[发明专利]一种锆管道现场焊接工艺

说明书

技术领域：

本发明涉及一种焊接工艺，具体涉及一种锆管道现场焊接工艺。

背景技术：

随着我国能源项目的不断开发，民用化工中醋酸工程在西部发展较快；在榆林醋酸项目中锆管道作为工程重点，锆材焊接就成为关键。

锆作为一种活泼性很强的贵重金属，在核能、航空航天等国家战略行业应用较多，化工装置主要应用其优异的耐腐蚀性。

锆是位于元素周期表第IV_A副族元素，与金属钛相似；室温下，晶体结构为密排六方晶格金属，为α-Zr结构，其综合性能良好，加热、冷却过程有相变。室温下力学性能：抗拉强度380MPa，屈服强度205MPa伸长率16％，相对钛及钛合金其塑性、韧性较差。锆也属于钝化型金属，其生成的致密钝化膜能耐大多数有机酸、无机酸、强碱、熔融盐、高温水及液态金属的腐蚀，常压沸点温度以下，对所有浓度的盐酸有优异的耐腐蚀性，但不能抵御氢氟酸的侵蚀。锆材是反应堆工程中常用材料，近年来由于其优良的耐酸性，民用化工工程也被广泛采用，但由于锆金属焊接的极易氧化性，给其结构的焊接生产带来了困难，尤其是化工工艺管道的现场安装，防止焊接接头的氧化需要采取特殊的保护措施和焊接工艺才能够达到目的。

锆的化学活性很高，与钛相似，对环境气体中的C、O、H、N等气体都有很强的亲和力。不仅使焊缝的塑性和韧性明显变差，还会使焊接接头抗腐蚀性下降，尤其是氮和碳应严格控制；加热到200℃、300℃、400℃时分别与氧、氫、氮开始反应。另外，其比较低的比热0.28(J/g.K)和热导率0.18(W/cm.K)延长了接头热影响区与氫、氧、氮反应时间，接头溶解少量氫、氧、氮硬度强度提高明显，塑性、韧性急剧下降。在高温下还会与碳和碳化物及铁离子起反应，而增加脆性。氢还能够使焊缝产生裂纹，并随时间推移持续破裂。另一方面锆的线膨胀系数低5.8×10-6(1/℃)和弹性模量小，有益于控制焊接变形，焊后残余应力小；焊接时熔池的流动性好，熔池可控性良好，不易产生夹渣、未熔合等缺陷，易于焊接操作；采用氩弧焊，等离子焊，电子束焊等方法均可实现焊接。因此锆管道焊接接头的力学性能和耐腐蚀性能取决于对氫、氧、氮、碳、铁离子等浸入母材金属量的控制，采取什么样的保护措施、如何控制焊接熔池温度是接头质量的关键，合理的保护措施及恰当的焊接操作是获得满意焊接接头性能的保障。

发明内容：

本发明为了解决上述背景技术中的不足之处，提供一种锆管道现场焊接工艺，能有效的防止焊缝及热影响区金属受大气污染，并在施工现场条件下，能够获得优良的焊接接头。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种锆管道现场焊接工艺，依次包括下述步骤：

(1)焊件的预处理：

选择50～55°小于标准值的坡口形式，焊前先对焊件焊接部位采用机械方法去其表面的氧化膜，然后用3-7重量份HF+40-50重量份HNO₂+50重量份水溶液擦拭脱脂，然后清水清洗，将焊件烘干后开始焊接；

(2)焊接过程的保护：

焊接全部采用不低于99.999％高纯氩保护，管内壁保护时应在通气数秒后开始焊接，整个焊接过始终保持背面充气直至焊件温度降至150℃后撤掉保护，正面保护采用移动式保护拖罩；

上述过程中，焊接工艺参数的选择及控制为：

焊接时焊接热输入控制在0.8-1.5KJ/mm，控制层间温度小于150℃。

与现有技术相比，本发明具有的优点和效果如下：

1、本发明研究了锆材在一般自然环境下的焊接特性。锆具有很好的抗腐蚀性，但是由于其化学性能活泼，在中温条件下即可与环境气体中的C、O、H、N等发生化学反应，其化合物直接影响焊缝性能。锆材焊接对环境的要求十分苛刻，理想状态是在真空或纯惰性气体空间内进行。由于其焊接不易操作，直接限制了它的使用范围，国内还没锆材焊接标准。本焊接工艺在参照ASME标准的基础上，通过多次实验、分析、检验，结果其焊接接头的力学性能满足并超过了ASME标准的要求。

2、本发明安全、可靠，处于国内领先水平。

3、本发明经济、社会效益可观，值得在同行业推广。

具体实施方式：

1.焊接方法：

焊接方法采用非熔化极氩弧焊，为了能够有效地控制熔池温度，降低焊接区域的温度，充分利用焊机脉冲可调性好，调节范围宽的性能选择参数，实现小熔池快速焊的目的。

2、焊接设备：