[发明专利]一种用于镍基合金炉管的钨极惰性气体保护焊焊接方法

说明书

本发明涉及化工中的工业炉领域，具体公开了一种用于镍基合金炉管的钨极惰性气体保护焊焊接方法，该焊接方法包括：在钨极惰性气体保护下，采用脉冲电流进行焊缝底层打底焊接，所述脉冲电流的基值电流为(3‑12)T～60A，峰值电流为(9‑30)T～160A，脉宽为55～70％，频率为3～6Hz，其中，T为焊接相连的两段炉管的平均壁厚的数值，所述壁厚以mm计，3≤T≤10。本发明引入一种脉冲焊接作为焊缝打底的方式，该方式在较低的输入电流下能保证工业炉炉管母材焊透，满足炉管焊缝的强度要求，亦可在一定程度上降低焊接成本。

技术领域

本发明属于化工工业炉领域，更具体地，涉及一种用于镍基合金炉管的钨极惰性气体保护焊焊接方法。

背景技术

工业炉，包括各种加热炉、制氢转化炉和乙烯裂解炉，是石油化工装置中重要的设备，炉子的运行状态直接影响到整个装置。炉管在炉膛内进行辐射及对流传热，并完成一系列物理和化学变化，进而达到满足装置中下游工艺要求的温度和压力。

目前，制约工业炉炉管使用寿命的原因之一为使用过程中炉管的断裂，通过高温持久测试发现工业炉镍基合金炉管断裂的位置一般在熔合线及焊缝中间，根据相关调研可知有关高合金炉管焊接件间焊缝的力学性能检测数据与设计要求均存在一定差异，管段间焊缝强度普遍低于母材强度的80％，甚至低于60％，熔合线的结合强度及焊接后的焊缝强度成为了影响炉管使用寿命的关键点。同时在对焊接材料的焊缝性能测试中可知，高镍铬耐热合金，如Cr₂₅Ni₃₅Nb(HP-40Nb)、Cr₃₅Ni₄₅Nb等系列钢种，由于合计元素含量比常规不锈钢更高，这类型钢种比一般不锈钢材料在焊接时需要更大的焊接能量，才能满足金属熔接要求；但是高镍铬耐热合金焊接过程中存在散热慢的特点，焊接输入的能量集聚在焊缝附近，热量散热慢，这两者之间的矛盾，导致焊接方法及焊接工艺受到很大的制约。

目前工业炉炉管的焊接工艺包括如下几种：

(1)手工电弧焊：优点是成本底，焊接过程中不需要保护措施，但因为电弧焊采用包裹药皮的电焊条进行焊接，其焊缝容易存在气孔、夹杂物等缺陷，对焊缝取样测试不利。

(2)埋弧焊：同样存在类似电弧焊的缺点，且输入的线能量更大，对于散热更加不利。

(3)手工钨极惰性气体电弧焊(GTAW，TIG)：此焊接方法均由于上述两种，可得到近于完美的焊接综合性能，但缺点是需要消耗大量氩气，成本较高。

其中，常规手工GTAW焊接一般都采用直流焊接，直流焊接的工艺参数包括焊接电流(恒定)、焊接电压(目前手工焊GTAW焊接设备均取消调节)、焊接速度、重复焊接的次数(焊道多寡)等。从工艺参数看，焊接电流是直接影响焊缝性能测试的焊接要素之一。如何在现有手工GTAW焊接方法上引入相对较低的电流输入，节省焊接成本的同时，又保证焊接能量足够使母材焊透(避免未焊透)，是本领域需要解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是将脉冲焊接作为焊缝打底的方式，在较低的输入电流下保证工业炉炉管母材焊透，以满足对炉管焊缝的强度要求，亦可在一定程度上降低焊接成本。

为了实现上述目的，本发明提供一种用于镍基合金炉管的钨极惰性气体保护焊焊接方法，该焊接方法包括：在钨极惰性气体保护下，采用脉冲电流进行焊缝底层打底焊接，所述脉冲电流的基值电流为(3-12)T～60A(即所述基值电流为(3-12)T且小于等于60A，以下类似表述均与此处含义相应，后续不再赘述)，峰值电流为(9-30)T～160A，脉宽为55～70％，频率为3～6Hz，其中，T为焊接相连的两段炉管的平均壁厚的数值，所述壁厚以mm计，3≤T≤10。

本发明的焊接方法特别适用于焊缝填充材料为Cr₃₅Ni₄₅NbTi的情况。