一种筒体大熔覆镍基堆焊工艺的制作方法

本发明涉及大熔覆堆焊工艺领域，具体而言，涉及一种筒体大熔覆镍基堆焊工艺。

背景技术：

随着我国石化工程行业的迅速发展，高压、高温、腐蚀条件下服役的容器设备越来越多，这就要求很多容器设备要具有耐高温、耐腐蚀、耐高压等技术性能指标。为了降低容器的制造成本，通常会设计采用强度型低合金钢或耐热性低合金钢作为基层来保证容器的耐压强度，采用不锈钢、镍、铜、钛、锆等有色金属作为覆层来保证容器的耐腐蚀性能及一定的强度。目前主要采用两种方式来进行设计，一种是直接采用以上两种或几种材质的材料进行爆炸焊接，形成爆炸复合板作为容器制造的筒体原材料，主要针对单种材料覆层厚度为2-3mm；另一种是采用堆焊的方式，将镍、铜或不锈钢焊材堆焊熔覆到基层材料上用作容器制造，主要针对材料覆层厚度≥4mm,且不适宜通过爆炸复合进行制造的情况。

镍基合金具有出色的耐点腐蚀、缝隙腐蚀和应力腐蚀开裂的性能，在氧化和还原状态下，对大多数的腐蚀介质都具有优异的耐腐蚀性能。如本专利中堆焊的eqnicrmo-4，就尤其适合在高温、混有杂质的无机酸和有机酸、海水腐蚀环境中使用。目前常用的镍基堆焊方式主要有焊条电弧焊、手工钨极氩弧焊、自动钨极氩弧焊、焊丝埋弧焊，焊带埋弧焊，电渣焊等方式。焊条电弧焊的堆焊工艺存在焊接效率低、焊工劳动强度大、焊接质量一致性差、且焊接烟尘大损害焊工身体健康；手工钨极氩弧焊的堆焊工艺同样存在焊接效率低、劳动强度大、焊接质量一致性差的问题；自动钨极氩弧焊的堆焊工艺虽然焊接质量一致性可以保证，焊工的劳动强度可以降低，但是任然存在熔覆效率低下的问题；焊丝埋弧焊的堆焊工艺可以一定程度上解决以上问题，但焊丝埋弧焊的堆焊稀释率太大，结合面质量及成分要求较难保证；所以目前发展而来的带极埋弧堆焊或带极电渣堆焊很好的解决了上述诸多问题，但对于大熔覆镍基堆焊而言，因堆焊面积多、堆焊层厚度大，所以需把控制堆焊筒体焊接变形、保证堆焊质量、提高焊接效率、降低焊工劳动强度。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种筒体大熔覆镍基堆焊工艺，该筒体大熔覆镍基堆焊工艺具体包括如下步骤：

s1：在筒体两端焊接外工装箍圈；

s2：对筒体内表面进行清理，对清理后的表面进行100％的磁粉检测，并将检测合格的筒体水平放置于滚轮架上，调整堆焊机头及筒体方位，保持焊接方向与筒体在同一轴线上，然后对待堆焊筒体进行预热；

s3：采用eqnicrmo-3/nsas3-50bs型号的焊带/焊剂组合对筒体进行过渡层带极堆焊，堆焊方式按照纵向直道进行，并在圆周方向上分区域交替对称压道堆焊，过渡层堆焊厚度约4mm，堆焊层数1层，压道宽度8-10mm，焊带尺寸60×0.5mm；

s4：对过渡层进行热处理，并在热处理前后对过渡层进行100％的渗透表面检测及100％的超声贴合度检测合格；

s5：采用eqnicrmo-4/esa-fb2b型号的焊带/焊剂组合对筒体进行耐蚀层带极堆焊，堆焊方式同s3，与过渡层焊道之间错开，耐蚀层堆焊厚度约8mm，堆焊层数2层，压道宽度8-10mm，焊带尺寸60×0.5mm；

s6：对耐蚀层进行100％的渗透表面检测及100％的超声检测合格。

优选的，s1中所述的外工装箍圈材质为q345r低合金钢，厚度为30-70mm，距离筒体两端的长度为100-300mm。

优选的，s2中所述的对待堆焊筒体进行预热采用的是火焰加热方式，预热温度≥80℃；所述检测应满足nb/t47013-2015的要求。

优选的，s3中所述的过渡层堆焊焊接参数为：电流i：700-800a，电压u：24-28v，速度v：12-18cm/min，层道间温度：80-200℃；所述圆周方向上分区域交替对称压道堆焊，根据筒体直径的尺寸，按此规律进行增减，每个区域压道堆焊4道，最终各区合口搭接处焊道≤4道,且转动筒体使每道焊缝堆焊时始终保持在筒体最低点。

优选的，s4中所述的过渡层热处理工艺参数为：控制400℃以上升温速度55℃/h≤vh≤98℃/h,保温温度620±10℃，保温时间2.1^+0.1h,400℃以上降温速度55℃/h≤vc≤125℃/h，所述检测应满足nb/t47013-2015的要求。

优选的，s5中所述的耐蚀层堆焊焊接参数为：电流i：800-900a，电压u：26-30v，速度v：15-21cm/min，层道间温度：5-120℃；所述堆焊方式同s4中要求。

优选的，s6中所述检测应满足nb/t47013-2015的要求。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：可提高大面积堆焊制造型容器的堆焊熔覆效率，降低焊工堆焊劳动强度，缩短产品制造周期，焊接过程中，焊接质量更稳定。且通过一种筒体大熔覆镍基堆焊工艺方法，可有效控制容器筒体堆焊的焊接变形，保证筒体基层与堆焊层之间结合面的质量，满足力学、化分及腐蚀性能检测的要求，符合产品制造及国家标准要求。

附图说明

图1为筒体预热及堆焊方向示意图；

图2为大熔覆堆焊接头示意图；

图3为筒体各区域焊道堆焊顺序示意图；

图4为筒体周向堆焊区域位置分布及顺序示意图；

图5为过渡层焊后热处理工艺曲线图。

图中：1筒体；2火焰预热工装；3外工装箍圈；4过渡层；5耐蚀层。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

一种筒体大熔覆镍基堆焊工艺，主要包括筒体1、火焰预热工装2、外工装箍圈3、过渡层4、耐蚀层5组成。具体包括如下步骤及关键技术：

(1)在筒体1两端的两端，距离筒体两端的长度为100-300mm处，分别焊接一个外工装箍圈，材质为q345r或其他低合金钢，厚度为30-70mm；

(2)对筒体1内表面进行清理，打磨、抛光、刷擦、清洗去除筒体内表面的铁锈、油污、灰尘等影响堆焊质量的有害杂质，对清理后的筒体1内表面按照nb/t47013-2015的要求进行100％的磁粉(mt)检测，检测合格后，将筒体1水平放置于滚轮架上，调整堆焊机头及筒体1方位，保持焊接方向与筒体1在同一轴线上，然后对待堆焊筒体1进行预热；预热采用火焰预热工装2进行，如附图1所示在筒体下方增加4排火焰加热管，按筒体1最低点两侧对称分布，加热过程中筒体1跟随滚轮架同步转动。使筒体1周向均匀受热。加热过程中检测预热温度，保证筒体1的预热温度≥80℃。

(3)按附图4中的区域划分方式，先将筒体1的270°区域随滚轮架转至最低点，在270°区域进行过渡层4的堆焊，堆焊焊道为4道，如附图3所示，4道堆焊堆焊顺序依次按①→②→③→④进行，需要注意的是，每道堆焊时需将对应焊道位置转至最低点进行堆焊，保证堆焊为平位；270°区域堆焊完成后，转动筒体1将90°区域转至平位进行过渡层4的堆焊，90°区域的4道堆焊顺序及方式和270°区域相同。按照此方法根据筒体1的大小依次划分堆焊区域，划分堆焊区域的顺序为270°→90°→0°→180°→45°→225°→135°→315°→……，如筒体1直径变大，则分区得按照如上方式继续划分下去，直到在筒体1的整个圆周方向均堆满过渡层4。需要注意的是，在圆周方向划分区域堆焊存在最终各区的搭接合口，此搭接合口处的焊道应≤4道；以上所述的过渡层4各区域及道次堆焊均沿筒体1纵向直道进行堆焊，各区域周向交替对称，各道次依次顺序压道，过渡层4堆焊工艺参数如表1。

表1过渡层堆焊焊接工艺

(4)按照附图5对过渡层进4行热处理，控制400℃以上升温速度55℃/h≤vh≤98℃/h,保温温度620±10℃，保温时间2.1^+0.1h,400℃以上降温速度55℃/h≤vc≤125℃/h；热处理完成后，按照nb/t47013-2015的要求进行过渡层4进行100％的渗透(pt)表面检测及100％的超声(ut)贴合度检测合格；

(5)过渡层4热处理完成并经过检测合格后，进入耐蚀层5堆焊步骤。耐蚀层共有2层，每层4mm。具体堆焊步骤及方式同(3)，仍然先按附图4中的区域划分方式，先将筒体1的270°区域随滚轮架转至最低点，在270°区域进行过渡层5的堆焊，堆焊焊道为4道，如附图3所示，4道堆焊堆焊顺序依次按①→②→③→④进行，需要注意的是，此时的耐蚀层5焊道①应该与(3)中的过渡层4焊道①错开半个焊道宽度，如附图2。同样的，每道堆焊时需将对应焊道位置转至最低点进行堆焊，保证堆焊为平位；270°区域堆焊完成后，转动筒体1将90°区域转至平位进行耐蚀层5的堆焊，90°区域的4道堆焊顺序及方式和270°区域相同。按照此方法根据筒体1的大小依次划分堆焊区域，划分堆焊区域的顺序为270°→90°→0°→180°→45°→225°→135°→315°→……，如筒体1直径变大，则分区得按照如上方式继续划分下去，直到在筒体1的整个圆周方向均堆满耐蚀层5。需要注意的是，在圆周方向划分区域堆焊存在最终各区的搭接合口，此搭接合口处的焊道应≤4道；以上所述的耐蚀层5各区域及道次堆焊均沿筒体1纵向直道进行堆焊，各区域周向交替对称，各道次依次顺序压道，耐蚀层5堆焊工艺参数如表2。筒体周向耐蚀层一圈堆焊完成后，重复上述步骤进行第二圈耐蚀层的堆焊，直至达到图样要求耐蚀层厚度。

表2耐蚀层堆焊焊接工艺

(6)耐蚀层堆焊完成后，按照nb/t47013-2015的要求对耐蚀层进行100％的渗透(pt)表面检测及100％的超声(ut)检测合格。

采用本发明的方法对筒体进行大熔覆镍基堆焊得到的有益效果下：

(1)对本实施例的筒体试板自过渡层以上2mm、3mm、5.5mm处分别取样进行化学分析，详细化学成分检测值如表3所示，结果合格，满足相关标准及设计要求。

表3耐蚀层化学成分检测

(2)对本实施例的筒体试板耐蚀层取样按astmg28a进行的腐蚀性能试验，试样腐蚀率＜12mm/a，所测试样的腐蚀率与该试样经实验室固溶处理状态的腐蚀率之比值＜1.5，满足相关标准及设计要求。

(3)对本实施例的筒体试板整个堆焊层及筒体基层取样进行宏观金相分析检测，未发现气孔、夹渣、未熔合等缺陷，在10倍放大镜下观察未发现层下裂纹，堆焊层及结合面质量合格。

(4)对本实施例的筒体试板整个堆焊层及筒体基层取样进行弯曲性能检测，检测结构表明堆焊的大侧弯样、小侧弯样、标准侧弯样试验后均未产生裂纹，符合标准对堆焊质量的要求。

(5)对本实施例的筒体进行堆焊后筒体椭圆度检测，测量结果显示筒体椭圆度≤4mm，变形控制很好，满足标准及制造要求。

(6)对本实施例的筒体堆焊，焊接效率大大提高，缩短了产品的制造周期。

(7)对本实施例的筒体堆焊过程中，焊工未进入筒体内部进行堆焊操作，减轻了焊工的劳动强度。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。