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钨极氩弧焊在镍基压力容器中的应用

发布时间:2020-07-22 09:51:58人气:

钨极氩弧焊在镍基压力容器中的应用

徐    洪

摘要:介绍了将钨极氩弧焊(GTAW)用于镍基(Inconel600)压力容器中的焊接制造,采用适当的焊接规范参数,焊接工艺评定试验结果满足了产品制造技术条件的要求.在产品焊接过程中,通过焊接操作和焊接工艺的控制,使焊缝通过100%的射线检测和超声波检测以及水压试验。

关键词:GTAW,Inconel600,  压力容器

一、前言

20068月份,我公司为四川某公司生产一台Inconel600的三氯化铝发生器的压力容器,虽然国外已经有相关的标准,但当时国内还没有压力容器这方面的制造检验标准.我公司通过走访、学习兄弟单位的相关的有色金属容器的生产制造经验,经过反复的焊接工艺试验验证后,将GTAW用于Inconel600焊缝接头的焊接方法,焊后经RTUT检验,焊缝质量达到要求。

二、设备结构及主体材料

三氯化铝发生器装置(设备结构简图见图1)设计参数见表1。其工作介质为 Cl2、,TiCl4 Al AlCl3 。壳体主体材质为Inconel600(其化学成分和力学性能见表2,3)

设备结构简图

1.jpg

1 容器设计技术参数

壳体内径( mm)

壳体壁厚(mm)

设计压力(Mpa)

设计温度()

工作压力(MPa)

工作温度()

工作介质

Φ1600

16

1.0

480

0.45

450

Cl2TiCl4AlAlCl3

2 Inconel600(退火)板材化学成分                                        Wt%

元素

C

Si

Mn

P

S

Ni

Cr

Cu

Ti

Fe

标准值

0.15

0.50

1.00


0.015

72.0

14.0-17.0

0.50

.70

6.00-10.00

实际值

0.05

0.17

0.35


0.001

75.8

15.16

0.01

0.13

8.19

3 Inconel600的力学性能

力学性能

屈服强度(Mpa

抗拉强度(MPa

延伸率

标准值

240

550

30

实际值

279

667

45

 

三、焊接材料的选用

Inconel600的焊接材料的选择首先要保证其熔敷金属的化学成分与母材相当,SP等杂质元素的含量要控制的很低,使焊缝金属具有相应的性能指标.其次母材厚度为16mm,为了保证焊缝每层的质量,飞溅少,层间易清理等因素,我公司综合上述因素,采用单面U型坡口,焊接方法为GTAW,焊丝为2.5.Inconel82 .焊丝其化学成分和力学性能见表4,5

4     Inconel82焊丝的化学成分

元素

C

Cr

Ti

Si

Ni

Mn

Nb

Fe

Cu

S

P

标准含量(%)

0.10

18.0-22.0

0.75

0.50

67.0

2.5-3.5

2.0-3.0

3.0

0.50

0.015

0.03

实际含量(%)

0.03

20.05

0.40

0.15

余量

2.92

2.54

1.23

0.035

0.0012

0.005

 

5       Inconel82焊丝的力学性能

抗拉强度(MPa)

屈服强度(MPa)

延伸率(%)

600.00

240.00

36

 

四、焊接工艺评定

在进行焊接工艺评定之前,我查阅了许多相关的资料,选择不同的规范参数匹配,并在试板上进行一系列的焊接工艺试验,通过观察飞溅大小,电弧稳定性,焊接表面的成型,母材的熔合情况,确定焊接电流为160-210(A)电弧电压为16-18(V)电流太小,不仅生产效率低,还容易产生未熔合,气孔等缺陷,电流过大,会引起钨极熔化和蒸发,其微粒有可能进入熔池而造成污染,而且还容易引起烧穿或焊缝下陷,咬边等缺陷.选择合理的焊接规范参数见表6,参照JB4708-2000GB50236的标准,试板规格500X150X16对接,保护气体为Ar,气体纯度  99.99%焊枪中Ar气流量为14-18L/Min, 尾部Ar气流量为10-12L/Min, 焊缝背面Ar气流量为12-14L/Min,对焊接工艺评定试板进行100%RT无损检测,符合JB/T4730.2—2005的规定,II级合格.然后进行理化解剖和力学性能试验,其结果见表7,8.力学性能全部满足产品制造的技术条件的要求.

 

6   焊接规范参数

焊丝直径(㎜)

极性

电流(A

电压(V

焊接速度(㎝/Min

尾部气体流量(L/Min

背部气体流量(L/Min

焊枪气体流量(L/Min

Φ2.5

正极

160-210

16-18

19-20

10-12

12-14

14-18

焊缝接头的化学成分

元素

C

Si

Mn

P

S

Ni

Cr

Nb

Ti

Fe

实际值

0.04

0.22

3.06

0.008

0.003

75.8

19.91

2.49

<0.001

1.29

 

 

8 焊缝接头的力学性能

力学性能

侧弯

抗拉强度(MPa

延伸率

结果

合格

560

40

2 GTAW拖罩保护示意图

2.jpg

1---焊枪 2---进气管   3---尾部保护拖罩   4---背面保护拖罩   5---进气管  6---焊件

五、产品焊接

(一)焊接坡口的准备

对接焊缝的坡口型式U,采用机加工,焊前对坡口区域进行仔细清理,用丙酮或乙醇清洗并去除坡口附近50mm区域的氧化色等杂质.

(二)焊接要点

在焊接之前,经焊工需进行相关资格的考试,焊工用焊接评定给出的规范参数范围,在非产品试件上进行试焊,调节焊接电流,电压。

(三)在焊接过程中,层间温度严格控制在小于或等于90,随时用测温笔进行测量

施焊过程中背部和尾部需用氩气进行保护(如图2,(尤其第一层、第二层)并且每焊完一层需用PT检测,必须仔细检查,如有缺陷,按照有关程序进行处理,合格后再继续施焊。熄弧时一定要填满弧坑,以防止弧坑裂纹。

六、焊后检验

焊缝表面无裂纹,气孔,咬边等缺陷。焊缝按照JB/T4730.2-2005进行100%RT检测,II级合格。

七、小结

Inconel600是镍基材料中焊接性比较好的一种材料,只要严格控制焊接工艺参数和层间温度以及层间的清洗,选用匹配好焊接材料,焊缝完全达到产品制造技术的要求。

GTAW用于镍基材料的焊接技术的成功,在焊接工艺,焊工培训,现场操作和焊接质量管理方面积累了经验,为公司以后向有色金属压力容器的制造奠定了基础。

 

参考文献:
[1]ASME 锅炉及压力容器规范.中国石化出版社.
[2] .北京:劳动部,压力容器安全技术监察规程.
[3]JB4708--2000钢制压力容器焊接工艺评定,北京:国家机械工业局,国家石   油和化工工业局,2000.
[4]GB50236 现场设备、工业管道焊接工程施工及验收规范.
[5]中国机械工程学会焊接学会.焊接手册--材料的焊接,北京:机械工业出版社,1995







作者简介:徐洪,(1974---)焊接助理工程师,大专学历,机械及压力容器专业,现从事焊接工艺/评定、焊工考试与管理工作。

 


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