<4mm,电流165~185A,电压22~26V,道间温度<180℃;
d2h)手弧焊盖面焊第n层:焊条规格为E7015,焊条直径φ4.0,熔敷道数为1层多道,每道宽度<15mm,每道厚度<4mm,电流165~185A,电压22~26V,道间温度<180℃;
d2i)背面清根,打磨清除第一层打底焊缝的背面的凸起部位,使其形成向外侧内凹的凹口103;
d2j)手弧焊封底焊第n+1层:焊条规格为E7015,焊条直径φ3.2,熔敷道数为1层1道,每道宽度<13mm,每道厚度<3.2mm,电流135~150A,电压20~23V,道间温度<150℃;焊接完封底焊第n+1层后,检查底焊第n+1层的质量,若局部凹陷深度大于标准值,则在该凹陷的地方手弧焊封底焊第n+2层的焊接,工艺参数与第n+1层封底焊相同;
d2k)打磨封底焊缝104余高:打磨清除封底焊缝104余高至与基层母材1平齐;
d2l)在使用上述焊接工艺的前提下针对环焊缝和直线纵焊缝采用对应的施焊方式施焊:
所述步骤d2l)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,包括以下两种施焊方式:
d2l1)将工件由旋转动力装置驱动绕自身中心轴旋转,在钟点位置1→12之间起弧,逆时针方向焊接且焊接方向与工件旋转方向相反,线性焊道,左焊法,压道焊,层间道间接头错开不小于10mm;
d2l2)将工件水平固定,采用分段对称施焊,将环形焊缝等分为12段,并且将12段焊缝划分为两组;
d2l21)确定第一组分段对称焊接顺序、焊接方向和起弧位置:
其中第一组分段对称焊接顺序;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;
第一组分段对称焊起弧位置:焊接6→5、6→7,3→2,9→10时,分别从6、6、3、9点的点固焊端头前10mm起弧,然后分别折回6点、6点、3点、9点的点固焊端头将接头熔化;直至过了5、7、2、10位置后收弧;
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点的点固焊端头将接头熔化,直至过了12、3、6、9位置后收弧;
第一组分段对称焊以前进方向为焊接方向,层间道间接头要错开;
d2l22)确定第二组分段对称焊接顺序、焊接方向和起弧位置:
其中第二组分段对称焊焊接顺序: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;
第二组分段对称焊以前进方向为焊接方向;层间道间接头要错开;
第二组分段对称焊起弧位置: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端头,待端头缓坡熔化后再向前行走,至与前方焊段焊缝端头接头后收弧;
二、对于纵焊缝焊接,将整条纵焊缝均匀分为若干等分,每个等分长度300~400mm;选择从焊缝长度的中间部位开始,向两边分段跳焊;且层间道间接头要错开。
至此,表2为基层母材1的基层焊缝102的焊接工艺规程参数表:
Figure BDA0002692459740000161
Figure BDA0002692459740000171
表2
E、在封底焊的底面焊接过渡层105,包括以下分步骤:
e1)对覆层母材坡口301面质量检查和修复:
所述步骤e1)对覆层母材坡口301面质量检查和修复的具体步骤为:
e11.对覆层母材坡口301面目视检查,若发现有裂纹、夹层、毛刺缺陷,对坡口面进行打磨直至去除上述缺陷;
e12.检查覆层母材坡口301尺寸,覆层母材3的基层直段长度必须≥13mm;
e13.检查并确保基层直段坡口深度超过熔合线,且进入基层母材11~1.5mm;
e13.检查基层直段表面平整光滑,无大于0.5mm的沟槽。
e2)预热及焊接工艺控制,包括以下分步骤:
e21)对封底焊的熔敷金属及处于覆层母材3侧的坡口范围的基层母材1的背面预热,预热温度≥15℃;
e22)过渡层105采用的焊接工艺为GTAW,线性焊道,压道焊,接头错开;
e23)手工钨极氩弧焊过渡层105第一层:焊丝为ERNiCrMo-3,焊丝直径为φ2.0或φ2.4,熔敷道数为1层6道,每道宽度<10mm,每道厚度<1.5mm,电流135~155A,电压10~13V;道间温度<150℃;
e24)手工钨极氩弧焊过渡层105第二层:焊丝为ERNiCrMo-3,直径为φ2.4,熔敷道数为1层7道,每道宽度<12mm,每道厚度<1.5mm,电流135~155A,电压10~13V;道间温度<150℃;
e25)根据焊缝的类型选择对应的施焊方法进行施焊;该施焊方法和基层母材1的焊缝的施焊方法相同,对于环焊缝,可以两种方式焊接,一种是工件水平固定不动,另一种是工件水平设置绕自身轴线旋转;而对于直线纵焊缝,则采用分段跳焊的方式实现焊接。
e3)对过渡层105进行热处理,包括以下步骤;
e31)将工件进行整体消应力热处理,消应力热处理保温温度620℃±15℃,升温速率56℃/h~220℃/h之间,降温速率56℃/h~280℃/h之间。入炉温度为≤425℃,冷却方式为炉冷,出炉温度为≤425℃;
e32)出炉后清理表面氧化物;
至此,表3为过渡层焊接工艺规程及热处理参数表:
Figure BDA0002692459740000181
Figure BDA0002692459740000191
表3
F、覆层母材坡口301的焊接,包括以下分步骤:
f1)对覆层母材3及过渡层进行预热,预热温度≥15℃;
f2)焊接工艺:GTAW,线性焊道,压道焊,接头错开;
f3)手工钨极氩弧焊第一层:焊丝ERNiCrMo-4,直径φ2.0,熔敷道数为1层7道,每道宽度<12mm,每道厚度<2.0mm,电流为145~155A,电压为11~13V;道间温度<150℃;
f4)手工钨极氩弧焊第二层:焊丝ERNiCrMo-4,直径φ2.4,熔敷道数为1层8道,每道宽度<12mm,每道厚度<2.0mm,电流为145~155A,电压为11~13V;道间温度<150℃;
f5)手工钨极氩弧焊第三层:焊丝ERNiCrMo-4,直径φ2.4,熔敷道数为1层8道,每道宽度<12mm,每道厚度<2.0mm,电流为175~185A,电压为12~14V;道间温度<150℃;
f6)手工钨极氩弧焊第n层:焊丝ERNiCrMo-4,直径φ2.4,熔敷道数为1层多道,且每道宽度<12mm,每道厚度<2.0mm,电流为155~165A,电压为11~13V;道间温度<150℃;
f7)根据焊缝的类型选择对应的施焊方法进行施焊;该施焊方法和基层母材1的焊缝的施焊方法相同,
G、对焊缝打磨:打磨清除焊缝内、外表面焊纹过高的部位,打磨清除焊趾部位的咬边,保证焊缝与母材内外表面平滑过渡;
H、焊缝VT检查;
I、焊缝PT检测;
J、焊缝RT检测。
至此,表4为覆层母材3的覆层焊缝302的焊接工艺规程参数:
Figure BDA0002692459740000201

Claims (4)

1.模块化生产中哈氏合金复合材料焊接及热处理工艺方法,其特征在于:包括以下步骤:
A、焊前准备,包括以下分步骤:
a1)确定焊接及热处理的执行标准;
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;
a3)选择工具;
a4)工具的验收检查;
a5)对需焊接的两部件材料的切口端面加工坡口,两部件材料均为SA516Cr.70的基层母材和材料为SB-575UNS N10276的覆层母材的复合材料;该坡口为双面阶梯形坡口,基层母材侧的坡口面与法线方向的夹角为32°±2.5°,钝边为0-1.5mm;覆层母材侧的坡口面与法线方向的夹角为32°±2.5°,坡口深度大于覆层母材的厚度且延伸到基层母材1~1.5mm,覆层坡口根部的基层直段长度≥13mm;组对间隙为3.2~4.0mm;
a6)将坡口面内外表面20mm范围内杂物清除干净,露出金属光泽;
B、坡口组对准备及技术要求,包括以下分步骤:
b1)确认组对用的液压组对器、工装卡具、点固块,其与母材接触部位的卡具材质要与母材相同或同一组别;
b2)将两部件水平组对,组对间隙为3.2-4.0mm且均匀,组对完成的焊口内外壁允许偏差如下:
内壁允许偏差:壁厚/20+1mm,最大不能超过为3mm;
外壁允许偏差:壁厚/10+2mm,最大不能超过8mm;
C、坡口组对方法
将两部件采用液压组对器装配组对,采用手工电弧焊在坡口根部进行点固焊,按照焊缝类型不同包括以下分步骤:
c1)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;
c2)对于直线纵焊缝组对:将整条纵焊缝均匀分为若干等分,每个等分长度为300~400mm,等分位置设置液压组对器;
c3)对于环形焊缝点固焊:在液压组对器的顺时针方向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;
c4)对于直线纵焊缝点固焊: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;
c5)检查点固焊的质量;
c6)逐个拆除液压组对器;
c7)将点固焊点两端打磨成缓坡型;
D、基层母材的坡口焊接,包括以下分步骤:
d1)基层母材坡口面质量检查:
d2)基层母材预热及焊接工艺,包括以下分步骤:
d2a)预热温度≥15;℃
d2b)焊接工艺:采用手弧焊,线性焊道,压道焊,接头错开;
d2c)手弧焊打底焊第一层:焊条规格为E7015,焊条直径φ3.2,熔敷道数为1层1道,每道宽度<13mm,每道厚度<3.2mm,电流100~105A,电压20~23V,第一层打底焊缝的背面相对于基层母材内壁凸出且凸出高度小于3mm;
d2d)手弧焊打底焊第二层:焊条规格为E7015,焊条直径φ3.2,熔敷道数为1层1道,每道宽度<13mm,每道厚度<3.2mm,电流115~125A,电压20~23V,道间温度<180℃;
d2e)手弧焊填充焊第三层:焊条规格为E7015,焊条直径φ4.0,熔敷道数为1层1道,每道宽度<15mm,每道厚度<4.0mm,电流145~155A,电压22~25V,道间温度<180℃;
d2f)手弧焊填充焊第四层和第五层时:焊条规格为E7015,焊条直径φ4.0,熔敷道数为1层2道,每道宽度<15mm,每道厚度<4mm,电流165~185A,电压22~26V,道间温度<180℃;
d2g)手弧焊填充焊第n-1层:焊条规格为E7015,焊条直径φ4.0,熔敷道数为1层多道,每道宽度<15mm,每道厚度<4mm,电流165~185A,电压22~26V,道间温度<180℃;
d2h)手弧焊盖面焊第n层:焊条规格为E7015,焊条直径φ4.0,熔敷道数为1层多道,每道宽度<15mm,每道厚度<4mm,电流165~185A,电压22~26V,道间温度<180℃;
d2i)背面清根,打磨清除第一层打底焊缝的背面的凸起部位,使其形成向外侧内凹的凹口;
d2j)手弧焊封底焊第n+1层:焊条规格为E7015,焊条直径φ3.2,熔敷道数为1层1道,每道宽度<13mm,每道厚度<3.2mm,电流135~150A,电压20~23V,道间温度<150℃;焊接完封底焊第n+1层后,检查底焊第n+1层的质量,若局部凹陷深度大于标准值,则在该凹陷的地方手弧焊封底焊第n+2层的焊接,工艺参数与第n+1层封底焊相同;
d2k)打磨封底焊缝余高:打磨清除封底焊缝余高至与基层母材平齐;
d2l)在使用上述焊接工艺的前提下针对环焊缝和直线纵焊缝采用对应的施焊方式施焊:
E、在封底焊的底面焊接过渡层,包括以下分步骤:
e1)对覆层母材坡口面质量检查和修复:
e2)预热及焊接工艺控制,包括以下分步骤:
e21)对封底焊的熔敷金属及处于覆层母材侧的坡口范围的基层母材的背面预热,预热温度≥15;℃
e22)过渡层采用的焊接工艺为GTAW,线性焊道,压道焊,接头错开;
e23)手工钨极氩弧焊过渡层第一层:焊丝为ERNiCrMo-3,焊丝直径为φ2.0或φ2.4,熔敷道数为1层6道,每道宽度<10mm,每道厚度<1.5mm,电流135~155A,电压10~13V;道间温度<150℃;
e24)手工钨极氩弧焊过渡层第二层:焊丝为ERNiCrMo-3,直径为φ2.4,熔敷道数为1层7道,每道宽度<12mm,每道厚度<1.5mm,电流135~155A,电压10~13V;道间温度<150℃;
e25)根据焊缝的类型选择对应的施焊方法进行施焊;
e3)过渡层焊接完后对工件进行热处理,包括以下步骤;
e31)将工件进行整体消应力热处理,消应力热处理保温温度620℃±15℃,升温速率56℃/h~220℃/h之间,降温速率56℃/h~280℃/h之间;入炉温度为≤425℃,冷却方式为炉冷,出炉温度为≤425℃;
e32)出炉后清理表面氧化物;
F、覆层母材坡口的焊接,包括以下分步骤:
f1)对覆层母材及过渡层进行预热,预热温度≥15;℃
f2)焊接工艺:GTAW,线性焊道,压道焊,接头错开;
f3)手工钨极氩弧焊第一层:焊丝ERNiCrMo-4,直径φ2.0,熔敷道数为1层7道,每道宽度<12mm,每道厚度<2.0mm,电流为145~155A,电压为11~13V;道间温度<150℃;
f4)手工钨极氩弧焊第二层:焊丝ERNiCrMo-4,直径φ2.4,熔敷道数为1层8道,每道宽度<12mm,每道厚度<2.0mm,电流为145~155A,电压为11~13V;道间温度<150℃;
f5)手工钨极氩弧焊第三层:焊丝ERNiCrMo-4,直径φ2.4,熔敷道数为1层8道,每道宽度<12mm,每道厚度<2.0mm,电流为175~185A,电压为12~14V;道间温度<150℃;
f6)手工钨极氩弧焊第n层:焊丝ERNiCrMo-4,直径φ2.4,熔敷道数为1层多道,且每道宽度<12mm,每道厚度<2.0mm,电流为155~165A,电压为11~13V;道间温度<150℃;
f7)根据焊缝的类型选择对应的施焊方法进行施焊;
G、对焊缝打磨:打磨清除焊缝内、外表面焊纹过高的部位,打磨清除焊趾部位的咬边,保证焊缝与母材内外表面平滑过渡;
H、焊缝VT检查;
I、焊缝PT检测;
J、焊缝RT检测。
2.如权利要求1所述的模块化生产中哈氏合金复合材料焊接及热处理工艺方法,其特征在于:所述步骤d2l)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,包括以下两种施焊方式:
d2l1)将工件由旋转动力装置驱动绕自身中心轴旋转,在钟点位置1→12之间起弧,逆时针方向焊接且焊接方向与工件旋转方向相反,线性焊道,左焊法,压道焊,层间道间接头错开不小于10mm;
d2l2)将工件水平固定,采用分段对称施焊,将环形焊缝等分为12段,并且将12段焊缝划分为两组;
d2l21)确定第一组分段对称焊接顺序、焊接方向和起弧位置:
其中第一组分段对称焊接顺序;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;
第一组分段对称焊起弧位置:焊接6→5、6→7,3→2,9→10时,分别从6、6、3、9点的点固焊端头前10mm起弧,然后分别折回6点、6点、3点、9点的点固焊端头将接头熔化;直至过了5、7、2、10位置后收弧;
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点的点固焊端头将接头熔化,直至过了12、3、6、9位置后收弧;
第一组分段对称焊以前进方向为焊接方向,层间道间接头要错开;
d2l22)确定第二组分段对称焊接顺序、焊接方向和起弧位置:
其中第二组分段对称焊焊接顺序: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;
第二组分段对称焊以前进方向为焊接方向;层间道间接头要错开;
第二组分段对称焊起弧位置: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端头,待端头缓坡熔化后再向前行走,至与前方焊段焊缝端头接头后收弧;
二、对于纵焊缝焊接,将整条纵焊缝均匀分为若干等分,每个等分长度300~400mm;选择从焊缝长度的中间部位开始,向两边分段跳焊;且层间道间接头要错开。
3.如权利要求2所述的模块化生产中哈氏合金复合材料焊接及热处理工艺方法,其特征在于:所述步骤d1)基层母材坡口面质量检查的具体方式为:
d11.坡口面目视检查不得有裂纹、夹层、毛刺缺陷,若出现裂纹、夹层和毛刺,则对坡口面进行再次打磨,去除上述的缺陷,直至坡口面质量符合规定;;
d12.检查坡口尺寸;
d13.检查装配间隙为3.2~4.0mm。
4.如权利要求3所述的模块化生产中哈氏合金复合材料焊接及热处理工艺方法,其特征在于:所述步骤e1)对覆层母材坡口面质量检查和修复的具体步骤为:
e11.对覆层母材的坡口面目视检查,若发现有裂纹、夹层、毛刺缺陷,对坡口面进行打磨直至去除上述缺陷;
e12.检查覆层母材的坡口尺寸,覆层母材的基层直段长度必须≥13mm;
e13.检查并确保基层直段坡口深度超过熔合线,且进入基层母材1~1.5mm;
e13.检查基层直段表面平整光滑,无大于0.5mm的沟槽。
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