[发明专利]一种厚壁镍基合金集箱环焊缝焊接方法

说明书

技术领域

本发明涉及镍基合金的焊接，特别针对锅炉集箱用的镍基合金厚壁管深坡口的焊接，属焊接技术与工程领域。

背景技术

集箱是组成锅炉的关键部件之一，其主要作用为汇集和混合工质、消除或减小热偏差以及工质再分配。集箱由集箱筒身、端盖、管接头、耳板和筒身附件组成，集箱筒体大多数是用较大直径的厚壁管对接环焊而成，其材质与锅炉受热面材质一致。

随着锅炉设计参数的提高，高温段用材等级不断提高，特别是700℃锅炉中镍基合金将得到广泛应用。镍基合金焊接虽广泛应用于航空航天领域，但在现有的燃煤发电锅炉制造中从未被采用过，时效强化型镍基高温合金Ni-25Cr-20Co是700℃锅炉主要备选材料之一，于2011年被ASME标准收录并获得Code Case 2702，该合金焊接时具有流动性差、热裂纹敏感高等特点，其焊接难度较大，厚壁管在复杂拘束条件下，焊接难度更大。

集箱筒体环焊缝的焊接是集箱制造的关键工序，其焊接方法控制点主要包括焊接方法选择、焊接坡口制备、焊接材料选择、焊后热处理及焊后检验等。

目前锅炉集箱材质等级均为低碳钢或合金钢，Ni-25Cr-20Co镍基合金集箱的应用无经验可循。在焊接Ni-25Cr-20Co镍基合金集箱时存在的问题主要有：

(1)镍基合金熔池流动性差，脱渣困难，焊接过程中热输入量大，环缝焊接还易产生粗大的晶粒降低焊缝性能，同时焊接热裂纹不易得到控制；

(2)镍基合金线膨胀系数高，焊接过程中收缩变形较大，现有集箱环缝坡口设计不适用镍基合金焊接；

(3)Ni-25Cr-20Co还含有较多活性元素，焊接过程中易被氧化，需采用合理的焊接保护方式。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述方法控制点，提出一种适用于Ni-25Cr-20Co镍基合金厚壁集箱环焊缝的焊接方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种厚壁镍基合金集箱环焊缝焊接方法，包括如下步骤：

S1：焊材选取

选用符合要求的焊丝，焊丝中元素的成分重量百分比为：C≤0.080％、Mn≤1.0％、Si≤1.0％、Cu≤0.50％、Al 0.5-2.5％、Ti 0.5-2.0％、Ni≥50％、Cr 23.5-25.5％、Co 15.0-22.0％、Nb 0.5-1.5％、Fe≤3.0％、S≤0.01％、P≤0.01％、Mo≤2.0％。

S2:焊接方式选取

采用热丝TIG焊焊接，其中焊枪的厚度为H mm，焊接机头具有双路保护气功能，焊接过程中钨极可摆动；所述的双路保护气功能分别为熔池保护功能和尾气保护功能，所述的尾气保护功能是在刚焊接完后，保护气体不停并继续保护冷却中的焊缝，以防止氧化；采用热丝TIG焊的焊接方法，解决了脱渣困难的问题，同时焊接过程中钨极的摆动使电弧摆动以搅拌熔池，保证了焊接接头的性能。

S3：焊前准备

坡口制备，将两个需焊接的镍基合金集箱筒体的坡口加工成U形或V形，坡口对接处留有钝边。

S4：施焊过程，所述的施焊过程包括如下子步骤：

S41：将需焊接的两个镍基合金集箱筒体的坡口对接，对接时，保证对接的钝边间隙小于3mm，且对接处镍基合金集箱筒体错边量小于2mm；

S42：点焊，沿镍基合金集箱筒体坡口处环向点焊至少两点；

S43：打磨所有点焊收弧位置，检测焊缝无裂纹，若有裂纹继续打磨直到裂纹清除干净；

S44：焊接，所述的焊接又包括如下子步骤：

S441：打底焊，电流160-200A，电压9-11V，焊接速度80-120mm/min，焊接时钨极不摆动；在坡口内钝边上方进行打底焊，由于钝边厚度较薄，打底焊时，电流过大容易导致焊漏，过小则可能导致根部熔合不良，发明人经过试验总结得出上述最为合适的打底焊参数；

S442：过渡焊，电流200-240A，电压9-10.5V，焊接速度90-130mm/min，焊接时钨极摆动；在打底焊上方进行过度焊，由于打底焊后，焊缝仍然较薄，直接进行填充焊的话，可能会焊穿，因此需在填充焊前进行一层过度焊，由于有打底焊的铺垫，对接处根部厚度有所增加，因此过渡焊的电流可较打底焊有所加大，但若电流过大也可能导致焊漏，过小则可能产生层间熔合不良，发明人经过试验总结得出上述最为合适的过渡焊参数；