制造哈氏合金管路系統(tǒng)時(shí)的焊接要求和背氣保護(hù)

1、制造哈氏合金管路系統(tǒng)時(shí)的焊接要求和背氣保護(hù)背景制造廠都需要為客戶安裝管路系統(tǒng)，而且安裝管路一般不可能進(jìn)入到管路里面進(jìn)行焊接。在這種情況下，就要使用開口管路焊接技術(shù)或者自耗嵌塊的焊接技術(shù)。由于哈氏合金的自耗嵌塊一般不容易買到，所以一般使用GTAW的開口管路焊接技術(shù)來打底。當(dāng)使用這些單面焊接技術(shù)的時(shí)候，一定要使用惰性氣體保護(hù)接口的根部在焊接中不被氧化（通常是焊接級(jí)氬氣）。這種在管子內(nèi)部進(jìn)行保護(hù)的技術(shù)就叫做背氣保護(hù)。如果沒有很好的保護(hù)，根部就會(huì)產(chǎn)生像酥糖一樣的氧化層。圖1就是這樣一個(gè)打底焊接，母材是8”的Hastelloy® C-22®管材。當(dāng)根部焊接不合格時(shí)，管內(nèi)壁的焊縫表面發(fā)

2、黑、粗糙，而且根部的截面不規(guī)則。當(dāng)發(fā)生這種情況時(shí)，熔化的焊接金屬?zèng)]有“潤(rùn)濕”基體金屬。這種狀況下繼續(xù)焊接變的困難，而且?guī)缀醪豢赡芡ㄟ^拍片檢驗(yàn)。這種情況下通?？赡馨l(fā)生的焊接缺陷有，滲透不足，熔深不足和根部焊接開裂。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)表明，背氣保護(hù)的焊接技術(shù)可以完成合格的哈氏合金開口焊接打底，比如焊接Hastelloy® C-22®的管材。以下就是實(shí)驗(yàn)室的一些工作。背氣保護(hù)技術(shù)通常有兩種方法來對(duì)管材的打底焊接區(qū)域進(jìn)行背氣保護(hù)。一般建議對(duì)整個(gè)管路進(jìn)行充氣。根據(jù)不同的管徑和管長(zhǎng)，充氣時(shí)間列于表1。另一種方法就是對(duì)焊接區(qū)域的管路進(jìn)行局部充氣，這種方法是比較好的。一些出版的文章中有許多種制作密閉

3、塞的方法，包括水溶性的塞子，膨脹塞，可折疊的圓盤塞和熱熔性的塞子。背氣保護(hù)通過以下兩個(gè)步驟來實(shí)現(xiàn)。第一步，安裝塞子然后對(duì)焊接區(qū)域的管道內(nèi)進(jìn)行充氣。第二步，繼續(xù)充氣同時(shí)進(jìn)行焊接。在本文進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)中只使用了水溶性的塞子。為了保證保護(hù)氣最平穩(wěn)的進(jìn)入焊接區(qū)域，同時(shí)充氣時(shí)間最短，我們?cè)谝粋€(gè)充氣塞子的底部加入了一個(gè)擴(kuò)散設(shè)備。焊接區(qū)域的保護(hù)氣流速為18.88升每分鐘（L/min）。這種流速能使8”管子內(nèi)的氧氣含量在5分鐘內(nèi)降到5000ppm。5000ppm的氧氣含量對(duì)焊接鎳基合金來說已經(jīng)是可以接受的了。一些焊接的文章建議背氣保護(hù)的流速可以低一些（剛剛能在出口處檢測(cè)到就可以了），而且它和焊槍處的保護(hù)氣流速?zèng)]有

4、關(guān)系。在本次實(shí)驗(yàn)中證明背氣和焊槍保護(hù)氣的流速選擇都對(duì)打底的焊接質(zhì)量有重要的影響。另外，我們還看到保持適當(dāng)?shù)谋硽夂秃笜尡Ｗo(hù)氣流速的比例（大約4：1）對(duì)焊好根部焊接也是必需的。對(duì)哈氏合金的焊接來說，我們建議的背氣流速為18.88L/min，焊槍保護(hù)氣的流速為4.72L/min。圖2顯示了保持保護(hù)氣流速比例對(duì)打底得重要性。需要注意的是，在焊接之前，焊接區(qū)域管道內(nèi)的氧含量已經(jīng)控制在5000ppm以下，這時(shí)焊出了一個(gè)合格的焊縫。然后當(dāng)保護(hù)氣流速顛倒時(shí)，焊出的焊縫就不合格了。由于在開始焊接的時(shí)候背氣保護(hù)的純度是足夠的，焊接不合格的原因就僅僅是因?yàn)楸Ｗo(hù)氣的流速了。焊槍處流速的選擇（4.72L/min）相對(duì)一

5、般建議焊接哈氏合金所用的流速要低一些。但是這并不影響在正面得到和用其他方法保護(hù)一樣的光亮焊縫。焊接技術(shù)對(duì)管材的焊接和保護(hù)有以下6個(gè)要點(diǎn)。1 管頭準(zhǔn)備2 安裝保護(hù)氣塞3 固定管材位置4 對(duì)焊接區(qū)域進(jìn)行充氣5 點(diǎn)焊固定6 密封焊接1 對(duì)管頭的準(zhǔn)備對(duì)整個(gè)焊接來說是非常重要的。圖3為典型的焊接準(zhǔn)備圖。建議焊接坡口為70度。另外，管材靠近焊接端的25mm內(nèi)要清潔打磨到光亮金屬，車/打磨出像圖3一樣的鈍邊。在車加工及打磨完畢后，對(duì)整個(gè)區(qū)域進(jìn)行徹底的清潔和去脂。要注意的是管子本身總有一定的橢圓度，這樣在定位和焊接時(shí)就會(huì)造成內(nèi)壁的錯(cuò)邊，有時(shí)候必須要通過沉孔來校正使內(nèi)壁的錯(cuò)邊量控制在可接受的范圍。2 除了熱熔性

6、的塞子之外，以上討論的所有保護(hù)氣系統(tǒng)都可以用于焊接哈氏合金管路。要保證保護(hù)氣盡可能穩(wěn)定的充滿焊接區(qū)域，建議使用一個(gè)保護(hù)氣擴(kuò)散裝置。圖4為一種可行的設(shè)計(jì)，用來焊接直徑大的管材，可以現(xiàn)場(chǎng)焊接。對(duì)于具體的焊接，要在這個(gè)基本的設(shè)計(jì)上進(jìn)行相應(yīng)的改動(dòng)。保護(hù)氣塞要盡可能深入，以免焊接的時(shí)候被損壞。3 管子的定位要非常小心來達(dá)到合適的管子之間的根部間距。建議根部間距要比焊絲直徑大0.8mm。這樣即使在點(diǎn)焊和密封焊時(shí)發(fā)生收縮，也同樣可能進(jìn)行焊絲的操作。4 焊接區(qū)域保護(hù)氣的流速大約為18.88L/min。沿著環(huán)向進(jìn)行密封焊接，在頂端留一個(gè)小口。目的是讓保護(hù)氣從焊接區(qū)域的下面進(jìn)上面出。如果是立焊位置，保護(hù)氣從下面的

7、塞子處進(jìn)入，從上面塞子的小孔流出。通常，當(dāng)流速和時(shí)間都確定了，焊接之前大概需要流出5-6倍于焊接區(qū)域體積的氣體。5 在密封焊之前，點(diǎn)焊是必要的。它能夠使兩段管材在密封焊時(shí)保持不動(dòng)。點(diǎn)焊要足夠大而且足夠圍繞環(huán)縫，這樣根部的間距就能依然比焊絲直徑大。總的來說，除了要進(jìn)行焊接的區(qū)域之外，焊接接頭要保持密封。建議打磨點(diǎn)焊到削邊的部分。這樣密封焊就會(huì)和點(diǎn)焊貼合在一起，不會(huì)留下可能被拍片拍出來的缺陷。點(diǎn)焊和密封焊的流速為：背氣18.88L/min，焊槍保護(hù)氣4.72L/min。其他焊接參數(shù)見表1焊槍的位置和焊絲位置要垂直來保證好的底層焊接。圖演示了如何對(duì)管材進(jìn)行氬弧焊時(shí)焊槍和焊絲的位置。焊槍和焊絲的操作是

8、在兩邊來回點(diǎn)，這樣就會(huì)形成一個(gè)鑰匙孔。每次在一邊點(diǎn)兩下，然后到另一邊點(diǎn)兩下，就這樣來回操作。焊材一般放在根部開口的地方。如果開口閉合了，焊絲不能伸入根部開口，焊接的強(qiáng)度就會(huì)受影響。6 密封焊和點(diǎn)焊差不多。除了要進(jìn)行焊接的區(qū)域之外，焊接接頭要保持密封。在密封焊的最后，保護(hù)氣流速要調(diào)低，這樣不會(huì)因?yàn)楸Ｗo(hù)氣壓力過高對(duì)塞子造成破壞。通常建議前兩道焊接都要進(jìn)行背氣保護(hù)。這樣就不會(huì)因?yàn)楹罄m(xù)的焊接使根部焊接嚴(yán)重氧化。蓋面焊接的工藝就留給焊接工程師來進(jìn)行選擇了。表1建議焊接參數(shù)（開口管路焊接GTAW）坡口設(shè)計(jì)70度，見圖3基材各種Hastelloy®合金基材厚度小于12.7mm焊材各種Hastelloy®合金焊材焊材直徑2.4mm（可以使用1.6mm，但鈍變開口要調(diào)整）預(yù)熱溫度室溫層間溫度93保護(hù)氣100%焊接極氬氣，流速4.72L/min背氣100%焊接極氬氣，流速18.88L/min焊接技術(shù)焊槍和焊絲位置見圖，打磨焊接開端和結(jié)束的地方（包括固定焊和密封焊）清潔使用不銹鋼刷子圖1 使用不