本發(fā)明涉及一種膜式水冷壁焊接工藝方法，是一種針對特種金屬材料實(shí)現(xiàn)膜式壁機(jī)動(dòng)焊接的高效率的工藝方法。
背景技術(shù)：
通常意義上的膜式水冷壁氣體保護(hù)機(jī)動(dòng)焊接一般是針對低碳鋼和低合金鋼管的焊接；針對鎳基合金材質(zhì)通常的做法是采用人工組對手工焊接生產(chǎn)加工。
采用鎳基合金堆焊管和鎳基合金連接板制作的膜式水冷壁，具有耐磨、耐高溫、高強(qiáng)度、高硬度、剛性大的特性，用此材料制作的余熱鍋爐設(shè)備，使用壽命大大延長，但同時(shí)也給制作加工帶來了很大的難度，主要表現(xiàn)在：1.由于強(qiáng)度高剛性大導(dǎo)致焊前人工組對難度大，靠手工操作很難做到焊接間隙、連接板和受熱管相對位置等要素的均勻一致，且組對過程中的定位焊點(diǎn)太多，影響最終焊道成型；2.焊接難度大，由于所采用的鎳基合金的焊接特性：焊接熔深淺，液態(tài)熔敷金屬浸潤性差，流動(dòng)性差等，而導(dǎo)致手工焊操作難度大，焊縫成型差，焊腳大小和焊道寬窄波動(dòng)大，接頭眾多等等問題，使得焊縫外觀難以做到均勻一致。并且由于此種鎳基合金硬度高，打磨返修很困難。所以手工制作方式返修率高，效率低下。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于提供一種膜式壁機(jī)動(dòng)焊機(jī)焊接鎳基合金管屏的工藝方法，用以克服人工組對手工焊接制作難度大、焊接質(zhì)量不易保證、效率低下等問題，所要解決的技術(shù)問題是：通過操作方法的調(diào)整和工藝參數(shù)的選擇，實(shí)現(xiàn)對鎳基合金材料的模式壁高效率的機(jī)動(dòng)焊接。
為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案：
膜式壁機(jī)動(dòng)焊機(jī)焊接鎳基合金管屏的工藝方法，采用的焊接方法為熔化極氣體保護(hù)焊，其特征在于按照以下步驟進(jìn)行：
一、鎳基合金堆焊管、鎳基合金連接板和焊絲準(zhǔn)備與選擇：
1)、在管徑φ25～76mm，壁厚3～8mm的碳鋼管上堆焊好鎳基合金堆焊層，堆焊層的厚度不得大于2.5mm；
2)、選擇鎳基合金連接板，鎳基合金連接板的厚度3～6mm，寬度不小于8mm，沿板長方向兩側(cè)開對稱型坡口，坡口角度符合50±2°，鈍邊符合0～0.5mm要求；
3)、焊絲選擇：焊絲直徑為φ1.0～1.2mm；
堆焊層、鎳基合金連接板以及焊絲的化學(xué)成分應(yīng)符合以下要求：Ni：60～64％，Cr：20～24％，Mo：9～10％，F(xiàn)e：3.5～4.0％，CbNb：3.0～4.0％，余量為少量的如下組分中的一種或一種以上：C、Mn、P、S、Si、Cu、Al、Ti、Pb；(以上均為質(zhì)量百分比)；
二、將按鎳基合金堆焊管外徑定做的合金鋼矯正輪裝配到膜式壁焊接設(shè)備上，并調(diào)試完成；
三、焊接工藝參數(shù)調(diào)整：
1)、調(diào)整焊槍傾斜角度，以焊槍豎直方向?yàn)?°為基準(zhǔn)，上槍：30～35°，下槍：20～25°；
2)、調(diào)整保護(hù)氣體配比為Ar89w％～92w％與CO28w％～11w％混合氣，流量設(shè)定為氣體流量為15～20升/分鐘；
四、4根清理好的管和3條連接板相互間隔地放置在膜式壁焊接設(shè)備前的滾輪輸送架上，利用工裝卡具將4管3板的端部按要求進(jìn)行組對定位，要保證板和管間的組對間隙在0.3～0.6mm之間，要保證4根管在同一水平面上，要保證連接板位于管的水平中心線上；用手工電弧焊將管和連接板的端部點(diǎn)焊定位，形成4管3板預(yù)組管屏；
五、將預(yù)組管屏定位焊好的端部置入第一組矯正輪，啟動(dòng)矯正機(jī)構(gòu)將預(yù)組管屏壓緊，使之依次進(jìn)入1到4組矯正輪進(jìn)行矯直對正；在預(yù)組管屏矯正送進(jìn)過程中，要注意觀察焊槍所正對坡口處間隙和位置的變化情況，要在所允許的范圍內(nèi)；
在預(yù)組管屏矯正和試運(yùn)行過程中，按照坡口的位置調(diào)整六把上槍和六把下槍的位置，使焊槍導(dǎo)電嘴到坡口的距離，保證焊絲伸出長度控制在10倍焊絲直徑以內(nèi)，使露出導(dǎo)電嘴端部的焊絲頭對正坡口中心；
六、將矯正和試運(yùn)行過的預(yù)組管屏退回到始焊位置，正式進(jìn)行焊接，起弧后，根據(jù)熔合情況對焊接參數(shù)進(jìn)行微調(diào)，參數(shù)范圍為：上槍200～230A，下槍190～220A；電壓：上槍21～24V，下槍20～23V；焊接速度：55～60cm/min；
七、焊接結(jié)束，切割去除始端和末端的預(yù)留長度，清理殘留飛濺完成膜式壁管屏的焊接。
優(yōu)選地，步驟三焊接工藝參數(shù)調(diào)整之2)調(diào)整保護(hù)氣體配比為Ar92w％與CO28w％。
優(yōu)選地，步驟二所用的合金鋼為20CrMnTi合金鋼。
本發(fā)明的積極效果在于：通過本發(fā)明的工藝，克服了鎳基合金膜式壁人工制作過程中，由于鎳基合金堆焊管和鎳基合金連接板的高強(qiáng)度和高硬度造成的組對困難且組對質(zhì)量難保證的難題，實(shí)現(xiàn)了高質(zhì)量高效率的機(jī)械組對；克服了鎳基合金手工焊接操作難度大，外觀成型差，質(zhì)量難保證的難題，實(shí)現(xiàn)了高質(zhì)量高效率機(jī)動(dòng)焊操作，質(zhì)量穩(wěn)定，且焊縫外觀質(zhì)量均勻一致。
本發(fā)明膜式壁焊接設(shè)備的矯正輪用合金鋼制作，膜式壁焊接設(shè)備焊前的矯正輪用四組來完成對鎳基合金堆焊管的矯正，模式壁焊接設(shè)備的矯正輪的輪槽尺寸要根據(jù)鎳基堆焊管的實(shí)測外徑尺寸確定，這些技術(shù)措施保證了矯正后的鎳基合金堆焊管和連接板組對后的坡口相對于焊槍位置固定，避免了鎳基合金堆焊管和連接板在送進(jìn)過程中，由于本身具有的高彈性在焊槍位置出現(xiàn)的左右晃動(dòng)。在這是保證焊接順利進(jìn)行的重要條件之一。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合具體實(shí)施例進(jìn)一步說明本發(fā)明。
膜式壁機(jī)動(dòng)焊機(jī)焊接鎳基合金管屏的制作工藝方法實(shí)施例,采用的焊接方法為熔化極氣體保護(hù)焊(GMAW)：
一、鎳基合金堆焊管、鎳基合金連接板和焊絲準(zhǔn)備與選擇：
1)、在φ38×4的20G碳鋼管上堆焊好鎳基合金堆焊層，檢查堆焊層的厚度不得大于2.5mm，堆焊層厚度差不得大于0.15mm；
2)、選擇Inconel625鎳基合金連接板，板厚為6mm，寬度為15mm，沿板長方向兩側(cè)開對稱K型坡口，坡口角度符合50±2°，鈍邊符合0～0.5mm要求；
3)、焊絲選擇ERNiCrMo-3，直徑φ1.14mm；
將堆焊好的鎳基合金堆焊管表面及鎳基合金連接板坡口處的雜質(zhì)用不銹鋼鋼絲輪清理干凈；
鎳基合金堆焊管和鎳基合金連接板之間組對間隙要控制在0.3～0.6mm；
堆焊層的化學(xué)成分、Inconel625鎳基合金連接板的化學(xué)成分以及焊絲的化學(xué)成分均應(yīng)符合以下要求：Ni：60～64％，Cr：20～24％，Mo：9～10％，F(xiàn)e：3.5～4.0％，CbNb：3.0～4.0％，余量為少量的如下組分中的一種或一種以上：C、Mn、P、S、Si、Cu、Al、Ti、Pb；(以上均為質(zhì)量百分比)；
二、將按鎳基合金堆焊管外徑定做的20CrMnTi合金鋼矯正輪裝配到膜式壁焊接設(shè)備上，并調(diào)試完成；
三、焊接工藝參數(shù)調(diào)整：
1)、調(diào)整焊槍傾斜角度，上槍：30～35°，下槍：20～25°(焊槍豎直方向?yàn)?°)；
2)、調(diào)整保護(hù)氣體配比為Ar89w％～92w％與CO28w％～11w％混合氣，流量設(shè)定為氣體流量為15～20升/分鐘；
四、4根清理好的管和3條連接板相互間隔地放置在膜式壁焊接設(shè)備前的滾輪輸送架上，利用工裝卡具將4管3板的端部按要求進(jìn)行組對定位，要保證板和管間的組對間隙在0.3～0.6mm之間，要保證4根管在同一水平面上，要保證連接板位于管的水平中心線上。用手工電弧焊將管和連接板的端部點(diǎn)焊定位，形成4管3板預(yù)組管屏(以下簡稱預(yù)組管屏)；
五、將預(yù)組管屏定位焊好的端部置入第一組矯正輪，啟動(dòng)矯正機(jī)構(gòu)將預(yù)組管屏壓緊，使之依次進(jìn)入1到4組矯正輪進(jìn)行矯直對正。在預(yù)組管屏矯正送進(jìn)過程中，要注意觀察焊槍所正對坡口處間隙和位置的變化情況，要在所允許的范圍內(nèi)；
在預(yù)組管屏矯正和試運(yùn)行過程中，按照坡口的位置調(diào)整六把上槍和六把下槍的位置，使焊槍導(dǎo)電嘴到坡口的距離，保證焊絲伸出長度在10倍焊絲直徑以內(nèi)，使露出導(dǎo)電嘴端部的焊絲頭對正坡口中心；
六、將矯正和試運(yùn)行過的預(yù)組管屏退回到始焊位置，正式進(jìn)行焊接，起弧后，根據(jù)熔合情況迅速對焊接參數(shù)進(jìn)行微調(diào)，參數(shù)范圍為：上槍200～230A，下槍190～220A；電壓：上槍21～24V，下槍20～23V；焊接速度：55～60cm/min；
七、焊接結(jié)束，切割去除始端和末端的預(yù)留長度，清理殘留飛濺完成膜式壁管屏的焊接。
為了有利于將焊絲伸出長度縮短到10倍焊絲直徑以內(nèi)，并便于觀察電弧的融合情況，要將焊槍端部的氣體保護(hù)罩磨短3mm。
以下是鎳基合金管屏焊后檢測實(shí)例(所采用的檢測方法為已經(jīng)公開的標(biāo)準(zhǔn)方法，檢測方法名稱代號GB/T16507.5水管鍋爐第五部分制造附錄B)。
宏觀金相檢測的結(jié)果如下：
對膜式壁焊接質(zhì)量的檢測實(shí)例一
①S＝4.75mm，δ＝6mm，a1+a2＝8.5mm，t＝2.2mm，b＝3.7mm，k1＝4.3mm，k2＝4.4mm；
②S＝4.75mm，δ＝6mm，a1+a2＝9.0mm，t＝2.1mm，b＝3.5mm，k1＝4.5mm，k2＝4.4mm；
③S＝4.75mm，δ＝6mm，a1+a2＝8.6mm，t＝2.5mm，b＝3.3mm，k1＝4.1mm，k2＝4.3mm；
④S＝4.74mm，δ＝6mm，a1+a2＝8.6mm，t＝2.3mm，b＝3.5mm，k1＝4.2mm，k2＝4.5mm。
對膜式壁焊接質(zhì)量的檢測實(shí)例二
①S＝4.78mm，δ＝6mm，a1+a2＝8.0mm，t＝2.6mm，b＝3.4mm，k1＝4.6mm，k2＝4.4mm；
②S＝4.78mm，δ＝6mm，a1+a2＝8.7mm，t＝2.8mm，b＝3.6mm，k1＝4.4mm，k2＝4.5mm；
③S＝4.76mm，δ＝6mm，a1+a2＝8.5mm，t＝2.3mm，b＝3.2mm，k1＝4.3mm，k2＝4.6mm；
④S＝4.77mm，δ＝6mm，a1+a2＝8.6mm，t＝2.2mm，b＝3.3mm，k1＝4.5mm，k2＝4.5mm。
對膜式壁焊接質(zhì)量的檢測實(shí)例三
①S＝4.68mm，δ＝6mm，a1+a2＝8.3mm，t＝2.0mm，b＝3.5mm，k1＝4.4mm，k2＝4.6mm；
②S＝4.69mm，δ＝6mm，a1+a2＝8.4mm，t＝2.2mm，b＝3.7mm，k1＝4.7mm，k2＝4.6mm；
③S＝4.68mm，δ＝6mm，a1+a2＝8.6mm，t＝2.1mm，b＝3.4mm，k1＝4.5mm，k2＝4.5mm；
④S＝4.68mm，δ＝6mm，a1+a2＝8.3mm，t＝2.1mm，b＝3.3mm，k1＝4.6mm，k2＝4.6mm。
以下通過對比實(shí)驗(yàn)比較焊絲伸出長度對焊接效果的影響。實(shí)驗(yàn)對比結(jié)果見表1。
表1、影響因素測驗(yàn)一，焊絲伸出長度的影響
由表1可見，焊絲伸出長度10倍于焊絲直徑時(shí)熔焊效果最佳。
以下通過對比實(shí)驗(yàn)比較不同成分保護(hù)氣體對焊接效果的影響。實(shí)驗(yàn)對比結(jié)果見表2。
表2、影響因素測驗(yàn)二，保護(hù)氣體成分配比的影響
由表2可見，Ar:CO2＝92:8效果最佳。
以下是對鎳基合金膜式壁管屏制作人工焊和機(jī)動(dòng)焊效率的檢測實(shí)例，檢測結(jié)果見表3至表5。
表3、鎳基合金膜式壁管屏制作人工焊和機(jī)動(dòng)焊效率的檢測實(shí)例一
表4、鎳基合金膜式壁管屏制作人工焊和機(jī)動(dòng)焊效率的檢測實(shí)例二
表5、鎳基合金膜式壁管屏制作人工焊和機(jī)動(dòng)焊效率的檢測實(shí)例三
由表3-5可見，本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了對鎳基合金材料的模式壁高效率機(jī)動(dòng)焊接。