格式GH4169材料波纹管焊接工艺研究

1、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)030058

2、021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 C 0.04Nb4.75 5.5OCr17.019.0Mn0.35Ni50O55.OSi O.35No2.83.3B 0.006AlO.20 0.6OP O.015TiO.651.15S O.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

3、 . 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 :200904 03 偏析 ,使产生热裂纹的倾向更大 .(2) GH4169 合金易于形

4、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

5、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

6、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

7、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

8、,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

9、,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

10、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