一種奧氏體不銹鋼中厚板的組合焊接方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于焊接技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種奧氏體不銹鋼中厚板的組合焊接方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，不銹鋼在生產(chǎn)制造中的需求量日益增長(zhǎng)，尤其是不銹鋼中厚板焊接結(jié)構(gòu)在運(yùn)輸管道、容器儲(chǔ)罐、船舶制造以及核電建設(shè)等領(lǐng)域發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。但奧氏體不銹鋼對(duì)焊接熱輸入特別敏感，易造成嚴(yán)重的晶間腐蝕，難以進(jìn)行大熱輸入下的高效焊接，傳統(tǒng)的鎢極氬弧焊+手工電弧焊組合焊接方法需要在前道焊縫冷卻后再進(jìn)行后道焊縫的焊接，造成生產(chǎn)效率低，消耗焊材較多，人工勞動(dòng)強(qiáng)度大，生產(chǎn)成本高，接頭性能難以滿足使用性能要求。不銹鋼中厚板焊接時(shí)，焊縫背面成形質(zhì)量也是人們普遍關(guān)注的問(wèn)題，特別是采用普通的組合焊接方法時(shí)，焊縫根部容易出現(xiàn)未焊透、未熔合等缺陷。
[0003]發(fā)明專利(201310396060.5和201310149268.7)提出的不銹鋼手工鎢極氬弧焊打底+填充鎢極氬弧焊蓋面組合焊接方法，在焊件坡口底部添加銅襯墊。但這項(xiàng)技術(shù)中需要拆除銅襯墊后才能進(jìn)行根部焊道上的蓋面焊接，工藝繁瑣，打底焊、蓋面焊和封底焊不能同時(shí)進(jìn)行。并且鎢極氬弧焊打底焊接難以實(shí)現(xiàn)不銹鋼中厚板的熔透，無(wú)法保證焊縫背面的成形，并且手工操作獲得焊接接頭質(zhì)量不穩(wěn)定。
[0004]本發(fā)明提出的脈沖等離子弧焊(PC-PAW) +脈動(dòng)填絲鎢極氬弧焊(GTAW)組合焊接方法可實(shí)現(xiàn)不鎊鋼中厚板的快速、尚效、穩(wěn)定的組合焊接，對(duì)于提尚焊接生廣效率和提尚廣品質(zhì)量具有重要意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出了一種不銹鋼中厚板的組合焊接方法。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案:
[0007]一種奧氏體不銹鋼中厚板的組合焊接方法，包括如下步驟:
[0008](I)在奧氏體不銹鋼的待焊對(duì)接面處開V形坡口，鈍邊5?8_ ;對(duì)待焊工件表面及V形坡口處進(jìn)行打磨和清洗；打磨的目的是去除毛刺、油污及氧化皮，并保證工件表面及待焊對(duì)接坡口平整。
[0009](2)將工件無(wú)間隙緊密裝配固定，并對(duì)引弧板、熄弧板及焊接試板之間采用點(diǎn)焊固定。
[0010](3)對(duì)接焊接前預(yù)通保護(hù)氣體，確保不銹鋼坡口表面及焊縫底部形成充分的保護(hù)氣氛。
[0011](4)采用脈沖等離子弧焊進(jìn)行打底焊接，焊接過(guò)程中無(wú)金屬填充；焊接過(guò)程通過(guò)調(diào)整焊接速度來(lái)控制焊接熱輸入和等離子弧的能量密度以形成貫穿工件的連續(xù)移動(dòng)小孔；其中，鎢極直徑2.0?2.5mm，噴嘴孔徑3.0?3.5mm，噴嘴孔道比1.0?1.2。
[0012](5)采用超低碳CrfO-NilO-Si焊絲進(jìn)行脈動(dòng)填絲鎢極氬弧焊蓋面焊接，保證脈沖等離子弧進(jìn)行的打底焊和脈動(dòng)填絲鎢極氬弧焊進(jìn)行的蓋面焊同時(shí)進(jìn)行，控制前部等離子弧熱源與后部氬弧熱源的間隔距離為6?9cm，在焊接的同時(shí)，對(duì)工件進(jìn)行冷卻。冷卻是為了避免打底蓋面前后同時(shí)焊接時(shí)高溫停留時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，降低熱影響區(qū)敏化傾向。
[0013]優(yōu)選的，步驟(I)中，所述V形坡口的角度為60°，試板兩側(cè)各30°。
[0014]優(yōu)選的，步驟⑴中，所述清洗是依次用丙酮和無(wú)水乙醇清洗V形坡口及工件表面。
[0015]優(yōu)選的，步驟⑴所述的奧氏體不銹鋼，其厚度為9?13_，合金元素含量的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為:C 0.030%?0.080%，Si 0.40%?1.00%，Mnl.0%?2.00%，P 0.010%?
0.045%, S 0.010%?0.030%，Ni 8.00%?11.00%，Cr 18.00 ?20.00%，F(xiàn)e 余量。固溶處理狀態(tài)下奧氏體不銹鋼的力學(xué)性能:抗拉強(qiáng)度Rm> 520MPa，屈服強(qiáng)度Rpa2彡205MPa，伸長(zhǎng)率A5tl彡40%。
[0016]優(yōu)選的，步驟(3)中，所述保護(hù)氣體為高純氬氣，通入保護(hù)氣體的時(shí)間為I?
1.5min0
[0017]優(yōu)選的，步驟(4)中，焊接工藝參數(shù)為:基值電流60?80A，脈沖電流130?170A，脈沖頻率1.4?2.0Hz，脈寬比為12/21?21/35，焊接電壓29?32V，控制焊接熱輸入在9?15kJ/cm，等離子氣體流量5?12L/min，保護(hù)氣體流量13?22L/min。
[0018]優(yōu)選的，步驟(4)中所述等離子氣體為高純氬氣；利于焊接過(guò)程中等離子弧的穩(wěn)定，等離子氣體流量?jī)?yōu)選6?8L/min。
[0019]優(yōu)選的，步驟(4)中，所述脈沖等離子弧焊，采用直流正接極性接法。直流正接極性接法利于等離子弧在穿透過(guò)程中形成小孔，保證單面焊雙面成形。
[0020]優(yōu)選的，步驟(4)中，所述噴嘴孔徑為3.5mm，噴嘴到工件的距離為5?8mm。
[0021]優(yōu)選的，步驟(5)中，所述的冷卻為在工件底部放置紫銅夾板滑塊，滑塊內(nèi)通循環(huán)冷卻水進(jìn)行冷卻，滑塊的U形槽內(nèi)通氬氣對(duì)熔池底部保護(hù)，氬氣流量13?22L/min。U形槽內(nèi)保護(hù)氣體對(duì)焊縫熔池起承托作用，利于脈沖等離子弧打底焊時(shí)背部焊縫成形。
[0022]優(yōu)選的，步驟(5)中，脈動(dòng)填絲鎢極氬弧焊選用的鎢極直徑為2.0?2.4mm，焊接工藝參數(shù)為:基值電流55?80A，脈沖電流100?130A，脈沖頻率1.6?2.0Hz，脈寬比12/21?21/35，焊接電壓19?24V，焊接熱輸入為7?llkj/cm，保護(hù)氣體流量13?22L/min，焊縫余高0.2?0.5mm?？刂坪附訜彷斎霝??llkj/cm，是為了避免二次加熱造成等離子弧焊縫組織粗大，控制焊縫余高為0.2?0.5mm，以防出現(xiàn)裂紋或較大焊接變形。
[0023]優(yōu)選的，步驟(5)中，所述超低碳Cr20-Ni1-Si不銹鋼焊絲直徑為1.0?1.5mm，其化學(xué)成分的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為:c 0.01%?0.03%, Si 0.65%?1.00%, Mn 1.0?2.5%,P 0.01 % ?0.03 %，S 0.01 % ?0.03 %，Cr 19.5 % ?22.0 %，Ni 9.0%?11.0%，Mo 0.45%?0.75%，Cu 0.45 %?0.75 %，F(xiàn)e余量。熔覆金屬拉伸性能為:抗拉強(qiáng)度Rni彡 510MPa，伸長(zhǎng)率 A5。彡 25%。
[0024]優(yōu)選的，步驟(5)中，脈動(dòng)填絲鎢極氬弧焊采用“推進(jìn)-抽回-推進(jìn)”的脈動(dòng)送絲方式，脈沖電流階段，停止送絲，熔滴在電弧燃燒過(guò)程中形成；基值電流階段，開始送絲，熔滴在送絲動(dòng)量的推動(dòng)作用下向熔池過(guò)渡。
[0025]本發(fā)明的有益技術(shù)效果為:
[0026](I)采用PC-PAW打底焊接，受控脈沖高能束的等離子弧對(duì)母材的熱影響較小，利用小孔效應(yīng)實(shí)現(xiàn)中厚板的單面焊雙面自由成形，焊縫背面成形光滑平整，無(wú)裂紋及咬邊缺陷，工藝過(guò)程穩(wěn)定且易于實(shí)現(xiàn)，質(zhì)量可靠。
[0027](2)采用脈動(dòng)填絲GTAW蓋面焊接，充分的純氬氣保護(hù)避免打底焊道受污染，超低碳CrfO-NilO-Si不銹鋼焊絲既能保證與母材的冶金相容性，又提高組合焊接頭的強(qiáng)韌性，脈動(dòng)送絲與脈沖電流保持協(xié)調(diào)，控制較低熱輸入避免二次加熱造成等離子弧焊縫組織粗大，以防出現(xiàn)熱影響區(qū)敏化及較大焊接變形，焊縫表面成形光潔平滑，焊縫美觀。
[0028](3)PC-PAff打底焊和脈動(dòng)填絲GTAW蓋面焊前后同時(shí)進(jìn)行，控制兩熱源之間的間隔距離在合適范圍內(nèi)，通過(guò)工件底部紫銅夾板滑塊內(nèi)的通循環(huán)冷卻水對(duì)焊接過(guò)程中的工件進(jìn)行冷卻，防止前后雙熱源雙熔池下的熱量累積，同時(shí)進(jìn)行的前后雙熱源焊接大大提生產(chǎn)效率，節(jié)約生產(chǎn)成本。
[0029](4)對(duì)不銹鋼中厚板進(jìn)行PC-PAW+脈動(dòng)填絲GTAW組合焊接，克服了單一焊接方法較大熱輸入下的熱影響區(qū)敏化及焊接變形問(wèn)題，同時(shí)焊縫余高較小避免接頭應(yīng)力集中引起裂紋。
[0030](5)本發(fā)明的工藝過(guò)程簡(jiǎn)便易行，低熱輸入下焊接變形小，獲得較小的焊縫余高可減緩應(yīng)力集中，焊縫表面美光滑平整，焊縫背面自由成形光滑連續(xù)平整，無(wú)裂紋及咬邊缺陷，熱影響區(qū)較窄，不銹鋼中厚板組合焊接接頭的抗拉強(qiáng)度650?750MPa，伸長(zhǎng)率達(dá)46 %?54%，不銹鋼組合焊接接頭焊縫金屬及熱影響區(qū)(薄弱區(qū))在-196 °C的沖擊吸收功大于40J，符合使用性能要求，PC-PAff+脈動(dòng)填絲GTAW前后同時(shí)組合焊接大大提高了生產(chǎn)效率。
【附圖說(shuō)明】
[0031 ] 圖1為焊接工件裝配及冷卻裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
[0032]圖2為焊縫表面成形圖；
[0033]圖3為焊縫背面成形圖。
[0034]其中，1、V形坡口，2、奧氏體不銹鋼，3、循環(huán)冷卻槽，4、U形槽。
【具體實(shí)施方式】
[0035]下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。
[0036]實(shí)施例1:
[0037]厚度為1mm的304奧氏體不銹鋼板2，試板尺寸為180mmX 160mmX 12mm，其化學(xué)成分為 C 0.06%, Si 0.40%, Mn 1.62%, P 0.026%, S 0.012%, Ni 8.14%, Cr 18.03%,
Fe余量。
[0038](I)焊前準(zhǔn)備
[0039]如圖1所示，待焊試板對(duì)接接頭處采用車床加工開V形坡口 1，V形坡口 I角度為60°，兩側(cè)各30°，鈍邊7_。利用電動(dòng)角磨機(jī)對(duì)待焊工件表面及坡口處進(jìn)行打磨，去除毛刺、油污及氧化皮，依次用丙酮和無(wú)水乙醇清洗坡口及工件表面。使用夾具將工件無(wú)間隙緊密裝配固定，采用手工鎢極氬弧焊點(diǎn)焊固定引弧板、熄弧板及進(jìn)行試板之間的點(diǎn)焊固定。選用德國(guó)伊達(dá)高科EWM-422型脈沖等離子弧焊機(jī)和WSM-400逆變式脈沖氬弧焊機(jī)，焊前預(yù)通Imin保護(hù)氣體，確保不銹鋼坡口表面形成充分的保護(hù)氣氛。
[0040](2) PC-PAW 打底焊接
[0041]采用穿孔型PC-PAW進(jìn)行打底焊接，采用直流正接極性接法，利于等離子弧在穿透過(guò)程中形成小孔，保證單面焊雙面成形；焊接過(guò)程中無(wú)金屬填充，噴嘴孔徑優(yōu)選3.0mm，壓縮角60°，噴嘴到工件的距離5mm。焊接工藝參數(shù)為:基值電流60A，脈沖電流130A，脈沖頻率1.4Hz，脈寬比為12/21，焊接電壓29V，焊接熱輸入9?13kJ/cm，等離子氣體采用與保護(hù)氣體相同的純氬氣，利于焊接過(guò)程中等離子弧的穩(wěn)定，氬氣純度為99.99%，等離子氣體流量5?8L/min，保護(hù)氣體流量13?16L/min ;工件底部紫銅夾板滑塊的循環(huán)冷卻槽3內(nèi)通循環(huán)冷卻水對(duì)焊接過(guò)程中的工件進(jìn)行冷卻，紫銅滑塊U形槽4內(nèi)通氬氣對(duì)熔池底部進(jìn)行保護(hù)；焊接過(guò)程通過(guò)調(diào)整焊接速度來(lái)控制焊接熱輸入和等離子弧的能量密度以形成貫穿工件的連