專利名稱：一種鐵素體不銹鋼的隨焊激冷焊接方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鐵素體不銹鋼的隨焊激冷焊接方法，屬于鐵素體不銹鋼焊接及應(yīng)用的技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
·
長(zhǎng)期以來(lái)，奧氏體不銹鋼以其良好的耐腐蝕性能和力學(xué)性能一直在技術(shù)領(lǐng)域選用，由于鎳元素儲(chǔ)量較少，鎳價(jià)高，使奧氏體不銹鋼的生產(chǎn)成本逐漸增加；隨著煉鋼設(shè)備及冶煉技術(shù)的發(fā)展，純凈度高、綜合性能好的鐵素體不銹鋼已經(jīng)進(jìn)行生產(chǎn)，它不僅擁有奧氏體不銹鋼的力學(xué)性能和耐蝕性能，而且耐局部腐蝕的能力還優(yōu)于奧氏體不銹鋼，鐵素體不銹鋼已在家電、汽車、建筑裝飾、五金制品領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。鐵素體不銹鋼單一的鐵素體組織無(wú)相變，不能通過(guò)相變來(lái)調(diào)節(jié)組織，在焊接過(guò)程中焊接熱影響區(qū)的鐵素體晶粒長(zhǎng)大，焊接接頭力學(xué)性能會(huì)急劇惡化，沖擊性能受到較大影響，因此熱影響區(qū)成為整個(gè)焊接接頭的薄弱區(qū)域，影響了該類型不銹鋼的焊接質(zhì)量。目前，鐵素體不銹鋼焊接過(guò)程中發(fā)生粗晶脆化的問(wèn)題，主要是通過(guò)冶金方法和高能量的焊接方法來(lái)改善晶粒粗化問(wèn)題，其中冶金方法在材料中添加合金元素鈮、鎢，焊接方法包括等離子弧焊、激光焊以及激光-MAG復(fù)合焊接的方法，這些種方法均需要通過(guò)復(fù)雜設(shè)備和工藝才能實(shí)現(xiàn)，成本較高。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明目的
本發(fā)明的目的是針對(duì)背景技術(shù)的狀況，對(duì)鐵素體不銹鋼在鎢極氬弧焊接過(guò)程中采用液氮隨焊激冷，提高焊接接頭的冷卻速度，改善鐵素體不銹鋼焊后晶粒長(zhǎng)大問(wèn)題，以提高鐵素體不銹鋼焊接接頭的力學(xué)性能和抗腐蝕性能。
技術(shù)方案
使用的化學(xué)物質(zhì)材料為鐵素體不銹鋼板、鐵素體不銹鋼焊絲、液氮、乙醇、氬氣、砂紙，其準(zhǔn)備用量如下以毫米、毫升、厘米3為計(jì)量單位
鐵素體不銹鋼板00Cr21550 mmXIO mmXIOO mm 2塊
鐵素體不銹鋼焊絲00Cr21Φ1. 2 mmX 400 mm
液氮N2100000 mL±50 mL
乙醇=C2H5OH2000 mL±50 mL
氬氣Ar100000 cm3 ±50 cm3
砂紙SiC 400 粒276 mmX 0· 5 mmX 230 mm 2 張
焊接方法如下
(I)制作液氮激冷槍
液氮激冷槍為圓管狀，中間為液氮腔，前部設(shè)有噴液嘴、出液口及導(dǎo)液絲，后部為安裝環(huán)，用鋁合金材料制作；
(2)預(yù)處理鐵素體不銹鋼板
①被焊接鐵素體不銹鋼板為兩塊，尺寸、規(guī)格一樣，呈矩形板狀，焊接部位開(kāi)坡口，單面坡口角度為30° ;
②用乙醇擦洗鐵素體不銹鋼板，使焊接部位潔凈；
(3)鎢極氬弧焊接鐵素體不銹鋼板
鐵素體不銹鋼板的鎢極氬弧焊接是在鎢極氬弧焊機(jī)上進(jìn)行的，是在氬氣保護(hù)、液氮激冷、鐵素體不銹鋼焊絲的填絲焊接下完成的；
①置放鐵素體不銹鋼板
將焊接卡具置于氬弧焊機(jī)的工作臺(tái)上，并在焊接卡具內(nèi)水平放置兩塊被焊接的鐵素體不銹鋼板，兩鋼板坡口部位對(duì)齊；
②安裝調(diào)試液氮激冷槍，并對(duì)準(zhǔn)被焊鋼板焊縫；
③安裝氬氣管，并對(duì)準(zhǔn)被焊鋼板焊縫；
④安裝鐵素體不銹鋼焊絲，其尖端部對(duì)準(zhǔn)被焊鋼板焊縫；
⑤開(kāi)啟IS氣閥、IS氣管，向焊接部位輸送IS氣，IS氣輸入速度150cm3/min ;
開(kāi)啟鎢極氬弧焊機(jī)，引燃電弧，焊接電壓14-15 V，焊接電流130-140 A，電弧作用于鐵素體不銹鋼板和焊絲；
⑥將鐵素體不銹鋼焊絲對(duì)準(zhǔn)被焊部位，進(jìn)行焊接，焊接熱輸入量O.5-0. 6 kj/min;焊接速度為 170-200 mm/min ；
開(kāi)啟液氮激冷槍，向焊接部位輸入液氮，液氮輸入速度100 mL/min ；
當(dāng)兩被焊鋼板焊縫結(jié)合，即完成了正面焊接；
焊接后靜置冷卻5 min ；
⑦將正面接合的兩塊鐵素體不銹鋼板重新裝卡，反面朝上，用同樣方法和技術(shù)參數(shù)焊接兩塊鋼板反面；當(dāng)兩被焊鋼板焊縫結(jié)合后，即完成了反面焊接；
焊接后靜直冷卻10 min ；
(4)關(guān)閉氬弧焊機(jī)電源，停止焊接；
關(guān)閉液氮激冷槍，停止冷卻；
關(guān)閉氬氣閥、氬氣管，停止輸氬氣；
(5)拆下焊接卡具，取出被焊不銹鋼板；
(6)中溫回火
將被焊接的鐵素體不銹鋼板置于熱處理爐中，進(jìn)行中溫回火，回火溫度300 °C，回火時(shí)間 30 min ；
回火后隨爐冷卻至25 V ；
(7)機(jī)械打磨焊瘤
將被焊鋼板用機(jī)械打磨正反面焊瘤，使兩面平整；
(8)砂紙打磨被焊鋼板表面
將被焊鋼板置于平板上，用砂紙打磨正反兩面，使表面光潔，使正反面粗糙度達(dá)RaO. 32-0. 63 μ m ；
(9)乙醇清洗用乙醇清洗被焊鋼板正反表面，使其潔凈；
(10)檢測(cè)、分析、表征
對(duì)焊接的鐵素體不銹鋼板焊接接頭的形貌、焊縫金相組織、力學(xué)性能進(jìn)行檢測(cè)、分析、表征；
用光學(xué)顯微鏡和掃描電鏡對(duì)焊縫的金相顯微組織和微觀形貌分析；
用萬(wàn)能拉伸機(jī)對(duì)焊接接頭抗拉強(qiáng)度和延伸率進(jìn)行分析；
用沖擊試驗(yàn)機(jī)對(duì)焊接接頭沖擊吸收功進(jìn)行分析；
用電化學(xué)工作站對(duì)焊接接頭進(jìn)行電化學(xué)腐蝕性分析；
結(jié)論焊接后的鐵素體不銹鋼板焊接接頭晶粒細(xì)小，力學(xué)性能高，抗拉強(qiáng)度達(dá)到481. 51MPa，延伸率達(dá)29.2 %，焊縫沖擊吸收功為31. 5 J，自腐蝕電流密度為O. 63X 106A_cm_2，自腐蝕電位為-O. 803 V。有益效果
本發(fā)明與背景技術(shù)相比具有明顯的先進(jìn)性，是針對(duì)鐵素體不銹鋼焊接過(guò)程中的晶粒長(zhǎng)大、脆化、難以控制的問(wèn)題，采用鎢極氬弧焊機(jī)，在焊接過(guò)程中使用液氮進(jìn)行隨焊激冷，并用氬氣進(jìn)行保護(hù)，有效阻止了焊接熱影響區(qū)的晶粒長(zhǎng)大及脆性問(wèn)題，此方法工藝先進(jìn)合理，數(shù)據(jù)翔實(shí)準(zhǔn)確，焊接質(zhì)量好，焊縫熔合性好，不易開(kāi)裂，是十分理想的鐵素體不銹鋼板的焊接方法。


圖I為鐵素體不銹鋼板隨焊激冷焊接狀態(tài)圖 圖2為液氮激冷槍主視結(jié)構(gòu)圖
圖3為液氮激冷槍側(cè)視圖 圖4為鐵素體不銹鋼板結(jié)構(gòu)圖 圖5為鐵素體不銹鋼板焊縫金相組織形貌對(duì)比圖 圖6為鐵素體不銹鋼板焊縫電化學(xué)極化曲線對(duì)比圖 圖中所示，附圖標(biāo)記清單如下
I焊接工作臺(tái)，2指示燈，3顯示屏，4氬氣瓶，5氬氣，6氬氣管，7氬氣閥，8液氮泵調(diào)控器，9焊接電源調(diào)控器，10鎢極氬弧焊槍，11鐵素體不銹鋼焊絲，12鎢極氬弧焊機(jī)，13液氮激冷槍，14第一鐵素體不銹鋼板，15液氮，16第二鐵素體不銹鋼板，17焊接卡具，18焊絲固定夾，19支桿，20液氮泵，21液氮管，22液氮罐，23第一固定塊，24第二固定塊，25工作臺(tái)縱橫調(diào)控器，26液氮腔，27噴液嘴，28出液口，29導(dǎo)液絲，30安裝環(huán)，31螺栓。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明
圖I所示，為鐵素體不銹鋼板隨焊激冷焊接狀態(tài)圖，各部位置、連接關(guān)系要正確，按量配置，按序操作。焊接使用的化學(xué)物質(zhì)的量值是按預(yù)先設(shè)置的范圍確定的，以毫米、毫升、厘米3為
計(jì)量單位。
鐵素體不銹鋼板的鎢極氬弧焊接是在焊接工作臺(tái)上進(jìn)行的，是由氬弧焊機(jī)在液氮激冷、氬氣保護(hù)、添加鐵素體不銹鋼焊絲的過(guò)程中完成的；
焊接工作臺(tái)為臥式，在焊接工作臺(tái)I的上部裝有焊接卡具17，在焊接卡具17內(nèi)裝卡第一、第二鐵素體不銹鋼板14、16，并留有焊接間隙；鎢極氬弧焊機(jī)12通過(guò)支桿19、焊絲固定夾18連接鐵素體不銹鋼焊絲11，鐵素體不銹鋼焊絲11尖端對(duì)準(zhǔn)兩被焊第一、第二鐵素體不銹鋼板14、16之間的坡角；在焊接工作臺(tái)I的左部設(shè)有氬氣瓶4及氬氣閥7、氬氣管6、鎢極氬弧焊槍10，鎢極氬弧焊槍10對(duì)準(zhǔn)兩被焊不銹鋼板的焊縫坡角；在焊接工作臺(tái)I的右部設(shè)有液氮罐22及液氮管21、液氮泵20，并聯(lián)接液氮激冷槍13，液氮激冷槍13對(duì)準(zhǔn)兩被焊不銹鋼板焊接坡角；在焊接工作臺(tái)前部控制面板上設(shè)置顯示屏3、指示燈2、焊接電源調(diào)控器9、工作臺(tái)縱橫調(diào)控器25、液氮泵調(diào)控器8。圖2、3所示，為液氮激冷槍結(jié)構(gòu)圖，各部位置要正確。·
液氮激冷槍13為圓筒形，液氮激冷槍13內(nèi)為液氮腔26，在液氮激冷槍13的左部設(shè)有噴液嘴27，在噴液嘴27內(nèi)設(shè)有4個(gè)出液口 28，在噴液嘴27的外端部設(shè)有導(dǎo)液絲29 ；在液氮激冷槍13的右端部設(shè)有安裝環(huán)30，并由螺栓31固定。圖4所示，為鐵素體不銹鋼板結(jié)構(gòu)圖，在第一、第二鐵素體不銹鋼板14、16的被焊接端面設(shè)有焊接坡口，焊接坡口單面角度為30°。圖5所示，為鐵素體不銹鋼板焊縫金相組織形貌對(duì)比圖，圖a為空氣冷卻焊縫金相組織圖，圖b為隨焊液氮激冷焊接后焊縫金相組織圖，明顯看出，隨焊激冷焊接接頭熔合性好，金相組織細(xì)小致密。圖6所示，為鐵素體不銹鋼板焊縫電化學(xué)極化曲線對(duì)比圖，圖中可知c為隨焊液氮激冷焊接，d為空氣冷卻焊接，隨焊液氮激冷的焊接接頭的自腐蝕電位高于空氣冷卻焊接接頭，其自腐蝕電流低于空氣冷卻焊接接頭。
權(quán)利要求
1.一種鐵素體不銹鋼的隨焊激冷焊接方法，其特征在于使用的化學(xué)物質(zhì)材料為鐵素體不銹鋼板、鐵素體不銹鋼焊絲、液氮、乙醇、氬氣、砂紙，其準(zhǔn)備用量如下以毫米、毫升、厘米3為計(jì)量單位 鐵素體不銹鋼板00Cr21550 mmXIO mmXIOO mm 2塊 鐵素體不銹鋼焊絲00Cr21Φ1. 2 mmX 400 mm 液氮N2100000 mL±50 mL 乙醇=C2H5OH2000 mL±50 mL 氬氣Ar100000 cm3 ±50 cm3 砂紙SiC 400 粒276 mmX 0· 5 mmX 230 mm 2 張 焊接方法如下 (1)制作液氮激冷槍 液氮激冷槍為圓管狀，中間為液氮腔，前部設(shè)有噴液嘴、出液口及導(dǎo)液絲，后部為安裝環(huán)，用鋁合金材料制作； (2)預(yù)處理鐵素體不銹鋼板 ①被焊接鐵素體不銹鋼板為兩塊，尺寸、規(guī)格一樣，呈矩形板狀，焊接部位開(kāi)坡口，單面坡口角度為30° ; ②用乙醇擦洗鐵素體不銹鋼板，使焊接部位潔凈； (3)鎢極氬弧焊接鐵素體不銹鋼板 鐵素體不銹鋼板的鎢極氬弧焊接是在鎢極氬弧焊機(jī)上進(jìn)行的，是在氬氣保護(hù)、液氮激冷、鐵素體不銹鋼焊絲的填絲焊接下完成的； ①置放鐵素體不銹鋼板 將焊接卡具置于氬弧焊機(jī)的工作臺(tái)上，并在焊接卡具內(nèi)水平放置兩塊被焊接的鐵素體不銹鋼板，兩鋼板坡口部位對(duì)齊； ②安裝調(diào)試液氮激冷槍，并對(duì)準(zhǔn)被焊鋼板焊縫； ③安裝氬氣管，并對(duì)準(zhǔn)被焊鋼板焊縫； ④安裝鐵素體不銹鋼焊絲，其尖端部對(duì)準(zhǔn)被焊鋼板焊縫； ⑤開(kāi)啟IS氣閥、IS氣管，向焊接部位輸送IS氣，IS氣輸入速度150cm3/min ; 開(kāi)啟鎢極氬弧焊機(jī)，引燃電弧，焊接電壓14-15 V，焊接電流130-140 A，電弧作用于鐵素體不銹鋼板和焊絲； ⑥將鐵素體不銹鋼焊絲對(duì)準(zhǔn)被焊部位，進(jìn)行焊接，焊接熱輸入量O.5-0. 6 kj/min;焊接速度為 170-200 mm/min ； 開(kāi)啟液氮激冷槍，向焊接部位輸入液氮，液氮輸入速度100 mL/min ； 當(dāng)兩被焊鋼板焊縫結(jié)合，即完成了正面焊接； 焊接后靜置冷卻5 min ； ⑦將正面接合的兩塊鐵素體不銹鋼板重新裝卡，反面朝上，用同樣方法和技術(shù)參數(shù)焊接兩塊鋼板反面；當(dāng)兩被焊鋼板焊縫結(jié)合后，即完成了反面焊接； 焊接后靜直冷卻10 min ； (4)關(guān)閉氬弧焊機(jī)電源，停止焊接； 關(guān)閉液氮激冷槍，停止冷卻；關(guān)閉氬氣閥、氬氣管，停止輸氬氣； (5)拆下焊接卡具，取出被焊不銹鋼板； (6)中溫回火 將被焊接的鐵素體不銹鋼板置于熱處理爐中，進(jìn)行中溫回火，回火溫度300 °C，回火時(shí)間 30 min ； 回火后隨爐冷卻至25 V ； (7)機(jī)械打磨焊瘤 將被焊鋼板用機(jī)械打磨正反面焊瘤，使兩面平整； (8)砂紙打磨被焊鋼板表面 將被焊鋼板置于平板上，用砂紙打磨正反兩面，使表面光潔，使正反面粗糙度達(dá)RaO. 32-0. 63 μ m ； (9)乙醇清洗 用乙醇清洗被焊鋼板正反表面，使其潔凈； (10)檢測(cè)、分析、表征 對(duì)焊接的鐵素體不銹鋼板焊接接頭的形貌、焊縫金相組織、力學(xué)性能進(jìn)行檢測(cè)、分析、表征； 用光學(xué)顯微鏡和掃描電鏡對(duì)焊縫的金相顯微組織和微觀形貌分析； 用萬(wàn)能拉伸機(jī)對(duì)焊接接頭抗拉強(qiáng)度和延伸率進(jìn)行分析； 用沖擊試驗(yàn)機(jī)對(duì)焊接接頭沖擊吸收功進(jìn)行分析； 用電化學(xué)工作站對(duì)焊接接頭進(jìn)行電化學(xué)腐蝕性分析； 結(jié)論焊接后的鐵素體不銹鋼板焊接接頭晶粒細(xì)小，力學(xué)性能高，抗拉強(qiáng)度達(dá)到481. 51MPa，延伸率達(dá)29.2 %，焊縫沖擊吸收功為31. 5 J，自腐蝕電流密度為O. 63X 106A_cm_2，自腐蝕電位為-O. 803V。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種鐵素體不銹鋼的隨焊激冷焊接方法，其特征在于鐵素體不銹鋼板的鎢極氬弧焊接是在焊接工作臺(tái)上進(jìn)行的，由氬弧焊機(jī)、在液氮激冷、氬氣保護(hù)、添加鐵素體不銹鋼焊絲的過(guò)程中完成的； 焊接工作臺(tái)為臥式，在焊接工作臺(tái)(I)的上部裝有焊接卡具(17)，在焊接卡具(17)內(nèi)裝卡第一、第二鐵素體不銹鋼板(14)、(16)，并留有焊接間隙；鎢極氬弧焊機(jī)(12)通過(guò)支桿(19)，焊絲固定夾(18)連接鐵素體不銹鋼焊絲(11)，鐵素體不銹鋼焊絲(11)尖端對(duì)準(zhǔn)兩被焊第一、第二鐵素體不銹鋼板(14)、(16)之間的坡角；在焊接工作臺(tái)(I)的左部設(shè)有氬氣瓶(4)及氬氣閥(7)、氬氣管￠)、鎢極氬弧焊槍(10)，鎢極氬弧焊槍(10)對(duì)準(zhǔn)兩被焊不銹鋼板的焊縫坡角；在焊接工作臺(tái)(I)的右部設(shè)有液氮罐(22)及液氮管(21)、液氮泵(20)，并聯(lián)接液氮激冷槍(13)，液氮激冷槍(13對(duì)準(zhǔn)兩被焊不銹鋼板焊接坡角；在焊接工作臺(tái)前部控制面板上設(shè)置顯示屏(3)、指示燈(2)、焊接電源調(diào)控器(9)、工作臺(tái)縱橫調(diào)控器(25)、液氮泵調(diào)控器(8)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種鐵素體不銹鋼的隨焊激冷焊接方法，其特征在于液氮激冷槍(13)為圓筒形，液氮激冷槍(13)內(nèi)為液氮腔(26)，在液氮激冷槍(13)的左部設(shè)有噴液嘴(27)，在噴液嘴(27)內(nèi)設(shè)有(4)個(gè)出液口(28)，在噴液嘴(27)的外端部設(shè)有導(dǎo)液絲(29);在液氮激冷槍(13)的右端部設(shè)有安裝環(huán)(30)，并由螺栓(31)固定。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種鐵素體不銹鋼的隨焊激冷焊接方法，是針對(duì)鐵素體不銹鋼焊接過(guò)程中晶粒長(zhǎng)大、脆化難以控制的問(wèn)題，采用鎢極氬弧焊機(jī)，在焊接過(guò)程中使用液氮進(jìn)行隨焊激冷，并用氬氣進(jìn)行保護(hù)，有效阻止焊接熱影響區(qū)的晶粒長(zhǎng)大及脆化問(wèn)題，此方法工藝先進(jìn)合理，數(shù)據(jù)翔實(shí)準(zhǔn)確，焊接接頭質(zhì)量好，焊縫熔合性好，不易開(kāi)裂，焊縫抗拉強(qiáng)度達(dá)481.51MPa，是十分理想的鐵素體不銹鋼的焊接方法。
文檔編號(hào)B23K9/235GK102941401SQ20121042253
公開(kāi)日2013年2月27日 申請(qǐng)日期2012年10月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月30日
發(fā)明者張紅霞, 王文光, 閆志峰, 卜穎宏, 裴飛飛, 王凱, 李潔, 趙藝喆 申請(qǐng)人:太原理工大學(xué)