留隙焊根焊接的方法技术

焊接两个金属工件或工件段的间隔端部的方法，特别是在两个管段的间隔端部之间的留隙焊根焊接所述两个管段的方法，所述方法包括：选择具有金属鞘和芯的金属带芯焊丝，所述焊丝包括约０．０８－０．１３％重量的碳，约０．６０－１．２０％重量的锰和约０．０－０．４０％重量的硅，以及硫、磷、铬、镍、钼、铌、钒、氮、铜和铝。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种焊接留隙焊根(open root)接头(焊根接头)的方法，所述留隙焊根接头例如在两个板或管之间出现的那些接头。更具体地，该方法利用特定的金属带芯焊丝或焊条，配合以表面张力转移(STT)短路电弧焊接来焊接焊根接头。 诵讨弓隱A 本专利技术涉及在美国专利号5， 148， 001、5， 003， 154、5， 001， 326、4， 972， 064、4， 897， 523、4， 866， 247和4， 717， 807中描述的一般类型飞溅受控系统和热控制系统中的改进。更进一步地，本专利技术涉及在如美国专利号6， 204， 478和6， 093， 906中一般性描述的焊根焊接中的改进。最后，本专利技术涉及金属带芯焊丝在如美国专利号6，215，100、6，051，810和5， 961， 863中一般性描述的STT焊接工艺中的使用。以上列出的所有在先授权专利均通过引用被并入本专利技术，作为背景信息以及供本专利技术具体针对的飞溅控制区中的概念的讨论之用。 美国专利号5， 676， 857也通过引用被并入本专利技术。这个在先授权专利通过引用被并入本专利技术，作为背景信息以及供本专利技术将管段焊接到一起的讨论之用。
技术介绍
留隙焊根接头一般包括板，管等的一对间隔分开的端部或边缘，所述端部或边缘之后通过焊接接合起来。留隙焊根接头常常出现在接合相邻管段时。在本文中的管焊接的情况下，可以在管子周围移动一个或更多个焊头(welding heads)以提供36(T焊接。所述焊接通常分几步完成。首先，完成焊根焊道(pass)，在所述焊根焊道至少管的内部边缘或焊接区(lands)被熔合并且所述焊接区之间的缝隙被焊接金属填充。然后，完成若干填充焊道，其中由斜面形成的空间被填充使得焊接金属至少与管的外部表面齐平。 因为焊根焊道是邻接和固定相对管段的起始焊道，所以焊根焊道是关键的。因此，在焊根焊道中，应该生成100%可靠的焊缝。所述焊缝的可靠意味着两个管段的完全熔合并且相邻管段之间的缝隙用焊接金属完全填充。由于内部表面应该是基本上光滑的并且没有任何可能阻止任何清管器、检测装置或任何其他圆柱形装置经过管的突起物，和/或发起紊流的突起物，或扰乱任何经过管的流体的流动的突起物，所以熔融焊接金属不朝管段内突出任何实质性距离也是必要的。出于另一个考虑，留隙焊根焊接的热不能太高以致引起金属收縮，并因此縮回到形成留隙焊根的缝隙。 为了实现优质的管留隙焊根焊接而没有实质性的熔融金属向内突出或金属縮回，表面张力转移(STT)短路电弧焊接方法已经被开发并使用。STT焊接已经被俄亥俄州克利夫兰市的林肯电子公司(Lincoln Electric Company of Cleveland, Ohio)开发并以STT商标来经销。STT焊接被各种美国专利所公开，包括美国专利号5， 148，001、5，003， 154、5， 003， 326、4， 972， 064、4， 897， 523、4， 866， 247和4， 717， 807，它们中的每一个均通过引用被并入本专利技术以便这项周知的技术无需被重述。 STT管焊接工艺控制填充留隙焊根的管焊接过程的起始焊道。虽然这种类型的焊接工艺极有优势，但是仍要求大量的开发工作以选择用于短路焊接工艺的焊丝。已经发现 具有ANSI-AWS A 5. 1895特征的实心焊丝生产出优异的根焊焊道焊缝。也已经发现带芯 焊条在用于以STT焊接工艺焊接管段时具有实质性的优势，这已经在某些美国专利中被公 开，包括美国专利号5， 961， 863、6， 051， 810和6， 215， 100，它们中的每一个均通过引用被并 入本专利技术。然而，留隙焊根的焊道焊缝提出了独特的焊接挑战。此外，由钢合金P91制得的 焊接材料也带来独特的挑战。 P91钢在发电工业具有各种优势。因为P91的高耐热性和高抗蠕变性，它提供较低 的壁厚度或者较高的温度或压力，这些优势的每一项都提高热效率。根据工业规范，在P91 固体填充金属中，一般要求低硅(Si)含量。然而，由于脱氧和润湿的原因，用STT和气体金 属电弧焊接(GMAW)的焊根焊接一般要求较高的硅含量。因此，本专利技术提供这样的金属 带芯焊丝(即焊条)，所述金属带芯焊丝对于带或不带各种保护气体的P91钢中的留隙焊根 接头焊接是可以接受的。
技术实现思路
本专利技术的一个特定的实施方案包括在两个管段的间隔端部的留隙焊根焊接所述 端部的方法，所述方法包括(a)选择具有钢鞘和芯的金属带芯焊丝，所述金属带芯焊丝， 包括约0. 08-0. 13%重量的碳，约0. 60-1. 20%重量的锰和约0. 0_0. 40%重量的硅，以及 硫、磷、铬、镍、钼、铌、钒、氮、铜和铝；(b)以给定的焊丝输送速率向所述两个管端部之间的 留隙焊根送进所述选择的焊丝，以通过在最初焊道填充所述留隙焊根来将所述管端部焊接 在一起；(c)用受控波形生成焊接电流，所述波形包括连续的焊接循环，每个所述焊接循环 具有短路部分和等离子弧部分，其中所述等离子弧部分依次包括等离子提升区段，尾拖区 段和基值电流区段；(d)当所述焊接电流通过所述焊丝时，沿所述留隙焊根移动所述焊丝， 以熔化所述焊丝并且通过表面张力转移把所述熔化的焊丝转移到所述留隙焊根中的所述 管端部；以及(e)通过快速连续的电流脉冲形成所述电流波形，所述快速连续的电流脉冲 由频率至少在18kHz的振荡器生成并且具有由脉冲宽度调制器控制的宽度。根据本专利技术的 优选实施方案，该方法可还可以包括在所述最初焊道后的所述留隙焊根用填充焊丝填充所 述金属的接头，特别地，如果所述填充焊丝是金属带芯焊丝，和/或还包括提供部分由氦气 组成的保护气体的步骤。 本专利技术的一个附加的实施方案包括沿存在于两个工件段之间的槽短路电弧焊接 所述两个工件段的两个间隔端部的方法，所述方法包括以下步骤(a)提供具有钢鞘和芯 的金属带芯焊条，所述金属带芯焊条包括约0. 08-0. 13%重量的碳，约0. 60-1. 20%重量的 锰和约0. 0-0. 40%重量的硅，以及硫、磷、铬、镍、钼、铌、钒、氮、铜和铝；(b)放置所述段的 所述端部，以在所述端部之间形成缝隙；(c)当沿所述槽移动所述焊条时，使所述焊条接近 所述槽；(d)用电波熔化所述焊条，所述电波包括短路转移部分和受控熔化部分；以及(e) 控制所述电波的所述熔化部分来桥接所述管段之间的所述缝隙，以沿所述槽生成焊根焊 缝。 本专利技术的一个附加的实施方案包括一种在两个金属工件的间隔端部之间的留隙 焊根焊接所述端部的方法，所述方法包括(a)选择具有金属鞘和芯的金属带芯焊丝，所述 金属带芯焊丝包括约0. 08-0. 13%重量的碳，约0. 60-1. 20%重量的锰和约0. 0-0. 40%重量的硅，以及硫、磷、铬、镍、钼、铌、钒、氮、铜和铝；(b)以给定的焊丝输送速率向所述留隙 焊根送进所述焊丝，以通过在最初焊道至少部分地填充所述留隙焊根来将所述端部焊接在 一起；(c)用受控波形生成焊接电流，所述波形包括接续的焊接循环，每个所述焊接循环具 有短路部分和等离子弧部分；以及(d)当所述焊接电流通过所述焊丝时，沿所述留隙焊根 移动所述焊丝，以熔化所述焊丝并且把所述熔化的焊丝转移到所述留隙焊根中的所述端 部。这样本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在两个管段的间隔端部之间的留隙焊根焊接所述端部的方法，所述方法包括：（ａ）选择具有钢鞘和芯的金属带芯焊丝，所述金属带芯焊丝包括约０．０８－０．１３％重量的碳，约０．６０－１．２０％重量的锰和约０．０－０．４０％重量的硅，以及硫、磷、铬、镍、钼、铌、钒、氮、铜和铝；（ｂ）以给定的焊丝输送速率向所述两个管端部之间的留隙焊根送进所述选择的焊丝，以通过在最初焊道填充所述留隙焊根来将所述管端部焊接在一起；（ｃ）用受控波形生成焊接电流，所述波形包括连续的焊接循环，每个所述焊接循环具有短路部分和等离子弧部分，其中所述等离子弧部分依次包括等离子提升区段，尾拖区段和基值电流区段；（ｄ）当所述焊接电流通过所述焊丝时，沿所述留隙焊根移动所述焊丝，以熔化所述焊丝并且通过表面张力转移把所述熔化的焊丝转移到所述留隙焊根中的所述管端部；以及（ｅ）通过快速连续的电流脉冲形成所述电流波形，所述快速连续的电流脉冲由频率至少在１８ｋＨｚ的振荡器生成并且具有由脉冲宽度调制器控制的宽度。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2007-8-13 11/837,940一种在两个管段的间隔端部之间的留隙焊根焊接所述端部的方法，所述方法包括(a)选择具有钢鞘和芯的金属带芯焊丝，所述金属带芯焊丝包括约0.08-0.13％重量的碳，约0.60-1.20％重量的锰和约0.0-0.40％重量的硅，以及硫、磷、铬、镍、钼、铌、钒、氮、铜和铝；(b)以给定的焊丝输送速率向所述两个管端部之间的留隙焊根送进所述选择的焊丝，以通过在最初焊道填充所述留隙焊根来将所述管端部焊接在一起；(c)用受控波形生成焊接电流，所述波形包括连续的焊接循环，每个所述焊接循环具有短路部分和等离子弧部分，其中所述等离子弧部分依次包括等离子提升区段，尾拖区段和基值电流区段；(d)当所述焊接电流通过所述焊丝时，沿所述留隙焊根移动所述焊丝，以熔化所述焊丝并且通过表面张力转移把所述熔化的焊丝转移到所述留隙焊根中的所述管端部；以及(e)通过快速连续的电流脉冲形成所述电流波形，所述快速连续的电流脉冲由频率至少在18kHz的振荡器生成并且具有由脉冲宽度调制器控制的宽度。2. 如权利要求1所述的方法，其中所述磷的给定的百分率水平在约0. 0-0. 020%的重量范围。3. 如权利要求1或2所述的方法，其中所述硫的给定的百分率水平在约0. 0-0. 015%的重量范围。4. 如权利要求1至3中任项所述的方法，其中所述铬的给定的百分率水平在约8. 0-10. 0%的重量范围。5. 如权利要求1至4中任项所述的方法，其中所述镍的给定的百分率水平在约0. 0-0. 80%的重量范围。6. 如权利要求1至5中任项所述的方法，其中所述钼的给定的百分率水平在约0. 85-1. 20%的重量范围。7. 如权利要求1至6中任项所述的方法，其中所述铌的给定的百分率水平在约0. 03-0. 07%的重量范围。8. 如权利要求1至7中任项所述的方法，其中所述钒的给定的百分率水平在约0. 18-0. 25%的重量范围。9. 如权利要求1至8中任项所述的方法，其中所述氮的给定的百分率水平在约0. 03-0. 07%的重量范围。10. 如权利要求1至9中任一项所述的方法，其中所述铜的给定的百分率水平在约0. 0-0. 15%的重量范围。11. 如权利要求1至10中任一项所述的方法，其中所述铝的给定的百分率水平...

【专利技术属性】
技术研发人员：P范厄克，
申请(专利权)人：林肯环球股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]