一种异种钢焊接接头的焊接修复方法

技术领域

本发明属于焊接修复技术领域，具体涉及一种异种钢焊接接头的焊接修复方法。

背景技术

在超临界和超超临界电站锅炉中，存在着大量的马氏体-奥氏体异种钢焊接接头，该接头具有化学成分复杂、性能不均匀、存在宏观偏析、微观组织复杂、接头应力大、存在应力集中的特性，由于氧化、蠕变和疲劳等三种机制的共同作用，容易出现早期失效。在锅炉检修期间，一旦检测发现异种钢焊接接头存在着表面裂纹等缺陷，必须进行更换或焊接修复处理。

采取对异种钢接头进行更换处理的方法在很多时候由于工期受限而难以实施，且经济性较差，而现场焊接修复的工期较短，且具有明显的经济性，成为一种更优的选择。而现场通常采用的焊接修复方法多为常规的手工氩弧焊工艺和焊条电弧焊工艺，未考虑马氏体-奥氏体异种钢焊接接头的特性及失效机理而采取对应的措施，焊接修复后依然有在较短时间内开裂的风险。具体的，常规的手工氩弧焊和焊条电弧焊修复工艺，其焊接热输入量较大，导致热影响区较宽和焊接残余应力较大，也没有考虑异种钢焊接接头容易存在宏观偏析、接头应力复杂、微观组织复杂等特性、马氏体钢侧熔合线开裂的特征、失效机理等，没有针对焊接坡口进行优化和焊趾部位的应力集中进行处理。采用该方法修复后的异种钢焊接接头依然有在较短时间内开裂的风险。

发明内容

针对上述存在的技术问题，本发明提供了一种异种钢焊接接头的焊接修复方法，以解决现有的马氏体-奥氏体异种钢焊接接头修复存在短时间开裂风险的问题，该异种钢焊接接头的焊接修复方法能够有效提高马氏体-奥氏体异种钢焊接接头修复强度和稳定性。

本发明提供了一种异种钢焊接接头的焊接修复方法，用于马氏体和奥氏体异种钢焊接接头修复，所述焊接修复方法包括以下操作步骤：

通过机械打磨的方法将裂纹清除干净，保留没有开裂的焊接金属部分，打磨马氏体钢侧母材制备半V型焊接坡口，坡口角度45°-75°；

对待修复的焊接接头进行焊前预热，预热温度控制在150-180℃；

采用等离子弧焊法对坡口位置喷焊镍基合金粉末进行焊接修复；

焊接完成后，进行焊后热处理，热处理温度750-770℃，恒温时间1-1.5小时；

焊后热处理完成后冷至室温后，采用超声波冲击仪对新焊缝的焊趾部位进行冲击处理，使焊趾产生塑性变形。

进一步的，坡口制备完成后，采用渗透检测的方法对坡口进行无损检测。

进一步的，渗透检测完成后，将坡口表面及附近10mm区域的杂质清理干净，使其露出光亮的金属颜色。

进一步的，所述镍基合金粉末选自Alloy 182类镍基合金粉末。

进一步的，对待修复的焊接接头进行焊前预热的方式为氧乙炔火焰或者柔性陶瓷电阻加热器加热。

进一步的，等离子弧焊法的维弧电流为15-20A，等离子弧电流为70-90A，离子气流量为1.5-3.0L/min，保护气流量为15-20L/min，送粉气流量为1.5-3.0L/min，送粉量为20-40g/min。

进一步的，焊后热处理的方式为柔性陶瓷电阻加热器加热。

进一步的，超声波冲击时，采用直径4mm的冲击针，冲击振幅控制在30-45μm，冲击电流控制在2-3A，冲击频率控制在18-20kHz,冲击速度控制在80-120mm/min。

进一步的，超声波冲击后，对异种钢焊接接头进行相控阵超声检测和表面渗透检测，确认焊缝无超标缺陷存在。

马氏体-奥氏体异种钢异种钢焊接接头的早期失效由于氧化、蠕变和疲劳等三种机制的耦合作用的结果，与焊接接头的应力状态、组织性能、化学成分等因素密切相关。在无法改变异种钢焊接接头化学成分的前提下，本发明基于降低接头应力水平、改善组织、减小应力集中以及降低氧化、蠕变和疲劳耦合作用的原则，提出一种新的焊接修复方法，相比于现有焊接修复防范，本发明具有以下改进操作：

(1)优化焊接坡口，打磨去除裂纹的过程中，不打磨未开裂的焊缝其他区域，裂纹打磨消除干净后，在马氏体钢侧打磨制备坡口，可以有效针对马氏体钢侧熔合线相对强度不足，易开裂的问题进行修复，减低马氏体钢侧熔合线的应力，从而降低后续开裂风险。

(2)采用等离子弧焊法喷焊镍基合金粉末进行焊接修复，等离子弧温度高，焊接热影响区小，稀释率低，焊接残余应力水平低，具有小孔效应，可以充分搅拌熔池，消除宏观偏析；

(3)热处理完成后，采用超声波冲击仪对焊趾部位进行冲击处理，优化了其几何形状，消除此处的应力集中，并产生有益的压应力，提高其疲劳性能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明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，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为半V型焊接坡口的结构示意图；

图2为超声冲击的结构示意图。

具体实施方式

本发明公开了一种异种钢焊接接头的焊接修复方法，该异种钢焊接接头的焊接修复方法能够有效提高马氏体-奥氏体异种钢焊接接头修复强度和稳定性。

下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参见图1和图2所示，本发明公开了一种异种钢焊接接头的焊接修复方法，用于马氏体和奥氏体异种钢焊接接头修复，所述焊接修复方法包括以下操作步骤：

通过机械打磨的方法将裂纹清除干净，保留没有开裂的焊接金属部分，打磨马氏体钢侧母材制备半V型焊接坡口，坡口角度45°-75°；

对待修复的焊接接头进行焊前预热，预热温度控制在150-180℃；

采用等离子弧焊法对坡口位置喷焊镍基合金粉末进行焊接修复；

焊接完成后，进行焊后热处理，热处理温度750-770℃，恒温时间1-1.5小时；

焊后热处理完成后冷至室温后，采用超声波冲击仪对新焊缝的焊趾部位进行冲击处理，使焊趾产生塑性变形。

马氏体-奥氏体异种钢异种钢焊接接头的早期失效由于氧化、蠕变和疲劳等三种机制的耦合作用的结果，与焊接接头的应力状态、组织性能、化学成分等因素密切相关。在无法改变异种钢焊接接头化学成分的前提下，本发明基于降低接头应力水平、改善组织、减小应力集中以及降低氧化、蠕变和疲劳耦合作用的原则，提出一种新的焊接修复方法，相比于现有焊接修复防范，本发明具有以下改进操作：

(1)优化焊接坡口，打磨去除裂纹的过程中，不打磨未开裂的焊缝其他区域，裂纹打磨消除干净后，在马氏体钢侧打磨制备坡口，可以有效针对马氏体钢侧熔合线相对强度不足，易开裂的问题进行修复，减低马氏体钢侧熔合线的应力，从而降低后续开裂风险。

(2)采用等离子弧焊法喷焊镍基合金粉末进行焊接修复，等离子弧温度高，焊接热影响区小，稀释率低，焊接残余应力水平低，具有小孔效应，可以充分搅拌熔池，消除宏观偏析；

(3)热处理完成后，采用超声波冲击仪对焊趾部位进行冲击处理，优化了其几何形状，消除此处的应力集中，并产生有益的压应力，提高其疲劳性能。

在一实施例中，坡口制备完成后，采用渗透检测的方法对坡口进行无损检测。

通过渗透检测可以发现未被打磨的裂纹，当发现裂纹时可进一步打磨去除，以保证裂纹完全去除。

在一实施例中，渗透检测完成后，将坡口表面及附近10mm区域的杂质清理干净，使其露出光亮的金属颜色。

坡口表面的杂质包括渗透检测的残留物和打磨产生的粉末杂质，均会影响焊接修复质量，通过清理杂质，可避免杂质对于焊接修复质量的影响。

在一实施例中，所述镍基合金粉末选自Alloy 182类镍基合金粉末。

在一实施例中，对待修复的焊接接头进行焊前预热的方式为氧乙炔火焰或者柔性陶瓷电阻加热器加热。

焊前预热的目的是减小焊接接头的冷却速度，避免产生淬硬组织和减小焊接应力与变形，是防止产生焊接裂纹的有效方法。

在一实施例中，等离子弧焊法的维弧电流为15-20A，等离子弧电流为70-90A，离子气流量为1.5-3.0L/min，保护气流量为15-20L/min，送粉气流量为1.5-3.0L/min，送粉量为20-40g/min。

在一实施例中，焊后热处理的方式为柔性陶瓷电阻加热器加热。

在一实施例中，超声波冲击时，采用直径4mm的冲击针，冲击振幅控制在30-45μm，冲击电流控制在2-3A，冲击频率控制在18-20kHz,冲击速度控制在80-120mm/min。

在一实施例中，超声波冲击后，对异种钢焊接接头进行相控阵超声检测和表面渗透检测，确认焊缝无超标缺陷存在。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。