[发明专利]一种高热处理温度差的异种材料焊接方法

说明书

技术领域

本发明属于焊接工艺领域。

背景技术

对于异种材料的焊接，尤其是需焊接的高热处理温度材料和低热处理温度材料，且两种待焊接材料间无重叠热处理温度区间，两种材料焊后热处理温度差异过大，若按照常规手段焊接后进行热处理，热处理温度须按照较高的执行，这将导致低热处理温度材料强度大幅下降，焊接接头及低热处理温度材料性能无法保证。

比如现有的600MW二次再热机组的辅机，该设备高加的设计压力大、设计温度高，在结构设计和材料使用方面都有较高的要求。该设备2#蒸汽冷却器筒身采用SA-336F91材料，规格为δ60mm；管板为20MnMo材料。筒身与管板存在环缝对接，该环缝焊后需热处理。按照相关标准要求并结合材料本身特性，20MnMo材料焊后热处理温度为600～650，但该材料回火温度通常为630℃，所以20MnMo材料最佳焊后热处理温度为600～620℃；而ASME规定SA-336F91材料焊后热处理温度最低为730℃。两种材料焊后热处理温度差异过大，无重叠区间。若该环缝按照常规手段焊接后进行热处理，热处理温度须按照较高的执行，这将导致20MnMo材料强度大幅下降，焊接接头及20MnMo管板性能无法保证。

发明内容

本发明的目的在于：提出一种适用于高热处理温度差的两种异种材料的焊接方法，解决两种材料焊后热处理温度差异过大的问题。

本发明目的通过下述技术方案来实现：

一种高热处理温度差的异种材料焊接方法，包括需焊接的高热处理温度材料和低热处理温度材料，且两种待焊接材料间无重叠热处理温度区间，依次包括以下步骤：

1）对两种待焊接材料待焊接端分别堆焊镍基材料/不锈钢材料；

2）粗车堆焊层，对堆焊层进行探伤；

3）对两种待焊接材料分别按其适宜热处理温度进行焊后热处理；

4）精加工堆焊层，并在堆焊层上机加坡口；

5）采用与堆焊材料相匹配的焊材在两种待焊接材料坡口处进行焊接；

6）焊后对坡口焊缝及焊缝两侧的堆焊层一起进行探伤。

上述方案中，在两种材料的坡口侧分别堆焊镍基材料/不锈钢材料，在不要求敏化的情况下，镍基材料/不锈钢材料热处理适宜温度宽泛，无论高温低温均可，且力学性能可以满足焊接后异种材料在实际使用中的高要求，堆焊后分别进行热处理，然后再对接焊缝，从而最终避免了两种材料直接相焊，解决了两种材料焊后热处理温度差异过大的问题。

作为选择，所述高热处理温度材料为SA-336F91材料的蒸汽冷却器筒身，所述低热处理温度材料为20MnMo材料的管板；所述筒身坡口端部装圆环垫板，在筒身上堆焊镍基材料/不锈钢材料，堆焊宽度高于筒身厚度，堆焊时筒身在变位机上转动，堆焊后机加掉垫板，并粗车堆焊层，对堆焊层进行PT探伤和UT探伤，探伤后对筒身进行745℃下的焊后热处理，热处理后精加工堆焊层，并在堆焊层上机加环缝坡口；所述管板坡口端部外壁装圆环垫板，在垫板内侧堆焊镍基材料/不锈钢材料，堆焊时管板平放在回转平台上进行堆焊，堆焊后机加掉垫板，粗车堆焊层，对堆焊层进行PT探伤和UT探伤，探伤后管板进行620℃下的焊后热处理，热处理后精加工堆焊层，并在堆焊层上机加环缝坡口；采用与堆焊材料相匹配的焊材，对筒身和管板环缝坡口进行焊接，焊后对环缝及环缝两侧的堆焊层一起进行100%的PT探伤、100%UT探伤和100%射线探伤。

上述方案中，在筒身坡口端部内、外壁和管板坡口端部外壁加装垫板，方便进行堆焊；堆焊厚度高于最终要求尺寸，便于之后的粗车和精加工；粗车堆焊层，便于对堆焊层进行PT探伤和UT探伤，探伤确保堆焊质量；精加工堆焊层，使得最终筒身管板焊接成品尺寸满足需求，同时加工环缝坡口便于最后的环缝焊接；采用100%的PT表面探伤、100%UT内部探伤和100%射线全面探伤，两重探伤，确保探伤质量。

作为选择，所述筒身堆焊采用TIG堆焊，堆焊厚度大于30mm。

上述方案中，筒身堆焊采用TIG堆焊，焊接效率高质量好，堆焊厚度大于30mm，可消除埋弧焊环缝对筒身的影响。TIG焊（Tungsten Inert Gas arc Welding），又称为惰性气体钨极保护焊。

作为选择，所述管板堆焊同样采用带极堆焊，堆焊厚度大于30mm。

上述方案中，管板堆焊采用带极堆焊，焊接效率高质量好，堆焊厚度大于30mm，可消除埋弧焊环缝对筒身的影响。

作为选择，所述筒身和管板环缝坡口采用埋弧自动焊焊接。