一种热电偶套管头堆焊成型方法

技术领域

本发明属于热电偶成型技术领域，具体涉及到一种热电偶套管头堆焊成型方法。

背景技术

热电偶为现代工业常见测温装置，热电偶装置强度不高，通常通过保护套管测量介质温度，因此保护套管的性能将直接影响电偶寿命和工作稳定性。由于被测介质具有高温、腐蚀和高速流动等特性，为了提高热电偶的寿命，通常使用套管对其进行保护。热电偶位于热电偶套管内，这样热电偶就不需承受介质的腐蚀和冲刷。热电偶套管需要具有耐高温、耐化学腐蚀性和耐冲刷腐蚀性。套管作为直接接触介质的装置，受到介质温度、压力、冲刷等影响，其材质和外形设计将直接影响套管寿命。特别是当代工业高温高压环境下对套管的要求逐步提高，实际应用的套管出现泄漏的现象逐步增多，出现泄漏将影响热电偶寿命和工作稳定性，严重时甚至危及系统和人身安全。

热电偶套管材料本身非常关键。被测介质的影响因素，如流体腐蚀介质浓度、温度、速度、酸碱度、各类活性离子浓度等；热电偶套管材料的化学成分、组织结构、力学性能、耐蚀性能以及应力状态或者表面状态等都会影响使用寿命。同时由于被测介质具有毒性、易燃易爆炸的特性，为防止被测介质外泄，热电偶套管的密封性要求非常高。

目前综合性能最好的热电偶套管材料为STELLITE6，STELLITE6合金是一种高硬度、高耐磨、高温抗氧化的钴基合金，广泛应用于航空航天、能源、化工等领域。STELLITE6合金：含有约28％的铬、4.5％的钼和1.2％的碳，具有优异的耐磨性、耐腐蚀性和高温性能。同时，其具有较低的线性热膨胀系数，这使得它在高温环境下具有优异的稳定性和可靠性。但是STELLITE6合金的硬度HRC50左右，不能锻造，只能铸造，目前工艺铸造出的产品经渗透探伤检查有疏松缺陷，产品多有不合格。

鉴于此，提出本申请。

发明内容

为解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种热电偶套管头堆焊成型方法，铸造出的产品材料组织紧密，无损检测没有任何缺陷，滿足渗透探伤标准，尤其适用于石油化工方面测量温度。

第一方面，本发明提供了一种热电偶套管头堆焊成型方法，包括以下步骤：

S1、根据产品尺寸加工堆焊的套圈和底部垫板；

S2、所述热电偶套管头的外径采用不锈钢套圈控制尺寸，增加套圈导向，持续增加套圈以延长尺寸；

S3、采用GTAW钨极惰性气体保护焊逐层堆焊成型；

S4、堆焊到毛坯尺寸后进行热处理，再机械加工去除外圆套圈层和底部垫板及预留余量，制得。

进一步地，所述堆焊成型的填充材料为STELLITE6铸棒，规格为φ3.2mm。

进一步地，所述堆焊成型的参数包括：电流为150A，电压为12-15V，氩气流量为10-15L/min，焊接速度为0.35-0.4cm

进一步地，所述热处理在恒温电阻加热炉中进行，热处理的入炉温度不高于400℃，升温速度不高于120℃/h，保温温度为640-660℃，保温时间为4-6h。

进一步地，热处理后冷却的方式为炉冷，所述热电偶套管头热处理后出炉温度不高于400℃。

本申请实施例提供的上述技术方案与现有技术相比至少具有如下优点：

本发明公开了一种热电偶套管头堆焊成型方法，堆焊填充材料使用STELLITE6铸棒(规格φ3.2mm)，采用钨极惰性气体保护焊熔化铸棒，形成小熔池，由于熔池小，冷却快。在氩气的保护下，随着焊接的进行，铸棒不断熔池入，熔池连续凝固。经过这样的重熔冶炼，内部组织更加致密均匀；堆焊出来的坯料经无损检测，出现缺陷几率大幅减少。致密无缺陷的热电偶套管具有较好的耐化学腐蚀性和耐冲刷腐蚀性，使用寿命得以延长。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明制备的热电偶套管头的无损检测报告图；

图2为本发明制备的热电偶套管头的尺寸和结构示意图；

图3为图2中I部放大详图；

图4为图3中II部放大详图；

图5为本发明制备的热电偶套管头的流程图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

除非另有特别说明，本申请中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等，均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。

第一方面，本申请提供了一种热电偶套管头堆焊成型方法，包括以下步骤：

S1、根据产品尺寸加工堆焊的套圈和底部垫板；

S2、所述热电偶套管头的外径采用不锈钢套圈控制尺寸，增加套圈导向，持续增加套圈以延长尺寸；

S3、采用GTAW钨极惰性气体保护焊逐层堆焊成型；

S4、堆焊到毛坯尺寸后进行热处理，再机械加工去除外圆套圈层和底部垫板及预留余量，制得。

目前的铸造方法中，铸造成型的坯料，内部缺陷较多，比如：气孔、疏松、组织不均匀等。由于这些缺陷的存在，无损检测合格率极低；铸造成型的热电偶套管自身腐蚀速度较快，无法保护热电偶长期工作。

本发明采用上述第一方面的成型方法，采用套圈逐层氩气保护焊弧焊用φ3.2mm铸棒堆焊成型，生产的热电偶套管头致密无缺陷，具有优秀的耐化学腐蚀性和耐冲刷腐蚀性，同时延长了使用寿命。

在一些优选的实施方式中，所述堆焊成型的填充材料为STELLITE6铸棒，规格为φ3.2mm。

采用STELLITE6铸棒，用于磨损环境，防咬死，防磨损，防摩擦。它的耐磨性能是与生俱来的，不依靠冷作加工或热处理，因此也能减少热处理工作量和后续加工的成本。STELLITE6耐受气蚀，耐冲击，耐热冲击和多种腐蚀介质。在赤热状态下，STELLITE6能保持很高的硬度(冷却后可以恢复原来的硬度)，在既有磨损又有腐蚀的环境中，STELLITE6非常实用。可用于高温且耐磨及耐蚀的工况条件下要求保持良好性能的场合。如汽车内燃机气门、高温高压阀门、热剪切刀刃、热锻模等同时经受冲击和高温场合以及轴承的内、外环等的堆焊。

本发明中的STELLITE6铸棒为常规市售产品，可从各大生产商中购买得到。例如，苏州壹胜佰焊材厂的Stellite6号钴基合金焊丝RCoCr-A钴基铸棒6号；例如，天津渤海焊接材料有限公司的stellite6号钴基合金堆焊硬质钴铬钨高温电弧上海司太立铸棒；例如，江苏九铭特钢有限公司的司太立合金Stellite6B粉末冶金Stellite产品-Stellite6合金铸棒等。

在一些优选的实施方式中，所述堆焊成型的参数包括：电流为150A，电压为12-15V，氩气流量为10-15L/min，焊接速度为0.35-0.4cm

电压可以为12-15V，即表示其可以为12-15V范围内的任意值，包括12V、12.5V、13V、13.5V、14V、14.5V或15V等。

氩气流量可以为10-15L/min，即表示可以为10-15L/min范围内的任意值，包括10L/min、10.5L/min、10.8L/min、11L/min、11.2L/min、11.5L/min、12L/min、12.5L/min、13L/min、14L/min、14.5L/min或15L/min等。

焊接速度可以为0.35-0.4cm

在一些优选的实施方式中，所述热处理在恒温电阻加热炉中进行，热处理的入炉温度不高于400℃，升温速度不高于120℃/h，保温温度为640-660℃，保温时间为4-6h。

入炉温度不高于400℃的意思是入炉温度≤400℃，指的是在400℃及以下任意温度入炉即可，可以为室温、100℃、200℃、250℃、300℃、320℃、350℃、375℃以及400℃等，但不可为450℃或500℃等超出400℃的温度。

同理，升温速度不高于120℃/h，升温速度过快会导致变形加剧，变形开裂的倾向加大，保温时间不足，组织转变不充分。

在一些优选的实施方式中，所述热处理后冷却的方式为炉冷，所述热电偶套管头热处理后出炉温度不高于400℃。

上述，炉冷的意思是材料或工件在热处理炉中加热保温后，切断炉子能源，使材料或工件随炉冷却的方式，可以避免由于过快冷却引起的变形或开裂等问题，同时还能得到较好的表面质量。

以下结合实施例对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

实施例

如图5所示，本实施例提供了一种热电偶套管头堆焊成型方法，包括以下步骤：

S1、根据产品尺寸，如图2-5所示，加工堆焊所需套圈(规格：

S2、外径采用不锈钢套圈控制尺寸，增加套圈导向，不断增加套圈延长尺寸。

S3、填充材料使用STELLITE6铸棒(规格φ3.2mm)。

S4、成型方法：GTAW钨极惰性气体保护焊，逐层堆焊成型。焊接参数包括：电流150A，电压13V，氩气流量12L/min，焊接速度0.38cm3/min。

S5、焊后热处理：堆焊到毛坯尺寸后，放入恒温电阻加热炉中进行消应力处理，入炉温度≤400℃，升温速度100℃/h，保温温度650℃，保温时间5h，冷却方式：炉冷，出炉温度≤400℃。

S6、机械加工去除外圆套圈层和底部垫板及预留余量，得到整体热电偶套管管头坯料(STELLITE6)。

其渗透探伤检查报告如图1所示，显示该产品经100％PT检测，按标准NB/T47013.5-2015I级验收，检测结果为合格。

值得注意的是，在焊前需堆焊件清除铁锈、油污等杂质。如冲击性强焊件需加温保温。堆焊金属中合金含量极高，可多层堆焊一般堆焊1-3层。多层堆焊时，趁热可一次性焊完，最好趁热放入石灰粉中保温，其耐磨性能不变，可提高其耐冲击性能。如果将来再堆焊时，可再磨完原焊层的位置先焊，并逐渐把焊件一次焊完为佳，这样能避免原剩余焊层因极速受热和极速冷却而产生的脱落现象。

本申请的各种实施例可以以一个范围的形式存在；应当理解，以一范围形式的描述仅仅是因为方便及简洁，不应理解为对本申请范围的硬性限制；因此，应当认为所述的范围描述已经具体公开所有可能的子范围以及该范围内的单一数值。例如，应当认为从1到6的范围描述已经具体公开子范围，例如从1到3，从1到4，从1到5，从2到4，从2到6，从3到6等，以及所述范围内的单一数字，例如1、2、3、4、5及6，此不管范围为何皆适用。另外，每当在本文中指出数值范围，是指包括所指范围内的任何引用的数字(分数或整数)。

以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。