[发明专利]提高支管承插焊焊趾疲劳寿命的焊接方法

说明书

技术领域

本发明涉及小支管承插焊的焊接方法，更具体地说，涉及采用低相变点焊丝焊趾熔修技术提高小支管承插焊焊趾处的疲劳性能改进工艺。

背景技术

在核电站中有很多管件连接，主管与支管和法兰与支管之间连接的时候，由于管子口径不一致，无法施行对接焊，且需要施行承插焊。传统的承插焊是把小支管套在主管或法兰里进行焊接，其焊缝为角焊缝。由于支管与法兰和主管焊前是承插装配，焊后焊根和焊趾处是薄弱部位。导致支管承插焊失效的主要方式有应力腐蚀、设计缺陷、热疲劳、腐蚀磨蚀和振动疲劳；其中振动疲劳是主要失效的方式。在振动条件下，焊根和焊趾处易产生裂纹，并最终导致开裂，使含有辐射性的物质泄漏进而危害核电站的正常运行。在支管承插焊焊根处开坡口可以降低其应力集中系数，有效的改善焊根处的疲劳性能，但实际使用中发现，焊根处虽然改善了但焊趾处还会存在严重的疲劳断裂问题，所以焊趾处的工艺改善也应值得注意。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，针对目前支管承插焊焊接工艺进行合理改进，用低相变点焊丝焊趾熔修技术使焊趾处的残余应力由残余拉应力变为残余压应力，提供一种更安全稳定的提高支管承插焊疲劳寿命的焊接工艺，使得在振动条件下改善支管承插焊焊趾处的疲劳性能，不容易在振动条件下发生疲劳失效，提高疲劳寿命。

本发明的目的通过下述技术方案予以实现：

为了提高承插焊支管焊趾处的疲劳寿命，关键是改变焊趾处的残余拉应力为残余压应力，而低相变点焊趾熔修技术能在焊趾处产生残余压应力，改善焊趾处的疲劳寿命。

提高支管承插焊焊趾疲劳寿命的焊接方法采用低相变点焊丝焊趾熔修工艺方法，使支管焊趾处的残余应力为压应力，具体步骤如下：

(1)将主管中心孔径的上沿开一环V型坡口，形状参数优选坡口角度为45°，坡口深度5mm；

(2)将支管垂直放置于主管中心孔径中，支管的外径和主管孔径之间存在一定宽度的装配间隙，例如1-2mm。

(3)采用钨极惰性气体保护焊实施支管承插焊，采用低相变点焊丝进行焊趾熔修，可优选6层焊接方式，具体来说，焊接的第一、二层焊接电流为90～110A，电压为12V；第三至五层的焊接电流为70～90A，电压为12V，前五层焊丝选用不锈钢管焊接使用的常规实芯焊丝，例如308L实芯焊丝，其合金成分重量百分比(％)为C＝0.001、S＝0.020、Si＝0.40、Mn＝1.7、P＝0.025、Ni＝9.9、Cr＝20.5、Mo＝0.047，其余为铁；第六层为低相变点焊丝进行焊趾熔修，电流为75～95A，电压为12V，焊丝选用低相变点实芯焊丝，其所述焊丝组分及重量百分比(％)为：C＝0.02～0.06，Mn＝0.8～2.5，Cr＝9～14，Ni＝4.0～10.0，Mo＝0.1～1.0，Si＝0.1～0.7，Ti＝0.1～0.6，N_b＝0.1～0.6，其余为铁；更加优选为C＝0.02～0.06、Mn＝1.0～1.5、Cr＝11～13、Ni＝7.0～9.0、Mo＝0.2～0.5、Si＝0.2～0.5、Ti＝0.15～0.3、N_b＝0.15～0.3其余为铁。

所述步骤(3)的钨极惰性气体保护焊采用直流正接，选用焊嘴直径为钨棒直径为焊枪氩气流量为9～10L/min。

所述步骤(3)中，各层间温度为100～120℃，采用远红外测温仪进行测量。

本发明的技术方案提供了一种安全稳定的提高小支管承插焊焊趾疲劳寿命的焊接工艺，采用采用低相变点焊丝进行焊趾熔修，利用其低温相变膨胀作用，可以将常规焊接工艺在支管承插焊焊趾处部位形成的拉伸残余应力改为压缩应力，从而降低了支管承插焊焊趾处的开裂机率，提高了焊趾处的疲劳性能。

附图说明

图1是支管与法兰主管承插焊的结构示意图。

图2是法兰的立体图。

图3是图2中法兰的剖面图。

图4是支管与法兰承插焊接顺序示意图。

图5是支管与主管承插焊接顺序示意图。

其附图标记为：1为支管、2为承插焊部分(其中I到V分别为第1到第5道焊接、VI为利用低相变点焊丝进行的焊趾熔修)、3为法兰、4为螺孔、5为坡口、6为主管。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步描述。

实施例1

1、机具和焊接材料

(1)焊接设备应选用特性良好的逆变式焊机(山大奥太逆变式脉冲氩弧焊机)