[发明专利]一种石化装备用耐高温腐蚀镍基实心焊丝制备方法及焊接工艺

说明书

本发明公开了一种用于石化装备耐高温腐蚀的镍基焊材制备方法及焊接工艺，属于合金材料、焊接技术领域。其合金组分及质量百分比为：Cr:30‑45%，Ti:2.0‑2.6%，Nb:1‑1.5%，Ta:1‑1.5%，Ni:50‑55%，Al:4‑5%，Fe:≤10%，C:≤0.1%，P:≤0.015%，S:≤0.01%。制备方法：真空熔炼—电渣重熔—热锻开坯—热轧退火—酸洗、机械修磨—润滑涂层—冷拉拔—除氢处理—去涂层。电渣重熔采用Al₂O₃‑BaO‑CaF₂‑BaF₂‑SiO₂高碱度渣系（Al₂O₃为10%、BaO为5%、CaF₂为30%、BaF₂为50%、SiO₂为5%）。主要应用于基于上述焊丝成分，以惰性气体保护为主的电弧焊，焊接电流为100‑180A，电弧电压为20‑28V，焊接速度为4‑6mm/s，层间温度控制在100‑150℃。相比现有的镍基焊丝及焊接工艺，本发明能够满足耐高温腐蚀的工作条件，尤其适用于石化装备高温单元，如过热蒸汽炉和制氢转化炉等。

技术领域

本发明专利涉及镍基实心焊丝的制备方法及其焊接工艺，尤其涉及一种用于石化装备耐高温腐蚀的镍基实心焊丝的制备及焊接方法，特别适用于过热蒸汽炉或制氢转化炉等高温关键单元装备，属于合金材料、焊接技术领域。

背景技术

高温合金具有高温强度高、抗高温氧化和抗热腐蚀性能、优异的蠕变性能与疲劳抗力以及良好的组织稳定性，广泛应用于航空航天、石油化工、核工业等许多领域中，是国防武器装备和国民经济建设不可或缺的重要材料之一。目前在高温领域中使用的合金材料，镍基高温合金的应用远超过铁基和钴基高温合金，是工业生产中产量最大、使用最广的一种高温合金。

石化装备制造过程中，主要的加工方法就是焊接，其工作量很大，焊接接头的性能直接影响关键设备的安全性和可靠性。为了确保石化装备焊接结构具有可靠的高温强度，同时具有耐高温腐蚀性能，所用焊丝通常都是镍基高温合金，且大多数合金元素多，在焊丝的锻造和拉拔过程中容易出现表面裂纹，且由于加工硬化严重，焊丝冷拉拔过程中容易出现拉断现象，严重影响焊丝成型质量和成材率尤其是较小直径的焊丝。

基于此，本文采用真空感应熔炼方法，通过合理设计合金焊丝的化学成分，优化熔炼制备工艺，以及后续对合金铸锭进行锻造、轧制和拉拔等工艺处理，以期最终获得一种具有良好力学性能且组织均匀的高Cr含量镍基合金焊丝，可直接在工业生产中使用。

采用本发明方法制备耐高温腐蚀的镍基焊丝，采用相应的焊接工艺，可以减少焊缝中的S、P杂质含量，改善焊接接头组织，延长设备在苛刻工作条件下持续运行的时间。

发明内容

本发明的目的在于提供一种石化装备用耐高温腐蚀镍基实心焊丝的制备方法和焊接工艺，该实心焊丝及焊接方法可以用于高温单元装备的制造过程中，如过热蒸汽炉、制氢转化炉等的焊接加工。

为了实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案：一种石化装备用耐高温腐蚀镍基实心焊丝组成及化学成分质量百分比为：Cr:30-45%，Ti:2.0-2.6%，Nb:1-1.5%，Ta:1-1.5%，Ni:50-55%，Al:4-5%，Fe:≤10%，C:≤0.1%，P:≤0.015%，S:≤0.01%。

基于上述焊丝成分，以惰性气体为保护气的电弧焊，焊接电流为100-180A，电弧电压为20-28V，焊接速度为4-6mm/s，层间温度控制在100-150℃。

由以上焊丝和焊接工艺得到的焊接接头具有如下力学性能：屈服强度≥390MPa、抗拉强度≥705MPa、延伸率≥38%。