CN112719515A - 一种黑白管的轨道tig焊焊接方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公布了一种黑白管的轨道TIG焊焊接方法，属于焊接技术领域。当采用轨道TIG焊进行黑白管全位置焊接时，其难点在于保证各个方位(平、下坡、仰、上坡等)焊材向熔池的平稳过渡和熔池结晶过程中的受力平衡，否则打底层容易出现热裂纹和仰焊位出现内凹等，导致轨道TIG焊不能成功运用于黑白管的对接中，从而限制了轨道TIG焊在锅炉制造中的广泛应用。提供了一种黑白管的轨道TIG焊焊接方法，通过分区设定焊接参数，增加打底层焊接转速，减小送丝量和焊接电流，从而降低仰焊位4‑7点钟的熔池温度，有效避免了打底层仰焊位内凹的产生；通过增加第一层填充层在仰焊位的焊接转速，减小焊接电流，有效避免了仰焊位出现第一层填充层焊接时对打底层造成反熔导致内凹；通过优化打底层焊接参数，延长收弧的衰减时间和行程，加大电弧长度，有效避免了打底层收弧裂纹的产生；通过在不同区域变换电流、送丝速度，精确控制各区域的热输入，有效避免各类熔合不良缺陷的产生。
Description
技术领域
本发明涉及一种黑白管的轨道TIG焊焊接方法，属于焊接技术领域。
背景技术
随着新技术的发展以及市场上高技能焊工资源日趋紧缺，为了提升焊接生产率，提高市场竞争力，锅炉制造企业都在寻找焊接自动化智能化的解决方案。轨道TIG焊在小管对接中的应用可以提高焊接生产效率，降低焊工劳动强度，减小企业对全位置高技能焊工的需求。但是目前市场上轨道TIG焊仅在碳钢材料的对接，低合金材料的对接，不锈钢材料的对接上应用较广，从来没有成功运用于新型耐热钢材料T91/T92与奥氏体不锈钢材料异种钢管(通常称为“黑白管”)的对接中。根本原因有两个：1)打底焊容易出现热裂纹。用于黑白管焊接的填充材料为镍基材料，本身具有较大的热裂纹倾向，由于T91/T92材料与奥氏体不锈钢的线膨胀系数的差异，在焊接过程中两侧母材会对焊缝形成较大拉应力，因此在打底焊接时特别是收弧处容易出现热裂纹。2)在仰焊位容易出现内凹。在仰焊位置铁水受到重力的影响会向下淌，导致内凹的产生。这两个问题一直以来无法得到解决，从而限制了轨道TIG焊在锅炉黑白管制造中的广泛应用。
发明内容
本发明的目的是提供一种黑白管的轨道TIG焊焊接方法，能有效避免T91/T92管与奥氏体不锈钢黑白管在焊接过程产生热裂纹和内凹。通过分区设定焊接参数，增加打底层焊接转速，减小送丝量和焊接电流，从而降低仰焊位4-7点钟的熔池温度，有效避免了打底层仰焊位内凹的产生；通过增加第一层填充层在仰焊位的焊接转速，减小焊接电流，有效避免了仰焊位出现第一层填充层焊接时对打底层造成反熔导致内凹；通过优化打底层焊接参数，延长收弧的衰减时间和行程，加大电弧长度，有效避免了打底层收弧裂纹的产生；通过在不同区域变换电流、送丝速度，精确控制各区域的热输入，有效避免各类熔合不良缺陷的产生。
本发明提供一种黑白管的轨道TIG焊焊接方法。该焊接方法包括以下步骤：
步骤1：采用机械加工方法加工T91/T92管和奥氏体不锈钢管焊接坡口。
步骤2：打磨待焊区域见金属光泽，不要影响到根部厚度或宽度，确保没有任何异物。
步骤3：装配点焊，采用手工GTAW点焊T91/T92管和不锈钢管进行装配，点焊过程不填丝。装配间隙0-0.5mm。
步骤4：根据管径大小，选择合适的顶模并安装在机头上。顶模需要确保需与管子同心以确保机头在旋转过程中与管子保持同心，保证焊缝的均匀和一致性。
步骤5：将机头放在管子上，肉眼观察钨极在坡口中心位置，然后夹紧固定。
步骤6：打磨钨极尖端成30°角。根据第一层起弧点的深度调整钨极的长度。当钨针尖接触根部自动提起时，瓷套与工件表面的间隙为1～2mm。
步骤7：背保气体采用Ar气，入口端用与管配套的塑料塞进行密封，出口端用锡纸封住约2/3以利于空气排出。背保气体应先以较大流量赶出管内空气，然后调低至5L/min以下。
步骤8：旋转机头一圈，将所有的线缆较松地缠绕在机头上，确保不掉下来且不会影响接下来的焊接及摆动。调整焊丝和钨针的位置关系使得焊丝在钨极正下方约2.5mm。
步骤9：采用电弧自预热或火焰预热的方式对工件进行预热，预热温度≥150℃。打底层预热温度为250℃。
步骤10：进行多层焊接。所述多层焊接依次包括打底层，填充层，盖面层焊接。焊丝采用ERNiCr-3，1.0mm。保护气体采用Ar气，流量为8-15L/min。层间温度≤300℃。焊接采用脉冲电流，采用快速脉冲的形式。
其中，
所述打底层焊接的条件包括：参数设置时采用分区控制，焊接电压9-10V，焊接电流90-100A，脉冲电流5A，焊接速度：55mm/min，送丝速度：200mm/min。在12点钟位置起弧，机头沿顺时针方向旋转焊接，1点钟位置熄弧。容易出现内凹的仰焊位，采用小电流，快速焊接和减小焊丝送丝速度的方式可以有效降低熔池温度，避免内凹的产生。通过延长收弧的电流衰减时间和延长收弧的衰减行程，加大电弧长度，能有效避免打底层收弧裂纹的产生。
第一层填充层焊接的条件包括：参数设置时采用分区控制，焊接电压9-10V，焊接电流100-120A，脉冲电流5A，焊接速度：50-60mm/min，送丝速度：900-1000mm/min。在12点钟位置起弧，机头沿顺时针方向旋转焊接，12点钟-1点钟的中间位置处熄弧。为了避免仰焊位出现填充层焊接时对打底层造成反熔导致内凹，采用小电流和快速焊的方式进行焊接。
所述第二层填充层和盖面层焊接的条件包括：参数设置时采用分区控制焊接电压9-10V，焊接电流100-120A，脉冲电流5A，焊接速度：50-55mm/min。送丝速度：750-1000mm/min。在12点钟位置起弧，机头沿顺时针方向旋转焊接，12点钟-1点钟的中间位置处熄弧。
焊接一开始要观察焊丝在熔池的过渡情况，确保焊丝在移动时轻轻地接触工件表面。每焊完一层，应用不锈钢钢丝刷清理焊道以便于下一层焊接。焊接一旦开始，需完成整条焊缝。
本发明的有益效果在于：(1)本发明提供了一种黑白管轨道TIG焊的焊接方法，通过分区设定焊接参数，增加打底层焊接转速，减小送丝量和焊接电流，从而降低仰焊位4-7点钟的熔池温度，有效避免了打底层仰焊位内凹的产生；通过增加第一层填充层在仰焊位的焊接转速，减小焊接电流，有效避免了仰焊位出现第一层填充层焊接时对打底层造成反熔导致内凹；通过优化打底层焊接参数，延长收弧的衰减时间和行程，加大电弧长度，有效避免了打底层收弧裂纹的产生；通过在不同区域变换电流、送丝速度，精确控制各区域的热输入，有效避免各类熔合不良缺陷的产生。(2)本发明提供的一种黑白管轨道TIG焊的焊接方法，可为锅炉制造企业带来可观的经济效益。
附图说明
图1为本发明涉及的一种黑白管轨道TIG焊焊接坡口示意图
图2为本发明涉及的一种黑白管轨道TIG焊焊接层道分布示意图
图3为本发明涉及的一种黑白管轨道TIG焊打底层焊接参数分区示意图
图4为本发明涉及的一种黑白管轨道TIG焊第一层填充层焊接参数分区示意图
图5为本发明涉及的一种黑白管轨道TIG焊第二层填充层～盖面层焊接参数分区示意图
图中：1-T91/T92管，2-不锈钢管，3-焊缝
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施作进一步说明。
本发明提供一种黑白管轨道TIG焊的焊接方法。如图1～图5所示。该焊接方法包括以下步骤：
步骤1：采用机械加工方法加工T91/T92管1和奥氏体不锈钢管2焊接坡口。坡口尺寸如图1所示。采用J型坡口，为了保证轨道TIG焊坡口对口质量，管子内壁需要加工焊接内直径Dp，Dp＝Dw-1.8S，其中Dw为管子公称外径，S为管子公称厚度。当管子壁厚S≤16mm时，坡口钝边p尺寸为1.6mm，钝边长度为1.6mm，坡口钝边与坡口面以R1.2mm的圆弧进行过渡，坡口角度β尺寸为28°。
步骤2：打磨待焊区域见金属光泽，不要影响到根部厚度或宽度，确保没有任何异物(如果需要清除化学品，可以使用清洁剂，如丙酮)
步骤3：装配点焊，采用手工GTAW点焊T91/T92管1和不锈钢管2进行装配，为了减小点焊焊缝对后续轨道TIG焊焊缝成型的影响，点焊过程不填丝。装配间隙0-0.5mm。
步骤4：根据管径大小，选择合适的顶模并安装在机头上。顶模需要确保需与管子同心以确保机头在旋转过程中与管子保持同心，保证焊缝的均匀和一致性。
步骤5：将机头放在管子上，肉眼观察钨极在坡口中心位置，然后夹紧固定。
步骤6：打磨钨极尖端成30°角。根据第一层起弧点的深度调整钨极的长度。当钨针尖接触根部自动提起时，瓷套与工件表面的间隙为1～2mm。
步骤7：背保气体采用Ar气，入口端用与管配套的塑料塞进行密封，出口端用锡纸封住约2/3以利于空气排出。背保气体应先以较大流量赶出管内空气，然后调低至5L/min以下。
步骤8：旋转机头一圈，将所有的线缆较松地缠绕在机头上，确保不掉下来且不会影响接下来的焊接及摆动。调整焊丝和钨针的位置关系，焊丝在钨极正下方约2.5mm，可以用φ2.5mm的内六角调整距离。确保焊接时焊丝可以柔和地过渡到熔池。
步骤9：采用电弧自预热或火焰预热的方式对工件进行预热，预热温度≥150℃。打底层预热温度为250℃。
步骤10：进行多层焊接。所述多层焊接依次包括打底层，填充层，盖面层焊接。焊缝3典型的层道分布示意图见图2。焊丝采用ERNiCr-3，1.0mm。保护气体采用Ar气，流量为8-15L/min。层间温度≤300℃。焊接采用脉冲电流，采用快速脉冲的形式。其中，
所述打底层焊接的条件包括：参数设置时采用分区控制，共分为6个区(12点-3点-4点-7点-9点-10点-1点)，分区示意图见图3。焊接电压9-10V，焊接电流90-100A，脉冲电流5A，焊接速度：55mm/min，送丝速度：200mm/min。在12点钟位置起弧，机头沿顺时针方向旋转焊接，1点钟位置熄弧。容易出现内凹的仰焊位(4点-7点)，采用小电流，快速焊接和减小焊丝送丝速度的方式可以有效降低熔池温度，避免内凹的产生。通过延长收弧的电流衰减时间和延长收弧的衰减行程，加大电弧长度，能有效避免打底层收弧裂纹的产生。
第一层填充层焊接的条件包括：参数设置时采用分区控制，共分为5个区(12点-3点-4点-8点-10点-1点)，分区示意图见图4。焊接电压9-10V，焊接电流100-120A，脉冲电流5A，焊接速度：50-60mm/min，送丝速度：900-1000mm/min。在12点钟位置起弧，机头沿顺时针方向旋转焊接，12点钟-1点钟的中间位置处熄弧。为了避免仰焊位出现填充层焊接时对打底层造成反熔导致内凹，4点-8点位置采用小电流和快速焊的方式进行焊接。
所述第二层填充层和盖面层焊接的条件包括：参数设置时采用分区控制，共分为5个区(12点-3点-4点-8点-10点-1点)，分区示意图见图5。焊接电压9-10V，焊接电流100-120A，脉冲电流5A，焊接速度：50-55mm/min。送丝速度：750-1000mm/min。在12点钟位置起弧，机头沿顺时针方向旋转焊接，12点钟-1点钟的中间位置处熄弧。
焊接一开始要观察焊丝在熔池的过渡情况，确保焊丝在移动时轻轻地接触工件表面。每焊完一层，应用不锈钢钢丝刷清理焊道以便于下一层焊接。焊接一旦开始，需完成整条焊缝。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下还可以做出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。
Claims (2)
1.本发明提供一种黑白管的轨道TIG焊焊接方法，其特征在于，该焊接方法包括以下步骤：
步骤1：采用机械加工方法加工T91/T92管和奥氏体不锈钢管焊接坡口，采用J型坡口；
步骤2：打磨待焊区域见金属光泽，不要影响到根部厚度或宽度，确保没有任何异物；
步骤3：装配点焊，采用手工GTAW点焊T91/T92管和不锈钢管进行装配，点焊过程不填丝，装配间隙0-0.5mm；
步骤4：根据管径大小，选择合适的顶模并安装在机头上；
步骤5：将机头放在管子上，肉眼观察钨极在坡口中心位置，然后夹紧固定；
步骤6：打磨钨极尖端成30°角，根据第一层起弧点的深度调整钨极的长度，当钨针尖接触根部自动提起时，瓷套与工件表面的间隙为1～2mm；
步骤7：背保气体采用Ar气，入口端用与管配套的塑料塞进行密封，出口端用锡纸封住约2/3以利于空气排出，背保气体应先以较大流量赶出管内空气，然后调低至5L/min以下；
步骤8：旋转机头一圈，将所有的线缆较松地缠绕在机头上，确保不掉下来且不会影响接下来的焊接及摆动，调整焊丝和钨针的位置关系，焊丝在钨极正下方约2.5mm，可以用φ2.5mm的内六角调整距离，确保焊接时焊丝可以柔和地过渡到熔池；
步骤9：采用电弧自预热或火焰预热的方式对工件进行预热，预热温度≥150℃；打底层预热温度为250℃；
步骤10：进行多层焊接，所述多层焊接依次包括打底层，填充层，盖面层焊接，焊丝采用ERNiCr-3，1.0mm，保护气体采用Ar气，流量为8-15L/min，层间温度≤300℃，焊接采用脉冲电流，采用快速脉冲的形式，其中，
所述打底层焊接的条件包括：参数设置时采用分区控制，共分为6个区(12点-3点-4点-7点-9点-10点-1点)，焊接电压9-10V，焊接电流90-100A，脉冲电流5A，焊接速度：55mm/min，送丝速度：200mm/min，在12点钟位置起弧，机头沿顺时针方向旋转焊接，1点钟位置熄弧，容易出现内凹的仰焊位(4点-7点)，采用小电流，快速焊接和减小焊丝送丝速度的方式可以有效降低熔池温度，避免内凹的产生，通过延长收弧的电流衰减时间和延长收弧的衰减行程，加大电弧长度，能有效避免打底层收弧裂纹的产生；
第一层填充层焊接的条件包括：参数设置时采用分区控制，共分为5个区(12点-3点-4点-8点-10点-1点)，焊接电压9-10V，焊接电流100-120A，脉冲电流5A，焊接速度：50-60mm/min，送丝速度：900-1000mm/min，在12点钟位置起弧，机头沿顺时针方向旋转焊接，12点钟-1点钟的中间位置处熄弧，为了避免仰焊位出现填充层焊接时对打底层造成反熔导致内凹，4点-8点位置采用小电流和快速焊的方式进行焊接，
所述第二层填充层和盖面层焊接的条件包括：参数设置时采用分区控制，共分为5个区(12点-3点-4点-8点-10点-1点)，焊接电压9-10V，焊接电流100-120A，脉冲电流5A，焊接速度：50-55mm/min，送丝速度：750-1000mm/min，在12点钟位置起弧，机头沿顺时针方向旋转焊接，12点钟-1点钟的中间位置处熄弧；
焊接一开始要观察焊丝在熔池的过渡情况，确保焊丝在移动时轻轻地接触工件表面，每焊完一层，应用不锈钢钢丝刷清理焊道以便于下一层焊接，焊接一旦开始，需完成整条焊缝。
2.如权利要求1所述一种黑白管的轨道TIG焊焊接方法，其特征在于：步骤1中所述J型坡口，当管子壁厚S≤16mm时，坡口钝边p尺寸为1.6mm，钝边长度为1.6mm，坡口钝边与坡口面以R1.2mm的圆弧进行过渡，坡口角度β尺寸为28°，管子内壁加工焊接内直径Dp，Dp＝Dw-1.8S，其中Dw为管子公称外径，S为管子公称厚度。
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