一种用于镍基合金脉冲GMAW焊的四元保护气体及其焊接工艺制造技术

本发明专利技术属于金属焊接领域，具体为一种用于镍基合金脉冲GMAW焊的四元保护气体及其焊接工艺，按体积分数计的下列各气体：0.03％≤CO2≤0.05％、1.5％≤H2≤1.9％、30.0％≤He≤40.0％，Ar为余量。本发明专利技术通过采用一种多种类混合型的焊接保护气，解决了焊接镍基合金焊接过程中因保护气体导致的焊缝氧化、成型不佳等问题，同时还提供了相应的主要焊接工艺参数，从而保证了镍基合金的焊接质量，提升了焊接过程的稳定性，并且满足了各类应用场合对于镍基合金焊接接头力学性能和耐腐蚀性能的要求。合金焊接接头力学性能和耐腐蚀性能的要求。合金焊接接头力学性能和耐腐蚀性能的要求。

【技术实现步骤摘要】
一种用于镍基合金脉冲GMAW焊的四元保护气体及其焊接工艺


[0001]本专利技术涉及镍基合金焊接，具体为一种用于镍基合金脉冲GMAW 焊的四元保护气体及其焊接工艺。

技术介绍

[0002]镍及镍基合金组织大多是奥氏体组织，是一类具有良好耐蚀性和抗氧化性的高温材料，Ni
‑
Cr合金是耐热合金，其抗高温氧化的能力随Cr含量增加而增强；Ni
‑
Mo合金具有极佳的析氢催化活性； Ni
‑
Cr
‑
Mo合金兼具有Ni
‑
Cr合金、Ni
‑
Mo合金的性能，广泛应用于海域环境的海洋构造物、火力发电的脱硫装置、化学化工设备等各种领域。镍基合金因其优异的耐腐蚀性和高强度而得到广泛应用，其代表镍基合金为INCONEL 625，镍基合金一般所含二三十种元素，各自熔点相差甚大，容易产生偏析缺陷，因而容易引起焊接缺陷，而焊接工艺对焊缝质量起着决定性作用，采用脉冲熔化极气体保护焊对镍基合金进行焊接，脉冲焊是通过特殊的焊接电源提供脉冲电流而进行焊接的，脉冲电流提供一个改善控制金属从焊丝向焊缝过渡的方法，它适用于薄板和空间位置的焊接，可以改善焊接热输入率的控制、降低零件在焊接中的变形、改善焊接质量。
[0003]在GWAM焊的过程中，保护气的组分设置是重要的影响因素之一，用混合气体代替单一气体作为保护气体可以有效的细化熔滴，减小飞溅，改善成型，控制熔深，防止缺陷，并降低气孔生产率，从而显著提高焊缝质量。
[0004]公布号CN102615406A的国际专利公开了采用GMAW焊接铁镍合金，采用Ar、He、CO2、N2、H2的混合气体，其中N2的含量占5％～8％，但混合气体中同时含有N2和H2容易发声反应，进而失去其原本的保护特性。
[0005]公布号CN 106862787A的国内专利给出了镍基合金GMAW焊接采用89％～92％Ar+8％～11％CO2的保护气体，高含量的CO2带来的氧化问题很严重。
[0006]公告号CN 207606429U的国内关于镍基合金熔化极脉冲气体保护焊(GMAW焊)的专利中，保护气体是15％He、2％H2、0.06％CO2、 Ar余量，但He含量较低，可能会导致镍基合金的熔池产生热量有限。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于提供一种合适于镍基合金熔化极气体保护焊的混合保护气体，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
[0008]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0009]一种用于镍基合金脉冲GMAW焊的四元保护气体保护焊过程中的混合保护气体，Ar为基础气体、ppm级别的CO2、He和少量H2，焊接方法采用脉冲熔化极气体保护焊，所焊镍基合金为INCONEL 625，工件厚度为6mm，焊丝采用直径为1.2mm的INCONEL 625。
[0010]一种用于镍基合金脉冲熔化极气体保护焊的焊接工艺包含以下步骤：
[0011]步骤1：按上述配比，将四种气体通过专业的气体混配器均匀混合成焊接保护气
体；
[0012]步骤2：采用丙酮溶液对焊接工件进行清洁，清洁后采用脉冲熔化极气体保护焊设备对镍基合金板料进行焊接，焊接方法采用左焊法，焊枪与立板角度为40
°
，焊枪行走角度为10～15
°
，焊接电流为 150～160A，焊接电压为26～28V，焊接速度为7～10mm/s，干伸长度为13～16mm；
[0013]步骤3：在焊接过程中采用保护气体对于焊接工件进行保护，保护气流量为15～25L/min。
[0014]本专利技术的熔化极镍基合金气体保护焊，选择Ar、He、CO2和H2混合保护气体能够改变熔池的流动性、防止焊道被氧化，保证焊接质量。
[0015]作为优选，提供以下的焊接参数：
[0016]保护气流量为15～25L/min，采用直径为1.2mm的INCONEL 625 实心焊丝。
[0017]作为优选，所焊的镍基合金工件材料为INCONEL 625，工件板料厚度6mm。
[0018]在焊接过程中，需要保证保护气体稳定、完全的覆盖焊缝位置，直至焊接过程结束，若焊接场地使用风扇，须对焊缝区采取防风措施，风扇风速不可超过1.5m/s。
[0019]本专利技术对象中混合保护气体的成分限定理由如下：
[0020]Ar气体：电离潜能小，又易电离，可以保证起弧并维持其稳定性、减小飞溅，由于Ar是非活性气体，不与金属发生化学反应，也不溶于液态金属中，可避免焊缝中合金元素的烧损和氧化物的产生，为得到优良的焊缝提供条件；且Ar密度较大，有利于下沉至焊缝熔池上方，可以更好地保护焊缝熔池，焊缝变得更加美观，但保护气体是纯Ar容易引起电弧偏移，所以保护气体以Ar为基础气体，再填加其他气体稳定电弧。
[0021]CO2气体：在保护气体中添加ppm级别的CO2可以提高电弧稳定性，飞溅少，增大热输入，熔池流动性增加，克服了液态粘稠、斑点易漂移问题，焊缝致密性提高，同时对焊缝蘑菇形熔深有所改善，焊缝具有较好的熔合状态，提高焊缝质量，但CO2在高温下分解出 O2，具有很强的氧化性，含量多了会造成焊缝氧化问题，且CO2会引入碳元素，碳元素进入焊缝容易产生多余的相并夺走对腐蚀性能重要的铬元素，所以添加的含量很少。
[0022]He气体：He是一种无色、无味、无毒、无腐蚀性和不可燃气体，成本高且极其稀有和有限，所以要控制用量；He的分子重量较小，为了优化保护气体以实现抑制等离子体，排出蒸汽粒子以及降低生产成本，一般He含量在30％以上；He通过预热效应达到良好的润湿性；还可以增加热输入，保护电弧温度，改善熔池流动性，提高焊接效率。
[0023]H2气体：H2在与O2、N2以及其他气体和金属氧(氮)化物反应时是一种高效还原剂，有利于防止熔池表面形成氧(氮)化膜，形成比较干净的焊道；且氢气在高温下分解后的氢原子体积很小，可以加强元素扩散；氢具有较高的热导率，使电弧刚度增加，易于将电弧引向接头表面，焊接过程更加容易控制；加入H2也可以提高电弧温度，增大母材热输入量，使焊道更加平整，提高焊接速度。
[0024]本专利技术所述的四元混合型保护气体，能够在镍基合金脉冲熔化极气体保护焊过程中提升镍基合金熔池的流动，形成凸型焊接接头，避免裂纹产生，减少氧化产物，有效提高其相关性能。
附图说明
[0025]图1为本专利技术实施例1中镍基合金试样的焊接图；
[0026]图2为本专利技术实施例2中镍基合金试样的焊接图；
[0027]图3为本专利技术实施例3中镍基合金试样的焊接图；
[0028]图4为本专利技术对比例1中镍基合金试样的焊接图；
[0029]图5为本专利技术对比例2中镍基合金试样的焊接图。
具体实施方式
[0030]一种用于镍基合金脉冲GMAW焊的四元保护气体的成分按照体积分数比例为：0.03％≤CO2≤0.05％、1.5％≤H2≤1.9％、 30本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于镍基合金脉冲GMAW焊的四元保护气体，以体积分数计为：0.03％≤CO2≤0.05％、1.5％≤H2≤1.9％、30.0％≤He≤40.0％，Ar为余量，所焊不锈钢工件材料为INCONEL 625镍基合金，工件板料厚度6mm，焊丝采用直径为1.2mm的INCONEL 625实心焊丝。2.一种用于镍基合金脉冲GMAW焊的焊接工艺包含以下步骤：步骤1：按上述配比，将四种气体通过气...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩俭，宋靖文，张熹，王如刚，秦斌，
申请(专利权)人：天津理工大学，
类型：发明
国别省市：