[发明专利]留隙焊根焊接的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种焊接留隙焊根(open root)接头(“焊根接头”)的方法，所述留隙 焊根接头例如在两个板或管之间出现的那些接头。更具体地，该方法利用特定的金属带芯 焊丝或焊条，配合以表面张力转移(“STT”)短路电弧焊接来焊接焊根接头。

通过引用并入

本发明涉及在美国专利号5,148,001、5,003,154、5,001,326、4,972,064、4,897,523、 4,866,247和4,717,807中描述的一般类型飞溅受控系统和热控制系统中的改进。更进一步 地，本发明涉及在如美国专利号6,204,478和6,093,906中一般性描述的焊根焊接中的改进。 最后，本发明涉及金属带芯焊丝在如美国专利号6,215,100、6,051,810和5,961,863中一般 性描述的STT焊接工艺中的使用。以上列出的所有在先授权专利均通过引用被并入本发 明，作为背景信息以及供本发明具体针对的飞溅控制区中的概念的讨论之用。

美国专利号5,676,857也通过引用被并入本发明。这个在先授权专利通过引用被并入 本发明，作为背景信息以及供本发明将管段焊接到一起的讨论之用。

背景技术

留隙焊根接头一般包括板，管等的一对间隔分开的端部或边缘，所述端部或边缘之后 通过焊接接合起来。留隙焊根接头常常出现在接合相邻管段时。在本文中的管焊接的情况 下，可以在管子周围移动一个或更多个焊头(welding heads)以提供360°焊接。所述焊接 通常分几步完成。首先，完成焊根焊道(pass)，在所述焊根焊道至少管的内部边缘或焊 接区(lands)被熔合并且所述焊接区之间的缝隙被焊接金属填充。然后，完成若干填充焊 道，其中由斜面形成的空间被填充使得焊接金属至少与管的外部表面齐平。

因为焊根焊道是邻接和固定相对管段的起始焊道，所以焊根焊道是关键的。因此，在 焊根焊道中，应该生成100％可靠的焊缝。所述焊缝的可靠意味着两个管段的完全熔合并 且相邻管段之间的缝隙用焊接金属完全填充。由于内部表面应该是基本上光滑的并且没有 任何可能阻止任何清管器、检测装置或任何其他圆柱形装置经过管的突起物，和/或发起 紊流的突起物，或扰乱任何经过管的流体的流动的突起物，所以熔融焊接金属不朝管段内 突出任何实质性距离也是必要的。出于另一个考虑，留隙焊根焊接的热不能太高以致引起 金属收缩，并因此缩回到形成留隙焊根的缝隙。

为了实现优质的管留隙焊根焊接而没有实质性的熔融金属向内突出或金属缩回，表面 张力转移(“STT”)短路电弧焊接方法已经被开发并使用。STT焊接已经被俄亥俄州克 利夫兰市的林肯电子公司(Lincoln Electric Company of Cleveland，Ohio)开发并以STT商 标来经销。STT焊接被各种美国专利所公开，包括美国专利号5,148,001、5,003,154、 5,003,326、4,972,064、4,897,523、4,866,247和4,717,807，它们中的每一个均通过引用被 并入本发明以便这项周知的技术无需被重述。

STT管焊接工艺控制填充留隙焊根的管焊接过程的起始焊道。虽然这种类型的焊接工 艺极有优势，但是仍要求大量的开发工作以选择用于短路焊接工艺的焊丝。已经发现具有 ANSI-AWS A 5.1895特征的实心焊丝生产出优异的根焊焊道焊缝。也已经发现带芯焊条 在用于以STT焊接工艺焊接管段时具有实质性的优势，这已经在某些美国专利中被公开， 包括美国专利号5,961,863、6,051,810和6,215,100，它们中的每一个均通过引用被并入本 发明。然而，留隙焊根的焊道焊缝提出了独特的焊接挑战。此外，由钢合金P91制得的焊 接材料也带来独特的挑战。

P91钢在发电工业具有各种优势。因为P91的高耐热性和高抗蠕变性，它提供较低的 壁厚度或者较高的温度或压力，这些优势的每一项都提高热效率。根据工业规范，在P91 固体填充金属中，一般要求低硅(Si)含量。然而，由于脱氧和润湿的原因，用STT和气 体金属电弧焊接(“GMAW”)的焊根焊接一般要求较高的硅含量。因此，本发明提供 这样的金属带芯焊丝(即焊条)，所述金属带芯焊丝对于带或不带各种保护气体的P91钢 中的留隙焊根接头焊接是可以接受的。

发明内容