[doc格式] GH4169材料波纹管焊接工艺研究.doc

GH4169材料波纹管焊接工艺研究2009芷第3期管技术PipelineTechnique设备EquipmentNo.3GH4169材料波纹管焊接工艺研究刘巍(沈阳市安全工程研究培训中心,辽宁沈阳110036)摘要:文中通过焊接试验,确定了用于制造波纹管的GH4169材料的焊接工艺,解决了该材料的焊接热裂纹,易烧穿以及咬边的问题.另外,在焊接工装的设计和保护气体的选择方面作了一些有益的尝试,并得到了良好的效果.关键词:焊接;GH4169材料;波纹管中图分类号:TG4文献标识码:A文章编号:10049614(2009)030058021材料及技术要求1.1化学成分及机械性能化学成分见表1,机械性能见表2.表1GH4169合金化学成分%化学成分含量化学成分含量C0.04Nb4.755.5OCr17.019.0Mn0.35Ni50O55.OSiO.35No2.83.3B0.006AlO.200.6OPO.015TiO.651.15SO.0l5表2GII4169在常温下的机械性能的最小值1.2技术要求平板对焊接时,要求焊缝两面成型好,焊缝强度及塑性与母材相当,在180200MPa内压下,进行波纹管液压成形时,不破裂.要求焊缝具有与母材相近的高温强度,耐腐蚀性及抗震性.采用最常用的钨极直流氩弧焊进行焊接.2焊接难点及解决措施2.1焊接热裂纹倾向大GH4169是沉淀硬化型镍基耐热合金,其可焊性不如不锈钢,主要表现为焊接热裂纹倾向大.产生焊接热裂纹的主要原因是:(1)合金组元复杂,熔点相差悬殊.在焊接过程中,si,Nh等元素与Ni,Fe作用,易在晶界形成低熔点物质,如Msi,FeNb等.在焊缝冷却过程中,低熔点物质最后凝固,在收缩应力作用下,低熔点夹层容易形成裂纹.焊件清理不干净和有S,P,Pb等杂质的收稿日期:20090403偏析,使产生热裂纹的倾向更大.(2)GH4169合金易于形成方向性强的单相奥氏体柱状结晶焊缝组织,这种结晶在焊缝上明显可见.两侧的柱状结晶在焊缝中心形成了一条直线型的结晶界面,这种结晶特征有利于有害杂质的偏析.由于合金组元熔点相差大,致使合金的结晶温度区间大,所以在缓慢的冷却速度下,杂质便于在柱状结晶界面析出,于是在焊缝中心线上容易形成裂纹.(3)GH4169合金的线膨胀系数较大,因此焊缝冷却过程中的收缩应力较大,这加强了产生焊接热裂纹的倾向.在较大的焊接应力作用下,加之低熔点夹层和杂质偏析的存在,很容易形成裂纹.由于焊件板厚很小,焊缝冷却速度较快,可以削弱热裂纹倾向,这是实现焊接的有利条件.只要规范选择适宜,严格焊前清理,并保证焊接过程稳定,超薄板焊接的热裂纹倾向基本可以消除.试验证明:当采用较大的焊接线能量时,在焊缝的柱状结晶界面上,容易产生热裂纹.当焊缝有未焊透或发生电弧短路而进行补焊时,焊缝经受重复加热的部位往往产生裂纹.为防止热裂纹形成,应采用较小的焊接线能量,使焊缝加热和冷却速度加快,这样还可使焊接热影响区缩小,有利于减小焊接变形.此外,采用双面氩气保护,可保证双面成型优良,并有利于进一步加快冷却速度.在焊接过程中,要严格保持各工艺参数的稳定,以保证焊接一次完成,避免产生裂纹.2.2容易烧穿超薄板对接焊的突出困难是容易烧穿.由于焊件厚度很小,焊接质量对散热条件及各焊接工艺参数的变化十分敏感,稍有变化,便发生烧穿现象.主要是由于GH4169合金的线胀系数较大,焊接变形较大.在较大的热应力作用下,由于超薄板对接结构的抗弯刚度很小,所以焊接过程中很容易发生接头平边上翘第3期刘巍:GH4169材料重堡三苎垄!(见图1),接头不再紧贴在芯棒上,使焊缝散热条件变差,造成烧穿.图1焊接过程图如上所述,变形是造成烧穿的重要因素,因此在焊接过程中,只要克服焊接变形就可以避免烧穿的发生.具体措施如下:(1)选择合适的压板压力.压板压力不均匀是造成烧穿的又一重要因素.当压力过大时,芯棒发生变形,弧长变化,大电弧不稳;压力过小时,则不能使管坯接头可靠固定;压力不均,导热不一致,使焊缝不整齐,且易于烧穿.压力的大小与被焊材料的厚度,状态及焊接速度有关,适当提高焊接速度,可使装夹要求降低.采用琴键式压板有利于在焊缝全长上,调节压力达到均匀一致.(2)在焊接过程中,采用预留间隙抵消焊接变形.试验中发现,在很小的压板间距6下,虽然能够提高抗变形能力,但焊接时也仍然有焊接变形,接头平边仍然上翘,从而造成烧穿.而且压板间距的减小和压板压力的增加都是有限的,因此,在装卡管坯对缝时,预留一定的间隙,以抵消焊接变形,从而解决了烧穿问题.同时,还避免了因加大压板压力,而使芯棒弯曲的问题.预留间隙呈楔形,即始端密合,随着长度增加间隙渐大,尾端预留间隙最大(如图2所示).间隙的大小与管坯长度,厚度及焊接速度有关.当间隙c较大时,会使焊缝厚度减小,降低焊缝强度,如果c过大,就会造成不熔合;若c选择太小,不足以抵消热变形时,则仍然会产生焊缝下塌或上翘,造成电弧短路及烧穿.图2板材预留间隙示意图(3)采用小的焊接线能量可有效地减小焊接变形和缩小热影响区.焊接线能量太大,在一定的焊接条件下,对于即定的板厚,存在一个焊接线能量的临界值,超过这个值,就会产生塌陷或烧穿.GH4169合金的临界值比1Crl8Ni9Ti的临界值小得多.不锈钢可以在较宽的范围内调节线能量,而GH4169合金的可调范围则较窄.采用的线能量值为5.64J/cm.2.3焊缝的咬边缺陷高温镍基合金的熔融状态流动性不如不锈钢.在试验中发现,用纯氩做保护气体完成的焊缝,焊趾不齐,熔宽不均,有咬边现象.为了解决该问题,在氩气中加入一定量的氢气.加氢后,由于电弧电压升高,而使电弧功率增大;同时,氢对液态金属有稀释作用,可增加流动性;另外,氢气作为一种还原性气体,对清理不净的焊件更有利.在相同的焊接电流下,加氢后,焊接速度可提高近一倍,大大提高生产效率.3氩弧焊焊接规范参数经过试验,最后确定了0.2mm厚GH4169合金的波纹管管坯焊接工艺参数,具体焊接工艺参数见表3.表30.2nlnlGH4169板焊接工艺参数焊缝经x射线无损检测,按GB167491997附录B评定为合格.波纹管管坯在波纹管成形中,焊缝的延伸率达到31.5%,焊缝未出现开裂.波纹管压力试验(2.4MPa)时,焊缝无泄漏.4结束语GH4169合金的焊接热裂纹倾向较大,但超薄板焊接的冷却速度快,有利于削弱这一倾向,只要采用较小的焊接线能量,严格控制各工艺参数,保证一次焊成,便可防止热裂纹形成.用氩氢混合气双面保护,可获得双面成型良好,焊透均匀,熔宽一致,避免咬边,焊缝强度符合要求,成品率达85%以上.烧穿是超薄板对焊接的常见缺陷.保证必要的装配精度,提高电弧的稳定性,预留适宜的间隙,控制好压板压力以及选用合适的焊接线能量是防止烧穿的重要措施.参考文献:1AWS:WeldingHandbook,7thEdition,Vo1.4,MetalsandTheirWeldability,1980.2徐开先.波纹管类组件的制造及其应用.北京:机械工业出版社,1998.3俞尚知.超薄不锈钢板焊接质量控制的研究.焊接通讯,1984(2):1921.