[發明專利]一種用于鎳基合金爐管的鎢極惰性氣體保護焊焊接方法

在審

• 申請號: 201811025754.7
• 申請日: 2018-09-04
• 公開（公告）號: CN110871301A
• 公開（公告）日: 2020-03-10
• 發明（設計）人: 袁慕軍;李森;高景芬
• 申請（專利權）人: 中國石化工程建設有限公司;中石化煉化工程（集團）股份有限公司
• 主分類號: B23K9/00
• 分類號: B23K9/00;B23K9/167
• 代理公司: 北京思創大成知識產權代理有限公司 11614
• 代理人: 高爽;董曉盈

本發明涉及化工中的工業爐領域，具體公開了一種用于鎳基合金爐管的鎢極惰性氣體保護焊焊接方法，該焊接方法包括：在鎢極惰性氣體保護下，采用脈沖電流進行焊縫底層打底焊接，所述脈沖電流的基值電流為(3?12)T～60A，峰值電流為(9?30)T～160A，脈寬為55～70％，頻率為3～6Hz，其中，T為焊接相連的兩段爐管的平均壁厚的數值，所述壁厚以mm計，3≤T≤10。本發明引入一種脈沖焊接作為焊縫打底的方式，該方式在較低的輸入電流下能保證工業爐爐管母材焊透，滿足爐管焊縫的強度要求，亦可在一定程度上降低焊接成本。

技術領域

本發明屬于化工工業爐領域，更具體地，涉及一種用于鎳基合金爐管的鎢極惰性氣體保護焊焊接方法。

背景技術

工業爐，包括各種加熱爐、制氫轉化爐和乙烯裂解爐，是石油化工裝置中重要的設備，爐子的運行狀態直接影響到整個裝置。爐管在爐膛內進行輻射及對流傳熱，并完成一系列物理和化學變化，進而達到滿足裝置中下游工藝要求的溫度和壓力。

目前，制約工業爐爐管使用壽命的原因之一為使用過程中爐管的斷裂，通過高溫持久測試發現工業爐鎳基合金爐管斷裂的位置一般在熔合線及焊縫中間，根據相關調研可知有關高合金爐管焊接件間焊縫的力學性能檢測數據與設計要求均存在一定差異，管段間焊縫強度普遍低于母材強度的80％，甚至低于60％，熔合線的結合強度及焊接后的焊縫強度成為了影響爐管使用壽命的關鍵點。同時在對焊接材料的焊縫性能測試中可知，高鎳鉻耐熱合金，如Cr₂₅Ni₃₅Nb(HP-40Nb)、Cr₃₅Ni₄₅Nb等系列鋼種，由于合計元素含量比常規不銹鋼更高，這類型鋼種比一般不銹鋼材料在焊接時需要更大的焊接能量，才能滿足金屬熔接要求；但是高鎳鉻耐熱合金焊接過程中存在散熱慢的特點，焊接輸入的能量集聚在焊縫附近，熱量散熱慢，這兩者之間的矛盾，導致焊接方法及焊接工藝受到很大的制約。

目前工業爐爐管的焊接工藝包括如下幾種：

(1)手工電弧焊：優點是成本底，焊接過程中不需要保護措施，但因為電弧焊采用包裹藥皮的電焊條進行焊接，其焊縫容易存在氣孔、夾雜物等缺陷，對焊縫取樣測試不利。

(2)埋弧焊：同樣存在類似電弧焊的缺點，且輸入的線能量更大，對于散熱更加不利。

(3)手工鎢極惰性氣體電弧焊(GTAW，TIG)：此焊接方法均由于上述兩種，可得到近于完美的焊接綜合性能，但缺點是需要消耗大量氬氣，成本較高。

其中，常規手工GTAW焊接一般都采用直流焊接，直流焊接的工藝參數包括焊接電流(恒定)、焊接電壓(目前手工焊GTAW焊接設備均取消調節)、焊接速度、重復焊接的次數(焊道多寡)等。從工藝參數看，焊接電流是直接影響焊縫性能測試的焊接要素之一。如何在現有手工GTAW焊接方法上引入相對較低的電流輸入，節省焊接成本的同時，又保證焊接能量足夠使母材焊透(避免未焊透)，是本領域需要解決的技術問題。

發明內容

本發明的目的是將脈沖焊接作為焊縫打底的方式，在較低的輸入電流下保證工業爐爐管母材焊透，以滿足對爐管焊縫的強度要求，亦可在一定程度上降低焊接成本。

為了實現上述目的，本發明提供一種用于鎳基合金爐管的鎢極惰性氣體保護焊焊接方法，該焊接方法包括：在鎢極惰性氣體保護下，采用脈沖電流進行焊縫底層打底焊接，所述脈沖電流的基值電流為(3-12)T～60A(即所述基值電流為(3-12)T且小于等于60A，以下類似表述均與此處含義相應，后續不再贅述)，峰值電流為(9-30)T～160A，脈寬為55～70％，頻率為3～6Hz，其中，T為焊接相連的兩段爐管的平均壁厚的數值，所述壁厚以mm計，3≤T≤10。

本發明的焊接方法特別適用于焊縫填充材料為Cr₃₅Ni₄₅NbTi的情況。