CN103521886B - 用于不锈钢单面焊双面成型的焊接方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种用于不锈钢单面焊双面成型的焊接方法，该方法包括以下步骤：1）不锈钢板坡口采用单边V型坡口，坡口角度为60°，坡口间隙为4mm；坡口背面贴陶瓷衬垫；2）坡口正面用带药皮的自保护氩弧焊丝进行氩弧焊打底，然后焊条电弧焊填充盖面；所述氩弧焊焊接工艺参数为焊接电流125～130A，电弧电压12～14V，焊接速度14cm/min、焊接热输入量8KJ/cm；所述焊条电弧焊的工艺参数为焊接电流150～160A，电弧电压22～24V，焊接速度8cm/min、焊接热输入量25KJ/cm，焊条烘焙制度为350℃×2h。本方法得到的焊接接头背面成型优良，焊接接头各区域具有较高的冲击韧性储备及安全富裕度。
Description
技术领域
本发明涉及钢铁焊接领域，尤其是涉及一种用于不锈钢单面焊双面成型的焊接方法。
背景技术
S30408奥氏体不锈钢具有全面的和良好的综合性能，在各行各业中得到广泛的应用，尤其是近几年用于建造低温深冷的LNG储罐。
S30408不锈钢导热系数小，热膨胀系数大，焊接过程中的大量输入易导致焊接变形，接头部位产生较大的内应力；当焊缝在400～485℃停留时间过长，易造成焊接区Cr与C反应，造成贫Cr，形成晶间腐蚀。传统的焊接方法为焊条电弧焊，正面焊完后反面再采用碳弧气刨清根，气刨过程中不仅有大量的热输入还会对焊缝渗碳，后期需要大量时间打磨焊缝去除渗碳层。若采用双人同步氩弧焊工艺虽能减小变形和避免清根，但焊接过程中投入的设备、人工，以及气体等辅材均造成成本过高。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种能保证不锈钢焊接接头质量的用于不锈钢单面焊双面成型的焊接方法。
本发明为解决上述技术问题所采取的技术方案为：
用于不锈钢单面焊双面成型的焊接方法，该方法包括以下步骤：
1）不锈钢板的坡口采用单边V型坡口，坡口角度为60°，坡口间隙为4mm；坡口背面贴陶瓷衬垫；
2）坡口正面用氩弧焊丝进行氩弧焊打底，然后焊条电弧焊填充盖面；所述氩弧焊焊接工艺参数为焊接电流125～130A，电弧电压12～14V，焊接速度14cm/min、焊接热输入量8KJ/cm；所述焊条电弧焊的工艺参数为焊接电流150～160A，电弧电压22～24V，焊接速度8cm/min、焊接热输入量25KJ/cm，焊条烘焙制度为350℃×2h。
上述方案中，所述步骤2）中的氩弧焊丝的型号为ER308L，其成分如下：C≤0.03%，0.30%≤Si≤0.65%，1.0%≤Mn≤2.50%，P≤0.025%，S≤0.015%，9.0%≤Ni≤11.0%，19.5%≤Cr≤22.0%，Mo≤0.75%，Cu≤0.75%，其他合金元素总量≤1.50%，余量为Fe及不可避免的杂质。
上述方案中，所述步骤2）中所采用的焊条型号为E308L-16，其成分如下：C≤0.04%，Si≤0.9%，0.5%≤Mn≤2.50%，P≤0.030%，S≤0.020%，9.0%≤Ni≤11.0%，Mo≤0.75%，18.0%≤Cr≤21.0%，Cu≤0.75%，其他合金元素总量≤1.50%，余量为Fe及不可避免的杂质，扩散氢含量水银法小于5ml/100g。
上述方案中，所述焊条的熔敷金属的力学性能：抗拉强度Rm≥520MPa；屈服强度Rel≥250MPa；延伸率A≥35%；-196℃冲击功：Akv≥31J。
上述方案中，所述S30408不锈钢钢板的化学组份及质量百分比满足以下条件：C≤0.08%，Si≤0.75%，Mn≤2.0%，P≤0.035%，S≤0.020%，N≤0.10%，18.0%≤Cr≤20.0%，8.0%≤Ni≤10.50%，余量为Fe及不可避免的杂质。
上述方案中，所述S30408不锈钢钢板的力学性能满足：屈服强度Rel≥205MPa；抗拉强度Rm≥520MPa；延伸率A≥40%；布氏硬度HBS≤201。
上述方案中，所述氩弧焊采用带药皮的自保护氩弧焊丝填充，焊条电弧焊采用多层多道焊接，层间温度控制在不超过150℃。
本工艺方法经过多次试验验证，采用焊缝背面贴陶瓷衬垫，正面用带药皮的自保护氩弧焊丝进行氩弧焊打底，然后焊条电弧焊填充盖面的方法，能实现不锈钢单面焊双面成型，不仅避免了碳弧气刨清根，还能大大节省成本，可作推广使用。
与现有技术相比，本发明取得的技术效果是：
1）本发明方法通过多次试验，在坡口背面未进行充氩保护的情况下，能实现S30408不锈钢单面焊双面成型，陶瓷衬垫侧焊缝成型美观，无气孔、夹渣等缺陷。
2）该方法适用范围广，可用于S30408不锈钢的平、立、横位置的焊接，适用于储罐和球罐。
3）本发明方法在是施焊不锈钢时，不需进行背面清根，能有效的降低焊接变形和渗碳，其接头的低温韧性远远大于技术指标要求。
4）本方法可作为其他奥氏体不锈钢焊接工艺的参考。
本发明方法通过多次试验证明本焊接工艺方法能减小焊接变形。其次，采用所述方法焊接S30408钢板，焊接接头背面成型优良，焊接接头各区域具有较高的冲击韧性储备及安全富裕度。
附图说明
图1为本发明实施例1提供的坡口的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述，当然下述实施例不应理解为对本发明的限制。
实施例1
本实施例提供一种用于S30408不锈钢单面焊双面成型的焊接方法，该方法包括以下步骤：
1）坡口采用单边V型坡口，坡口角度为60°，坡口间隙为4mm；坡口背面采用陶瓷衬垫1；
2）坡口正面用带药皮的自保护氩弧焊丝进行氩弧焊打底，然后焊条电弧焊填充盖面；所述氩弧焊焊接工艺参数为焊接电流125～130A，电弧电压12～14V，焊接速度14cm/min、焊接热输入量8KJ/cm；所述焊条电弧焊的工艺参数为焊接电流150～160A，电弧电压22～24V，焊接速度8cm/min、焊接热输入量25KJ/cm，焊条烘焙制度为350℃×2h。
所述步骤2）中所采用的焊条型号为E308L-16，其成分如下：C≤0.04%，Si≤0.9%，0.5%≤Mn≤2.50%，P≤0.030%，S≤0.020%，9.0%≤Ni≤11.0%，Mo≤0.75%，18.0%≤Cr≤21.0%，Cu≤0.75%。其他合金元素总量≤1.50%，余量为Fe及不可避免的杂质，扩散氢含量（水银法）小于5ml/100g。
所述步骤2）中的自保护氩弧焊丝的型号为ER308L，其成分如下：C≤0.03%，0.30%≤Si≤0.65%，1.0%≤Mn≤2.50%，P≤0.025%，S≤0.015%，9.0%≤Ni≤11.0%，19.5%≤Cr≤22.0%，Mo≤0.75%，Cu≤0.75%。其他合金元素总量≤1.50%，余量为Fe及不可避免的杂质。
所述S30408不锈钢在焊接前不需要预热，只需去除不锈钢板表面水分即可。
下面对该焊接工艺方法中的工艺参数进行具体说明：
1）层间温度：
本实施例中采用14mm等厚的S30408不锈钢进行焊接，其试验用的S30408的化学成分C：0.04%，Si：0.40%，Mn：1.11%，P：0.033%，S：0.001%，Cr：18.01%，Mo：0.0584%，Cu：0.0512%，N：0.054%，Ni：8.04%，余量为Fe及不可避免的杂质。不锈钢焊接过程中要尽量减少高温停留时间，一般焊前不需要预热，层温要严格控制在150℃以下。
2）焊接材料：
本发明选用焊接材料为带药皮的自保护氩弧焊丝和E308L-16的焊条，氩弧焊丝的成分满足C：0.019%，Si：0.49%，Mn：1.83%，P：0.015%，S：0.001%，Ni：9.6%，Cr：19.68%，Mo：0.01%，Cu：0.12%，其他合金元素总量≤1.50%，-196℃冲击功：Akv≥31J。焊条的成分满足C：0.035%，Si：0.38%，Mn：0.85%，P：0.014%，S：0.004%，Ni：10.6%，Cr：18.5%，Mo：0.16%，Cu：0.02%，其他合金元素总量≤1.50%，焊条的熔敷金属力学性能要满足：抗拉强度Rm520MPa；延伸率A≥35%；-196℃冲击功：Akv≥31J。
3)坡口采用单边V型坡口（如图1所示），坡口角度为60°，坡口间隙为4mm，所述材料的厚度14mm。
4）焊接工艺参数：选择焊接工艺参数，焊缝中心、热影响区处-196℃冲击功AKv≥31J的焊接热输入量的控制范围是：≤30KJ/cm；施焊时不预热，层间温度控制在≤150℃。氩弧焊焊接工艺参数为焊接电流125～130A，电弧电压12～14V，焊接速度14cm/min、焊接热输入量8KJ/cm；焊条电弧焊的工艺参数为焊接电流150～160A，电弧电压22～24V，焊接速度8cm/min、焊接热输入量25KJ/cm，焊条烘焙制度为350℃×2h。焊条电弧焊采用多层多道连续施焊，直至焊缝填满为止。
5）试验结果：经对采用上述方法焊接的S30408不锈钢对接接头进行力学性能检验，其试验结果：抗拉强度Rm：564MPa，冷弯d=4a，180°合格。-196℃冲击功：焊缝中心Akv2：39，50，40J；热影响区Akv2：70，72.5，77.5J。
对比例1
对比例1与实施例1大致相同，不同之处在于选用氩弧焊丝不同。对比例1选用的氩弧焊丝为普通的实心焊丝。
对比例1得到的焊接接头背面氧化严重，出现大量气孔夹渣缺陷。
对比例2
对比例2与实施例1大致相同，不同之处在于选用坡口的间隙不同。对比例1坡口间隙为2mm。
对比例1得到的焊接接头背面未完全焊透，余高超标。
对比例3
对比例3与实施例1大致相同，不同之处在于选用的焊条电弧焊的工艺参数不同，具体为：焊接电流180～200A，电弧电压26～30V，焊接速度8cm/min，焊接热输入量45KJ/cm，焊条烘焙制度为350℃×2h。
对比例4
对比例4与实施例1大致相同，不同之处在于选用的层间温度不同，具体为：对比例4的层间温度为300℃。
对比例3和对比例4得到的不锈钢接头抗拉强度的测试结果如表1所示。
表1
由表1可以看出，对比例3中，焊缝强度和本发明相当，对比例4中，强度偏低，但两个对比例的焊缝和热影响区低温冲击韧性偏低，尤其是焊缝中心无法满足设计使用要求。
需要说明的是，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (7)
1.用于不锈钢单面焊双面成型的焊接方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
1)不锈钢板的坡口采用单边V型坡口，坡口角度为60°，坡口间隙为4mm；坡口背面贴陶瓷衬垫；
2)坡口正面用氩弧焊丝进行氩弧焊打底，然后焊条电弧焊填充盖面；所述氩弧焊焊接工艺参数为焊接电流125～130A，电弧电压12～14V，焊接速度14cm/min、焊接热输入量8KJ/cm；所述焊条电弧焊的工艺参数为焊接电流150～160A，电弧电压22～24V，焊接速度8cm/min、焊接热输入量25KJ/cm，焊条烘焙制度为350℃×2h。
2.如权利要求1所述的焊接方法，其特征在于，所述步骤2)中的氩弧焊丝的型号为ER308L，其成分如下：C≤0.03％，0.30％≤Si≤0.65％，1.0％≤Mn≤2.50％，P≤0.025％，S≤0.015％，9.0％≤Ni≤11.0％，19.5％≤Cr≤22.0％，Mo≤0.75％，Cu≤0.75％，其他合金元素总量≤1.50％，余量为Fe及不可避免的杂质。
3.如权利要求1所述的焊接方法，其特征在于，所述步骤2)中所采用的焊条型号为E308L-16，其成分如下：C≤0.04％，Si≤0.9％，0.5％≤Mn≤2.50％，P≤0.030％，S≤0.020％，9.0％≤Ni≤11.0％，Mo≤0.75％，18.0％≤Cr≤21.0％，Cu≤0.75％，其他合金元素总量≤1.50％，余量为Fe及不可避免的杂质，扩散氢含量水银法小于5ml/100g。
4.如权利要求3所述的焊接方法，其特征在于，所述焊条的熔敷金属的力学性能：抗拉强度Rm≥520MPa；屈服强度Rel≥250MPa；延伸率A≥35％；-196℃冲击功：Akv≥31J。
5.如权利要求1所述的焊接方法，其特征在于，所述不锈钢板的化学组份及质量百分比满足以下条件：C≤0.08％，Si≤0.75％，Mn≤2.0％，P≤0.035％，S≤0.020％，N≤0.10％，18.0％≤Cr≤20.0％，8.0％≤Ni≤10.50％，余量为Fe及不可避免的杂质。
6.如权利要求1所述的焊接方法，其特征在于，所述不锈钢板的力学性能满足：屈服强度Rel≥205MPa；抗拉强度Rm≥520MPa；延伸率A≥40％；布氏硬度HBS≤201。
7.如权利要求1所述的焊接方法，其特征在于，所述氩弧焊采用带药皮的自保护氩弧焊丝填充，焊条电弧焊采用多层多道焊接，层间温度控制在不超过150℃。
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