CN102049628A - 防止镍基焊材焊接奥氏体不锈钢产生热裂纹的焊接方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种防止镍基焊材焊接奥氏体不锈钢产生热裂纹的焊接方法，其步骤如下：(1)先采用公式计算确定不产生焊接热裂纹的最大熔合比X值，以控制焊缝金属中得S含量在0.013％以下；(2)焊接时，采用钨极氩弧焊，摆动焊接，焊道做成凸型焊道。本发明在控制焊接工艺措施的同时，通过对熔合比的控制减少母材中S元素的熔入量，从而减少低熔点物质的形成条件，从化学成分和工艺措施两方面进行控制，防止焊接热裂纹的产生。本发明方法可以直观的利用对焊接参数和焊接要素的控制，防止热裂纹的产生，提高焊缝质量。也可以利用其产生裂纹，用于安全分析等工作中的裂纹预制。

Description

防止镍基焊材焊接奥氏体不锈钢产生热裂纹的焊接方法

技术领域

本发明属于焊接技术领域，具体涉及一种利用镍基焊材焊接奥氏体不锈钢的焊方法。

背景技术

焊接热裂纹的形成是由于材料中存在低熔点的共晶元素，在焊接过程中，这些元素被重新熔化，在焊缝金属凝固过程中，这些杂质元素生成的低熔点共晶物结晶偏析富集于晶界，形成所谓“液态薄膜”，在特定的敏感温度(又称脆性温度区间)，其强度极小。由于焊缝凝固收缩以及其它外拉应力(装配应力)的共同作用，最终开裂形成裂纹。影响热裂纹产生的因素主要有两大类，第一种影响因素为材料的化学成分，其中包括母材的化学成份和焊材的化学成份；第二种影响因素是焊接工艺。

材料的化学成份是影响焊接热裂纹的最本质因素。S若与Ni相结合，形成的NiS以及Ni-Ni₃S₂共晶均为低熔点物质。钢中S含量的增加，势必在与镍基焊材的焊接过程中生成更多的NiS以及Ni-Ni₃S₂共晶。而这类低熔点物质在熔池中的偏析是导致钢在焊接过程中产生热裂纹的主要影响因素，是热裂纹形成的内部条件。

工艺措施对奥氏体不锈钢焊接热裂纹的影响不容忽视，焊接时焊接线能量对热裂纹影响很大。焊接时线能量越高，则输入的热量越多，晶间低熔点共晶物的熔化越严重，晶界处于液态的时间越长，越容易促进热裂纹的产生。另外焊接接头形式、预热、焊接顺序等工艺因素也会影响焊接热裂纹的产生

发明内容

本发明的目的在于提供一种防止热裂纹的产生，提高焊缝质量的防止镍基焊材焊接奥氏体不锈钢产生热裂纹的焊接方法。

实现本发明目的技术方案：一种防止镍基焊材焊接奥氏体不锈钢产生热裂纹的焊接方法，其步骤如下：

(1)先采用下述公式计算确定不产生焊接热裂纹的最大熔合比X值，以控制焊缝金属中得S含量在0.013％以下：

$X<\frac{0.013-B}{A-B}$

式中X为熔合比；

    A为母材中的S含量；

    B为焊材中的S含量；

(2)焊接时，采用钨极氩弧焊，摆动焊接，焊道做成凸型焊道，焊接参数如下：

焊接电流：110～160A；

焊接电压：11.0～15.0V；

保护气体：纯Ar保护气，流量7～17L/min。

如上所述的一种防止镍基焊材焊接奥氏体不锈钢产生热裂纹的焊接方法，其在焊接前，对待焊面进行丙酮擦洗，焊材采用砂纸打磨并进行丙酮擦拭。

本发明的效果在于：本发明在控制焊接工艺措施的同时，通过对熔合比的控制减少母材中S元素的熔入量，从而减少低熔点物质的形成条件，从化学成分和工艺措施两方面进行控制，防止焊接热裂纹的产生。本发明方法可以直观的利用对焊接参数和焊接要素的控制，防止热裂纹的产生，提高焊缝质量。也可以利用其产生裂纹，用于安全分析等工作中的裂纹预制。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明所述的防止镍基焊材焊接奥氏体不锈钢产生热裂纹的焊接方法作进一步描述。

实施例1：表面堆焊

焊接方法：钨极氩弧焊(GTAW)；

母材：ASME SA-182F304L，S含量0.023％；

焊材：ERNiCr-3，Ф3.2mm，S含量0.005％；

采用下述公式计算不产生焊接热裂纹的最大熔合比X值：

$X<\frac{0.013-B}{A-B}$

上述公式中A为母材中的S含量，为0.023％；

          B为焊材中的S含量，为0.005％；

          X为熔合比；

0.023X+0.005(1-X)＝0.013

计算得出最大熔合比X为44.4％，即在使用上述母材、焊材匹配的前提下进行表面堆焊时，熔合比不能超过44.4％。

所采用的钨极氩弧焊焊接工艺参数：焊接电流：140A；焊接电压：13.1-14.0V；电流极性：DC-NEG；焊缝长度：200mm；焊接时间：124s；保护气体：纯Ar保护，流量8～12L/min。

焊前对母材表面进行打磨并进行丙酮擦洗，焊材采用砂纸打磨并进行丙酮擦拭，焊接过程中焊工采用摆动焊接，焊道成凸型。焊后PT检测未发现热裂纹。

实施例2：管子对接打底焊缝

焊接方法：钨极氩弧焊(GTAW)；

母材：ASME SA-182F304L，Ф273×10mm，S含量0.023％；

焊材：ERNiCr-3，Ф2.4mm，S含量0.001％；

采用下述公式计算不产生焊接热裂纹的最大熔合比：

$X<\frac{0.013-B}{A-B}$

上述公式中A为母材中的S含量，为0.023％；

          B为焊材中的S含量，为0.001％；

          X为熔合比；

0.023X+0.001(1-X)＝0.013

计算得出最大熔合比X＝54.5％，即在使用上述母材、焊材匹配的前提下进行表面堆焊时，熔合比不能超过54.5％。

然后采用钨极氩弧焊，摆动焊接，焊道做成凸型焊道，焊接工艺参数：焊接位置：1G；焊接电流：110A；焊接电压：11.0-13.0V；焊速：大于6.0cm/min；电流极性：DC-NEG；保护气体：纯Ar保护，内部流量8～10L/min，外部流量10～15L/min；送丝速度：大于20cm/min。

焊前对待焊面进行丙酮擦洗，焊材采用砂纸打磨并进行丙酮擦拭，焊接过程中焊工采用小摆动焊接，电弧尽量指向焊丝，少熔化母材，焊道成凸型。焊后PT检测未发现热裂纹。

本发明所述的防止镍基焊材焊接奥氏体不锈钢产生热裂纹的焊接方法，通过对焊接工艺试验所获得的焊缝金属S含量的统计分析，明确得到了镍基焊材焊接奥氏体不锈钢产生热裂纹的焊缝金属S含量临界值0.013％，同时通过对焊接工艺参数和熔合比进行控制，确保焊缝金属的S含量小于0.013％，从而有效避免焊接热裂纹的产生。在焊接过程中，还应注意：(1)焊接过程中应仔细清理待焊面，确保无杂物和氧化物的存在；(2)由于镍基焊材形成的熔池较粘稠，焊工不可增加电流来改变熔池状态；(3)焊工可以采用合适的摆动技巧，可解决熔池粘稠的问题，并且可减少母材熔入量，减少熔合比；(4)焊工焊接时，焊道一定要做成凸型焊道；(5)焊工采用电弧热量少熔化母材、多熔化焊材的操作方式，以获得大的熔合比；(6)焊接中应确保引弧和收弧的质量，收弧的弧坑应填满；(7)在保证焊透和熔合情况良好的前提下，尽量采用小的焊接线能量，即采用较小焊接电流、较低电弧电压、较快的焊接速度；(8)打底焊和盖面焊时，应更加注意电弧指向焊材，少熔化母材。

Claims (2)

1.一种防止镍基焊材焊接奥氏体不锈钢产生热裂纹的焊接方法，其特征在于：该方法步骤如下：

(1)先采用下述公式计算确定不产生焊接热裂纹的最大熔合比X值，以控制焊缝金属中得S含量在0.013％以下：

$X<\frac{0.013-B}{A-B}$

式中X为熔合比；

    A为母材中的S含量；

    B为焊材中的S含量；

(2)焊接时，采用钨极氩弧焊，摆动焊接，焊道做成凸型焊道，焊接参数如下：

焊接电流：110～160A；

焊接电压：11.0～15.0V；

保护气体：纯Ar保护气，流量7～17L/min。

2.根据权利要求1所述的一种防止镍基焊材焊接奥氏体不锈钢产生热裂纹的焊接方法，其特征在于：在焊接前，对待焊面进行丙酮擦洗，焊材采用砂纸打磨并进行丙酮擦拭。