CN104785902A - 一种奥氏体不锈钢焊接工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种奥氏体不锈钢的焊接方法，采用在焊缝背部吹高纯氮气来取代以往氩弧焊在焊接时焊缝背部充氩气的方式来完成奥氏体不锈钢的打底焊。对于厚度在20mm以上的母材，在打底焊结束后采用其他的如电弧焊等焊接方式来完成后面的焊接工作。本发明通过严格控制操作规程，最终可以获得采用全氩气保护的氩弧焊焊接效果。由于氮气来源广泛、无污染、制备简单、成本低，因此采用本发明来对奥氏体不锈钢进行焊接可以有效的节约焊接的费用。

Description

一种奥氏体不锈钢焊接工艺
技术领域
本发明涉及一种焊接工艺，特别是涉及一种奥氏体不锈钢的氩弧焊焊接工艺。
背景技术
奥氏体不锈钢，是指在常温下具有奥氏体组织的不锈钢。钢中含Cr约18％、Ni 8％～10％、C约0.1％时，具有稳定的奥氏体组织。奥氏体铬镍不锈钢包括著名的18Cr-8Ni钢和在此基础上增加Cr、Ni含量并加入Mo、Cu、Si、Nb、Ti等元素发展起来的高Cr-Ni系列钢。奥氏体不锈钢无磁性而且具有高韧性和塑性，但强度较低，不可能通过相变使之强化，仅能通过冷加工进行强化，如加入S，Ca，Se，Te等元素，则具有良好的易切削性。
氩气为惰性气体，为单原子结构，它不与焊缝金属起化学作用，密度比空气要大，因此使用时不易飘散，所以是一种理想的保护气体。氩气的热导率小，高温时不分解吸热，电弧在氩气中燃烧时热量损失少，电离热低，故在各类气体保护焊中氩气保护焊的电弧燃烧稳性最好。特别在熔化极氩弧焊时焊丝金属很易呈稳定的轴向射流过渡，且飞溅小。在熔化焊时得到广泛的应用。在理论上，一般认为在氩弧焊时氩气保护可隔绝空气中氮气、氧气、氢气，以防止这些气体对电弧和熔池产生不良的影响，也可以防止合金元素的烧损，这样可以得到致密、无水溅、质量高的焊接接头。
但是在现实的应用中，当需要焊接大型或特大型的不锈钢件时，需要消耗大量的氩气来进行保护。由于氩气的制备工艺复杂，成本高，使得焊接的成本上升，应用受到限制。
发明内容
本发明的目的是针对奥氏体不锈钢进行氩弧焊时，提供一种使用氮气进行 背面保护的焊接工艺。
为此，本发明的工艺步骤为：
1.1焊前准备工作：清除坡口及其坡口边母材两侧表面20mm范围内的油污及有害杂质，并使焊接部位及周边区域显露金属光泽，钝边厚度为1-2mm；焊缝坡口形状的选择：坡口夹角为60°-70°的V形坡口或者坡口夹角为20-30°的U形坡口；
1.2母材组对装配阶段：母材组对间隙为2-3mm，母材内表面错边量为小于2mm，V形坡口的母材厚度为4-20mm，U形坡口的母材厚度为20-60mm；
1.3充气保护阶段：焊缝背部呈封闭状态，只留有进气口和排气口，并对焊缝采取密封措施，并通过进气口向焊缝背部充高纯氮气来置换焊缝背部的空气，焊缝正面采用高纯氩气进行保护，焊缝背部氮气流量为15-20L/min，焊缝正面氩气流量为12-15L/min，所述高纯氮气和高纯氩气的纯度均为99.999％。；
1.4焊接阶段：当焊缝背部的氮气浓度大于等于99.5％时开始进行焊接，焊接采用多层多道焊接方法，在后道焊接时前道焊缝的温度控制在150℃以内，焊丝型号为ER308L,焊丝直径为2-2.5mm，焊接电压为16-22V，焊接电流为90-130A，焊接速度为80-100mm/min；采用V形坡口的厚度在20mm以内的母材焊接时，施焊两层后停止往焊缝的背部供应氮气，正面氩气持续稳定的供应直到焊接完成；对于采用U形坡口的厚度在20mm以上的母材焊接时，施焊两层后停止往焊缝的背部供应氮气，正面氩气持续稳定的供应直到焊接完成。
作为进一步的改进，在步骤1.4中当对于采用U形坡口的厚度在20mm以上的母材焊接时，施焊两层后停止往焊缝的背部供应氮气，然后将焊缝正面上的焊道浮渣清理干净后，在焊道温度下降到150℃以下时，停止正面供应的氩气，采用电弧焊等方法来完成后面的焊接。
作为进一步的改进，所述氮气和氩气的纯度为99.99％。
通过采用氮气作为背部保护气的焊接工艺，可以基本达到全氩气保护的焊接效果；同时在焊接过程中采用了价格相对氩气更为低廉的氮气，是的焊接成 本显著下降。特别是在焊接大型或特大型奥氏体不锈钢件时，由于氮气来源广、无污染、成本低，其经济效益更加明显。
附图说明
图1是本发明奥氏体不锈钢焊接工艺的焊接件的V形坡口及焊层分布示意图；
图2是本发明奥氏体不锈钢焊接工艺的焊接件的U形坡口及焊层分布示意图。
具体实施方式
下面对照附图，通过对实施例的描述，对本发明的具体实施方式中所涉及的各构件的形状、构造、各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及工作原理等作进一步的详细说明。
实施例1
参照附图1
不锈钢薄板材质06Cr19Ni10，厚度为10mm，焊丝型号为ER308L，采用V形坡口。采用如下步骤和工艺参数制作：
1)通过机加工方式在不锈钢接口处加工出坡口，用丙酮清除坡口及其坡口边母材两侧表面20mm范围内的油污及有害杂质，并使焊接部位及周边区域显露金属光泽。烘干坡口及周边区域，不残留水分。
2)焊缝坡口形状的选择：坡口夹角为60°的V形坡口，钝边厚度为2mm，并消除毛刺。
3)母材组对间隙为2mm，母材内表面错边量为小于2mm。
4)焊缝背面采用密闭措施，只开设进气口和出气口，焊缝背面采用99.999％的高纯氮气，其流量为17L/min；焊缝正面采用99.999％的高纯氩气来进行保护，其流量为13L/min。当出气口采集的气体中氮气的浓度达到99.5％时，开始进行 焊接。
4)先进行点焊，以保持两焊接薄板的位置固定。焊接工艺采用多层多道焊，焊丝直径采用2.0mm和2.5mm两种规格进行焊接。在后道焊接时前道焊缝的温度应控制在150℃以内，即层间温度控制在小于等于150℃。在焊接前两层焊层时，采用直径为2.0mm的焊丝，并持续不断的供应高纯氮气，电流设置在90-110A、电压设置在16-22V的范围内，焊接速度设计在80-90mm/min。在焊接完前两层焊层后，焊丝改用直径为2.5mm的焊丝，并停止通高纯氮气。此时的焊接电流为100-120A、电压为17-22V，焊接速度为80-100mm/min，正面的高纯氩气持续供应不中断。每层焊缝在焊接完成后，要对焊缝进行必要的处理，如打磨等。在焊接过程中还要根据不同焊缝实时的调节各种焊接参数，以满足焊接的质量。
表1 焊接20mm以内的奥氏体不锈钢的焊接工艺参数
焊接质量检测：
1)液体渗透检测实验
表面状态：原始状态；渗透剂种类：溶剂去除型；检验区域：焊缝及热影响区；试片型号：B型试块/B型镀铬试块；合格级别：I级；环境温度：30°±10°；光照强度：500lx左右；渗透时间：15min；显像时间：7-30min；试剂级别：大于等于1级。
检测结果：合格。
2)射线检测试验 
材料06Cr19Ni10，厚度为10mm；设备型号：XXQ-2505型；检测标准：JB/T4730-2005；焦点尺寸：2.0×2.0mm；胶片牌号：KODAK AA400；像质剂 线径号：10FEJB；增感方式：Pb 0.03mm×2；显影条件：时间：4min、温度：20℃；透照方式：单壁单影；能量kv：160；焦距mm：600；曝光时间min：1.8。
检测结构：合格。
实施例2
参照附图2
不锈钢薄板材质022Cr17Ni12Mo2，厚度为30mm，焊丝型号为ER316L，采用U形坡口。采用如下步骤和工艺参数制作：
1)通过机加工方式在不锈钢接口处加工出坡口，用丙酮清除坡口及其坡口边母材两侧表面20mm范围内的油污及有害杂质，并使焊接部位及周边区域显露金属光泽。烘干坡口及周边区域，不残留水分。
2)焊缝坡口形状的选择：坡口夹角为30°的U形坡口，钝边厚度为2mm，并消除毛刺。
3)母材组对间隙为2mm，母材内表面错边量为小于2mm。
4)焊缝背面采用密闭措施，只开设进气口和出气口，焊缝背面采用99.99％的高纯氮气，其流量为17L/min；焊缝正面采用99.99％的高纯氩气来进行保护，其流量为13L/min。当出气口采集的气体中氮气的浓度达到99.5％时，开始进行焊接。
5)先进行点焊，以保持两焊接板的位置固定。焊接工艺采用多层多道焊，焊丝直径采用2.0mm和4.0mm两种规格进行焊接。在后道焊接时前道焊缝的温度应控制在150℃以内，即层间温度控制在小于等于150℃。在焊接前两层焊层时，采用直径为2.0mm的焊丝，并持续不断的供应高纯氮气。第一道焊缝电流设置在90-110A、电压设置在16-22V的范围内，焊接速度设计在80-90mm/min。在焊接完第一层焊层后，焊接电流调整为100-120A、电压为17-22V，焊接速度为80-100mm/min，背面的高纯氮气和正面的高纯氩气持续供应不中断。在焊接完第二层后，选用直径为4.0mm的焊丝进行焊接，并停止供应背面的高纯氮气 和正面的高纯氩气。在焊接第三、四、五、六层时，设置的焊接电流大小设置在110-130A的范围之内；焊接电压设置在17-22V的范围之内；焊接速度设置为180-240mm/min之内。在焊接最后两层时，焊接电压设置在18-23V之内；焊接电流设置在120-140A之内；焊接速度设置在180-240mm/min。每层焊缝在焊接完成后，要对焊缝进行必要的处理，如打磨等。
焊接质量检测：
1)液体渗透检测试验
表面状态：原始状态；渗透剂种类：溶剂去除型；检验区域：焊缝及热影响区；试片型号：B型试块/B型镀铬试块；合格级别：I级；环境温度：30°±10°；光照强度：500lx左右；渗透时间：15min；显像时间：7-30min；试剂级别：大于等于1级。
检测结果：合格。
2)射线检测试验 
材料022Cr17Ni12Mo2，厚度30mm；设备型号：XXQ-2505型；检测标准：JB/T4730-2005；焦点尺寸：2.0×2.0mm；胶片牌号：KODAK AA400；像质剂线径号：10FEJB；增感方式：Pb 0.03mm×2；显影条件：时间：4min、温度：20℃；透照方式：单壁单影；能量kv：230；焦距mm：600；曝光时间min：2.5。
检测结构：合格。
表2 焊接20mm以上的奥氏体不锈钢的焊接工艺参数

Claims (3)

1.一种奥氏体不锈钢焊接工艺，其特征在于，是通过填充氮气来来作为氩弧焊的背面保护气，其焊接工艺为：
1.1焊前准备工作：清除坡口及其坡口边母材两侧表面20mm范围内的油污及有害杂质，并使焊接部位及周边区域显露金属光泽，钝边厚度为1-2mm；焊缝坡口形状的选择：坡口夹角为60°-70°的V形坡口或者坡口夹角为20-30°的U形坡口；
1.2母材组对装配阶段：母材组对间隙为2-3mm，母材内表面错边量为小于2mm，V形坡口的母材厚度为4-20mm，U形坡口的母材厚度为20-60mm；
1.3充气保护阶段：焊缝背部呈封闭状态，只留有进气口和排气口，并对焊缝采取密封措施，并通过进气口向焊缝背部充高纯氮气来置换焊缝背部的空气，焊缝正面采用高纯氩气进行保护，焊缝背部氮气流量为15-20L/min，焊缝正面氩气流量为12-15L/min，所述高纯氮气和高纯氩气的纯度均为99.999％；
1.4焊接阶段：当焊缝背部的氮气浓度大于等于99.5％时开始进行焊接，焊接采用多层多道焊接方法，在后道焊接时前道焊缝的温度控制在150℃以内，焊丝型号为ER308L,焊丝直径为2-2.5mm，焊接电压为16-22V，焊接电流为90-130A，焊接速度为80-100mm/min；采用V形坡口的厚度在20mm以内的母材焊接时，施焊两层后停止往焊缝的背部供应氮气，正面氩气持续稳定的供应直到焊接完成；对于采用U形坡口的厚度在20mm以上的母材焊接时，施焊两层后停止往焊缝的背部供应氮气，正面氩气持续稳定的供应直到焊接完成。
2.如权利要求1所述的奥氏体不锈钢焊接工艺，其特征在于：在步骤1.4中当对于采用U形坡口的厚度在20mm以上的母材焊接时，施焊两层后停止往焊缝的背部供应氮气，然后将焊缝正面上的焊道浮渣清理干净后，在焊道温度下降到150℃以下时，停止正面供应的氩气，采用电弧焊等方法来完成后面的焊接。
3.如权利要求1或2所述的奥氏体不锈钢焊接工艺，其特征在于：所述氮气和氩气的纯度为99.99％。
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