CN102941394B - 一种双相不锈钢的堆焊焊接方法 - Google Patents
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Abstract
一种双相不锈钢的堆焊焊接方法，包括以下步骤：A．整体预热，预热温度250～300℃，保温0.8～1.2小时；B．实施堆焊，焊接电流180～220A，焊接电压25～29V，焊接速度350～450mm/min，层间温度250～300℃；C．退火热处理，初始温度为200～300℃，逐步升至700～750℃后，保温1.8～2.5小时；D．将工件在炉内冷却至150℃以下后，出炉在空气中自然冷却至室温。本发明提供的双相不锈钢堆焊焊接方法，通过对焊接温度、焊后热处理温度等参数的合理选择，显著减少冷热裂纹，提高其韧性及可加工性能，用于升船机导向轮的双相不锈钢堆焊时，其各项性能指标均能满足要求。
Description
技术领域
本发明涉及一种双相不锈钢堆焊焊接方法，特别涉及一种用于对升船机导向轮的双相不锈钢堆焊方法，属于焊接技术领域。
背景技术
双相不锈钢是以铁素体和奥氏体为基体的合金材料，在其金属微观组织中，铁素体和奥氏体比例各占50%，故称之为双相不锈钢。与普通不锈钢相比，双相不锈钢的强度高、韧性好、综合力学优良，以及抗腐蚀性强，特别是在介质环境较为恶劣（如Cl-含量较高）的条件下，双相不锈钢的抗点蚀、抗隙蚀、抗应力腐蚀以及抗腐蚀疲劳性能均明显优于普通不锈钢，因而在石油、化工、船舶等领域，已越来越广泛采用在工件表面堆焊一层双相不锈钢的方法，来提高工件的力学性能和抗腐蚀性。
双相不锈钢的铁素体和奥氏体两种金相组织在一定温度下可相互转换，而其相比例改变将导致其综合力学性能发生改变，因而双相不锈钢脆性相的析出要比奥氏体不锈钢更加敏感。双相不锈钢的焊接温度和焊后热处理温度过高或过低，都将直接导致双相不锈钢的脆性增加，一方面加剧堆焊层的开裂，使堆焊开裂的这一质量通病更加难以克服，另一方面，脆性增加直接导致韧性和抗腐蚀性能的降低，从而失去双相不锈钢韧性好、耐腐蚀性强的优点。因此，双相不锈钢堆焊必须严格控制焊接温度和焊后热处理温度，以及相关焊接参数，包括：一是焊接温度和层间温度不能超过双相不锈钢的脆性转变温度，特别是层间温度需要时时监测并加以控制；二是焊后热处理消除应处理时，必须合理控制热处理温度和时间，避免因脆性相的析出导致韧性和耐腐蚀性，尤其是耐局部腐蚀性能的下降问题；三是合理设置焊接相关参数，包括焊接电流、电压、速度等，控制焊接线能量在合理范围，减少铁素体和奥氏体的转换，以保持双相不锈钢的合理相比例和综合力学性能。
作为三峡水利枢纽工程的主体设备之一的升船机，其导向轮由于承受较大荷载，且处于水体工作环境，需要具有较高的硬度、耐磨性和耐蚀性，因而通常在导向轮的环形表面堆焊一层双相不锈钢，其焊接方法通常采用药芯焊丝气体保护焊。现有技术对升船机导向轮的药芯焊丝气体保护焊，由于对焊接温度和温度、焊后热处理温度、热处理时间等相关焊接参数的选择不尽合理，使导向轮的双相不锈钢堆焊层极易产生冷裂纹、热裂纹、气孔和焊渣等工艺缺陷，并且存在堆焊层硬度过高、脆性大、可加工性能差等问题，严重影响升船机导向轮的使用。
发明内容
本发明针对现有双相不锈钢药芯焊丝气体保护焊存在的堆焊层易产生冷裂纹、热裂纹、气孔和焊渣等工艺缺陷，以及堆焊层硬度过高、脆性大、可加工性能差等缺陷与不足，提供一种双相不锈钢堆焊焊接方法，通过对焊接预热温度和层间温度、焊后热处理温度、热处理时间等焊接参数的合理选择，显著减少冷裂纹、热裂纹、气孔和焊渣等工艺缺陷，以及减小堆焊层硬度，提高其韧性及可加工性能，用于升船机导向轮的双相不锈钢堆焊，其各项性能指标完全满足导向轮的要求。
本发明为实现技术目的采用的技术方案是：
一种双相不锈钢的堆焊焊接方法，包括以下步骤：
A．对堆焊工件进行整体预热，预热温度为250～300℃，达到预热温度后保温0.8～1.2小时，工件厚度在40mm基础上每增加40mm、增加保温时间1小时；
B．对工件实施气体保护焊，保护气体为纯二氧化碳，焊接电流为180～220A，焊接电压为25～29V，焊接速度为350～450mm/min，层间温度为250～300℃；
C．焊接完成后，对工件进行退火热处理，热处理初始温度为200～300℃，逐步升至700～750℃后，保温1.8～2.5小时，堆焊厚度在10mm基础上、每增加10mm、增加保温时间2小时，工件厚度在40mm基础上、每增加40mm、增加保温时间1小时；
D．将退火热处理完成的工件在炉内冷却至150℃以下，然后出炉在空气中自然冷却至室温。
一种双相不锈钢的堆焊焊接方法，所述步骤B中，焊丝的干伸长度为15～25mm。
一种双相不锈钢的堆焊焊接方法，所述步骤B还包括B1：焊接时用测温仪测量焊接工件的层间温度，当层间温度低于250℃或高于300℃时，通过加热或冷却的方式调节至250～300℃之间。
一种对升船机导向轮的双相不锈钢的堆焊焊接方法，包括以下步骤：
A．对导向轮进行整体预热，预热温度为250～300℃，达到预热温度后保温0.8～1.2小时，工件厚度在40mm基础上每增加40mm、增加保温时间1小时；
B．对导向轮实施气体保护焊，保护气体为纯二氧化碳，焊接电流为180～220A，焊接电压为25～29V，焊接速度为350～450mm/min，层间温度为250～300℃；
C．焊接完成后，对导向轮进行退火热处理，热处理初始温度为200～300℃，逐步升至700～750℃后，保温1.8～2.5小时，堆焊厚度在10mm基础上每增加10mm、增加保温时间2小时，工件厚度在40mm基础上每增加40mm、增加保温时间1小时；
D．将退火热处理完成的导向轮在炉内冷却至150℃以下，然后出炉在空气中自然冷却至室温。
一种对升船机导向轮的双相不锈钢的堆焊焊接方法，所述步骤B中，焊丝的干伸长度为15～25mm。
一种对升船机导向轮的双相不锈钢的堆焊焊接方法，所述步骤B还包括B1：焊接时用测温仪测量导向轮的层间温度，当层间温度低于250℃或高于300℃时，通过加热或冷却的方式调节至250～300℃之间。
一种对升船机导向轮的双相不锈钢的堆焊焊接方法，所述步骤B中，焊接路线为在始焊部位先沿圆周方向堆焊一周后，再沿导向轮的圆周方向进行螺旋堆焊，最后在终焊部位沿圆周方向再堆焊一周。
一种对升船机导向轮的双相不锈钢的堆焊焊接方法，所述步骤B中，上下相邻两层堆焊层的焊道位置沿焊道宽度方向错开1/2焊道宽度。
与现有技术相比，本发明的特点是：
1．本发明采用焊前整体预热，预热温度和层间温度为250～300oC,且工件达到预热温度后仍在炉内保温0.8～1.2小时（工件厚度在40mm基础上每增加40mm增加保温时间1小时），以使工件内部也达到规定预热温度。在此区间的预热温度和层间温度，既保证工件具有足够的温度，防止堆焊层产生冷热裂纹，其温度又低于双相不锈钢的脆性转变温度，防止高温导致双相不锈钢的脆性相析出。
2．本发明焊接方法中焊接后的热处理温度为700～750℃，保温时间为1.8～2.5小时，焊后热处理温度低于现有技术的800～850℃，采用较低的热处理温度，并合理控制热处理时间，可减少双相不锈钢的脆性相析出，保证双相不锈钢堆焊层具有良好的韧性和耐蚀性。
3．本发明采用的药芯焊丝直径为Φ1.6mm，焊接电流180～220A，低于现有技术的260～300A，选用较小的焊接电流，可控制焊接线能量，避免形成局部过高的焊接温度和层间温度，防止双相不锈钢堆焊层的脆性析出。
4．本发明的焊接路线采用沿导向轮的柱面螺旋堆焊，与现有的焊接路线采用沿导向轮柱面母线进行的竖向多道堆焊相比，其单次焊接长度显著增加，能有效提高焊接质量；为防止在辊身两端出现“缺肉”现象，在管坯表面的两端（即始焊部位和终焊部位）先沿圆周方向堆焊一周；并且上下相邻两层堆焊层的焊道位置沿焊道宽度方向错开1/2焊道宽度，保证各堆焊层间硬度的均匀性。
5．本发明的焊接方法中，焊丝干伸长度为15～25mm，大于现有焊接方法中焊丝干伸长度10～20mm，较大的焊丝干伸长度能够保证焊丝的溶融、硬化过程完全在保护气体氛围内完成，确保焊接质量。
具体实施方式
以下结合具体实施方式对本发明作进一步说明。
本发明的双相不锈钢堆焊方法，选用一种2Cr17Mo1的药芯焊丝，德国（DIN8556）焊丝，牌号1.4115，焊丝成分如下表：
| 牌号 | C | Si | Mn | P | S | Cr | Mo | Ni |
| 1.4115 | ≤0.25% | ≤1% | ≤1.5% | ≤0.03% | ≤0.025% | 15~`18% | 0.5~1.5% | ≤1% |
本发明的双相不锈钢堆焊，选择CO2气体保护焊（FCAW），保护气体成分定为100%CO2。
本发明的双相不锈钢的堆焊焊接方法，包括以下步骤：
A．对堆焊工件进行整体预热，预热温度为250～300℃，达到预热温度后保温0.8～1.2小时，工件厚度在40mm基础上每增加40mm、增加保温时间1小时。
B．对工件实施双相不锈钢气体保护焊，保护气体为纯二氧化碳，焊接电流为180～220A，焊接电压为25～29V，焊接速度为350～450mm/min，层间温度为250～300℃。
步骤B中，焊丝直径一般选用1.6mm。步骤B中，优选将焊丝干伸长度设为15～25mm，以确保焊丝的融溶、硬化全完全在保护气体氛围内。步骤B中，还可以在焊接时用测温仪测量工件的层间温度，当层间温度低于250℃或高于300℃时，通过加热或冷却的方式调节至250～300℃之间。测量温度工具优选使用接触式测温仪，在工件表面中心以及两端面进行测温来加以确定。
C．焊接完成后，对工件进行退火热处理，热处理初始温度为200～300℃，逐步升至700～750℃后，保温1.8～2.5小时，堆焊厚度在10mm基础上每增加10mm、增加保温时间2小时，工件厚度在40mm基础上每增加40mm、增加保温时间1小时。
D．将退火热处理完成的工件进行冷却，首先在炉内冷却至150℃以下后，出炉在空气中自然冷却至室温。
本发明的对升船机导向轮的双相不锈钢的堆焊焊接方法，包括以下步骤：
A．对导向轮进行整体预热，预热温度为250～300℃，达到预热温度后保温0.8～1.2小时，工件厚度在40mm基础上每增加40mm、增加保温时间1小时。
B．对导向轮实施双相不锈钢气体保护焊，保护气体为纯二氧化碳，焊接电流为180～220A，焊接电压为25～29V，焊接速度为350～450mm/min，层间温度为250～300℃。
步骤B中，焊丝直径一般选用1.6mm。步骤B中，优选将焊丝干伸长度设为15～25mm，以确保焊丝的融溶、硬化完全在保护气体氛围内。步骤B中，还可以在焊接时用测温仪测量导向轮的层间温度，当层间温度低于250℃或高于300℃时，通过加热或冷却的方式调节至250～300℃之间。测量温度工具优选使用接触式测温仪，在堆焊管表面中心以及管坯两端面进行测温来加以确定。
C．焊接完成后，对导向轮进行退火热处理，热处理初始温度为200～300℃，逐步升至700～750℃后，保温1.8～2.5小时，堆焊厚度在10mm基础上每增加10mm、增加保温时间2小时，工件厚度在40mm基础上每增加40mm、增加保温时间1小时。
D．将退火热处理完成的导向轮进行冷却，首先在炉内冷却至150℃以下后，出炉在空气中自然冷却至室温。
本发明的对升船机导向轮的双相不锈钢的堆焊焊接方法，焊接路线优选沿导向轮的圆周方向螺旋进行，具体焊接路线为：在始焊部位先沿圆周方向堆焊一周后，再沿导向轮的圆周方向进行螺旋堆焊，最后在终焊部位沿圆周方向再堆焊一周。与现有的焊接路线采用沿导向轮柱面母线进行的竖向多道堆焊相比，其单次焊接长度显著增加，能有效提高焊接质量。
本发明的对升船机导向轮的双相不锈钢的堆焊焊接方法，还可以设置上下相邻两层堆焊层的焊道位置沿焊道宽度方向错开1/2焊道宽度，以保证各堆焊层间硬度的均匀性。
焊接过程中，为防止堆焊层出现夹渣、气孔、裂纹等焊接缺陷，需加强焊渣的清理及检查工作，确保每层焊道无焊渣残留现象，同时加强焊道表面的气孔、裂纹的检查工作，一旦发现有局部夹渣、气孔、裂纹等焊接缺陷，应用手动砂轮机磨削缺陷，确认缺陷已完全清除后，方可在缺陷处继续连续堆焊。
经实验，采用本发明的双相不锈钢的堆焊焊接方法对升船机导向轮的实施堆焊，其焊接工艺评定结果如下：焊缝表面成型均匀、无裂纹，无明显的焊瘤和咬边等缺陷；100%渗透检测，满足JB4730-2005 II级合格；100%UT探伤，满足JB/T4730-2005Ⅰ级合格；硬度试验HB269及HB265；化学成分检查满足1.4115成分要求；宏观金相显示为铁素体加奥氏体双相不锈钢；韧性和耐蚀性强，硬度适中、可加工性好，其各项性能指标完全满足升船机导向轮的特殊要求。
Claims (8)
1.一种双相不锈钢的堆焊焊接方法，其特征在于包括以下步骤：
A．对堆焊工件进行整体预热，预热温度为250～300℃，达到预热温度后再保温0.8～1.2小时，工件厚度在40mm基础上每增加40mm、增加保温时间1小时；
B．对工件实施气体保护焊，保护气体为纯二氧化碳，焊接电流为180～220A，焊接电压为25～29V，焊接速度为350～450mm/min，层间温度为250～300℃；
C．焊接完成后，对工件进行退火热处理，热处理初始温度为200～300℃，逐步升至700～750℃后，保温1.8～2.5小时，堆焊厚度在10mm基础上每增加10mm、增加保温时间2小时，工件厚度在40mm基础上每增加40mm、增加保温时间1小时；
D．将退火热处理完成的工件在炉内冷却至150℃以下，然后出炉在空气中自然冷却至室温。
2.根据权利要求1所述的一种双相不锈钢的堆焊焊接方法，其特征在于：所述步骤B中，焊丝的干伸长度为15～25mm。
3.根据权利要求1所述的一种双相不锈钢的堆焊焊接方法，其特征在于所述步骤B还包括B1：
B1．焊接时用测温仪测量焊接工件的层间温度，当层间温度低于250℃或高于300℃时，通过加热或冷却的方式调节至250～300℃之间。
4.一种对升船机导向轮的双相不锈钢的堆焊焊接方法，其特征在于包括以下步骤：
A．对导向轮进行整体预热，预热温度为250～300℃，达到预热温度后保温0.8～1.2小时，工件厚度在40mm基础上每增加40mm、增加保温时间1小时；
B．对导向轮实施气体保护焊，保护气体为纯二氧化碳，焊接电流为180～220A，焊接电压为25～29V，焊接速度为350～450mm/min，层间温度为250～300℃；
C．焊接完成后，对导向轮进行退火热处理，热处理初始温度为200～300℃，逐步升至700～750℃后，保温1.8～2.5小时，堆焊厚度在10mm基础上每增加10mm、增加保温时间2小时，工件厚度在40mm基础上每增加40mm、增加保温时间1小时；
D．将退火热处理完成的导向轮在炉内冷却至150℃以下，然后出炉在空气中自然冷却至室温。
5.根据权利要求4所述的一种对升船机导向轮的双相不锈钢的堆焊焊接方法，其特征在于：所述步骤B中，焊丝的干伸长度为15～25mm。
6.根据权利要求4所述的一种对升船机导向轮的双相不锈钢的堆焊焊接方法，其特征在于所述步骤B还包括B1：
B1．焊接时用测温仪测量导向轮的层间温度，当层间温度低于250℃或高于300℃时，通过加热或冷却的方式调节至250～300℃之间。
7.根据权利要求4所述的一种对升船机导向轮的双相不锈钢的堆焊焊接方法，其特征在于：所述步骤B中，焊接路线为在始焊部位先沿圆周方向堆焊一周后，再沿导向轮的圆周方向进行螺旋堆焊，最后在终焊部位沿圆周方向再堆焊一周。
8.根据权利要求4所述的一种对升船机导向轮的双相不锈钢的堆焊焊接方法，其特征在于：所述步骤B中，上下相邻两层堆焊层的焊道位置沿焊道宽度方向错开1/2焊道宽度。
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|---|---|---|---|
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| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |