CN106077912A - 一种复杂黄铜复合钢板未结合区补焊方法 - Google Patents

一种复杂黄铜复合钢板未结合区补焊方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种复杂黄铜复合钢板未结合区补焊方法，采用惰性气体保护焊的焊接方法，惰性气体采用氩气与氦气的混合气，既提高了电弧的热效应，又可降低复杂黄铜复合钢板的预热温度，提高热效率，从而降低了操作工人的劳动强度，与纯氦气相比，又在一定程度上降低了生产成本；在复杂黄铜与基层钢板之间焊接过渡层，可有效防止基层钢板成分对复层焊缝金属的不利影响，以保证接头质量和性能；本发明过渡层及盖面层所选用的焊接材料中的Al和Si元素可以抑制复杂黄铜中锌的蒸发，保证了复杂黄铜性能的同时又保障了操作工人的身体健康。

Description

一种复杂黄铜复合钢板未结合区补焊方法
技术领域
本发明涉及换热器管束装置技术领域，具体的说是一种复杂黄铜复合钢板未结合区补焊方法。
背景技术
纯铜为面心立方晶格，原子量62.54，密度为8.9g/cm3，熔点为1083℃，电阻率为0.01673Ωmm2/m，线膨胀系数为17.6×10-6/℃。铜合金主要有黄铜、白铜和青铜，其中黄铜的导热性和熔点比纯铜低，强度、硬度等力学性能比纯铜高。黄铜分为简单黄铜和复杂黄铜，其中简单黄铜为Cu-Zn二元合金，在Cu-Zn二元合金中加入少量的锡、铝等，组成多元合金，则称为复杂黄铜。复杂黄铜具有良好的导热性，复杂黄铜中的α相及β相是多元复杂固溶体，其强化效果较大，第三组元中的Sn抑制黄铜脱Zn，进一步提高了黄铜的耐蚀性，其缺点是铜的储量少，产量少，加工较难，焊接性较差和价格较贵。而金属材料中碳素钢的加工简单，价格低廉。因此以碳素钢为基层、以复杂黄铜为复层的铜合金复合钢板，兼顾了两种材料的特点，且与单一的铜合金相比价格较低。鉴于以上原因该类复杂黄铜复合钢板广泛用于压力容器、冷凝器和热交换器等领域。
由于铜和钢之间的物理性能差异较大，采用熔化焊比较困难，而铜和钢的压力焊、电阻焊、摩擦焊和扩散焊等的成本又较高，难于在大规模生产中推广。比较起来，采用爆炸焊接的方法制造铜合金复合钢板可以实现铜合金和钢的冶金结合，生产成本较低，适用于大规模生产铜合金复合钢板。采用爆炸焊接方法制造铜合金复合钢板时起爆点等部位会产生未结合区。如果该区域能够进行补焊修复，则可大大降低该产品的生产成本。但是黄铜有良好的导热性和很强的氧化性，黄铜中锌的熔点为907℃，故焊接过程中极容易蒸发，锌的大量蒸发将导致焊接接头的力学性能下降，蒸发的锌在空气中立即被氧化成氧化锌，会形成大量白色的烟雾，给焊接操作带来很大困难，且会严重影响焊工的身体健康。而且焊接时产生的金属氧化物的熔点很高，这些难熔的氧化物会降低焊缝金属的致密性和强度，同时还会产生气孔、未焊透等焊接缺陷。加之复杂黄铜复合钢板焊接时铜合金和钢之间的界面存在铁的稀释率问题，进一步增加了复杂黄铜复合钢板焊接的复杂性。在GB/T13147-2009《铜及铜合金复合钢板焊接技术要求》中未对以复杂黄铜为复层的铜合金复合钢板的焊接提出焊接要求，也未推荐其过渡层焊接材料的选择。对于复杂黄铜复合钢板复层局部耐蚀堆焊的工艺方法，目前找不到任何相关的文献资料，也没有检索到相关专利。目前金属复合材料厂家现有的做法是将起爆点引到爆炸焊接复合板之外，即加大复层黄铜板的尺寸，而且如果在其他区域也产生了超标未结合区的时候，只能报废处理，重新投料生产，这种生产方法既增加了生产成本，也增加了生产风险。
发明内容
本发明的目的是提供一种复杂黄铜复合钢板未结合区的焊接修补方法，既保障了焊工身体健康的同时又保证了复杂黄铜复合钢板的结合强度等各项性能，满足相关标准和技术协议的指标要求。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种复杂黄铜复合钢板未结合区补焊方法，包括以下步骤：
1）用磨光机去除起爆点未复合区，并修磨坡口；
2）采用钨极惰性气体保护焊的方法进行复杂黄铜复合钢板局部未结合区的复层堆焊，直流正接；首先在坡口区焊接一层过渡层，过渡层完全覆盖基层钢板；过渡层焊接时，在复杂黄铜相邻处进行焊接时电弧偏向基层钢板，焊枪与焊接件之间的角度为70~90°，焊接时熔池的1/4～1/3区域在复杂黄铜处，利用焊接热量来熔化相邻的复杂黄铜母材；所述过渡层选用的焊接材料为铝青铜焊丝；
3）过渡层焊接完成后，在过渡层上进行盖面层的焊接，盖面层焊接时电弧偏向过渡层，焊枪与焊接件之间的角度为70~90°，焊接时熔池的1/4～1/3区域在复杂黄铜处，利用焊接热量熔化相邻的复杂黄铜母材；盖面层为一层或多层，直至与复杂黄铜母材平齐；所述盖面层选用的焊接材料为硅青铜焊丝。
所述步骤1）中在所得坡口区进行预热，采用电加热带加热的方式进行预热，预热温度为200±20℃。
所述步骤2）中惰性气体为氩和氦混合气，其所占体积百分比为：氩为70%，氦为30%。
所述步骤2）中过渡层选用的焊接材料为铝青铜焊丝S214。
所述步骤3）中盖面层选用的焊接材料为硅青铜焊丝S211。
所述过渡层焊缝完全覆盖基层钢板且超过复杂黄铜复合界面0.5mm ~1.0mm。
所述步骤1）中将表层复杂黄铜全部去除，坡口底部基层钢板去除厚度2.5~3.0mm，去除后所得坡口的坡口角度为20~60°。
本发明的有益效果：
本发明提供的复杂黄铜复合钢板未结合区的焊接修补方法，采用惰性气体保护焊的焊接方法，惰性气体采用氩气与氦气的混合气，既提高了电弧的热效应，又可降低复杂黄铜复合钢板的预热温度，提高热效率，从而降低了操作工人的劳动强度，与纯氦气相比，又在一定程度上降低了生产成本；在复杂黄铜与基层钢板之间焊接过渡层，可有效防止基层钢板成分对复层焊缝金属的不利影响，以保证接头质量和性能；过渡层焊接时电弧偏向基层钢板，利用焊接热量来熔化相邻的复层黄铜母材；盖面层焊接时电弧偏向过渡层熔敷金属，利用焊接热量熔化相邻的复层黄铜母材；本发明过渡层和盖面层所选用的焊接材料中的Al和Si元素可以有效抑制复杂黄铜中锌的蒸发，保证了复杂黄铜性能的同时又保障了操作工人的身体健康；本发明的焊接方法简单实用，不仅改善了劳动环境，保障了操作工人的身体健康，而且降低了生产成本，并且可确保经焊接后的复杂黄铜复合钢板的性能满足相关技术指标要求。
附图说明
图1为复杂黄铜C46400/Q235B复合钢板未结合区复层局部堆焊后渗透检测图片；
图2为复杂黄铜C46400/Q235B复合钢板未结合区复层熔敷金属宏观形貌 2×；
图3为复杂黄铜C46400/Q235B复合钢板未结合区复层熔敷金属金相组织500×；
图4为复杂黄铜C46400/ SA266MGr.2复合钢板未复合区复层熔敷金属金相组织500×；
图5为复杂黄铜C46400/ SA266MGr.2复合钢板复层母材金相组织500×；
图6为复杂黄铜C46400/ SA266MGr.2复合钢板复层热影响区金相组织500×。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明做进一步的阐述。
一种复杂黄铜复合钢板未结合区补焊方法，包括以下步骤：
1）用磨光机去除起爆点未复合区，并修磨坡口；
2）采用钨极惰性气体保护焊的方法进行复杂黄铜复合钢板局部未结合区的复层堆焊，直流正接；首先在坡口区焊接一层过渡层，过渡层完全覆盖基层钢板；过渡层焊接时在复杂黄铜相邻处进行焊接时电弧偏向基层钢板，焊枪与焊接件之间的角度为70~90°，焊接时仅熔池的1/4～1/3区域在复杂黄铜处，利用焊接热量来熔化相邻的复杂黄铜母材；所述过渡层选用的焊接材料为铝青铜焊丝；所述惰性气体为氩和氦混合气，其所占体积百分比为：氩为70%，氦为30%；所述过渡层焊缝完全覆盖基层钢板且超过复杂黄铜复合界面0.5mm ~1.0mm；
3）过渡层焊接完成后，在过渡层上进行盖面层的焊接，盖面层焊接时电弧偏向过渡层，焊枪与焊接件之间的角度为70~90°，焊接时仅熔池的1/4～1/3区域在复杂黄铜处，利用焊接热量熔化相邻的复杂黄铜母材；盖面层为一层或多层，直至与复杂黄铜母材平齐；坡口区焊接完成；所述盖面层选用的焊接材料为硅青铜焊丝。
实施例1
以厚度为10mm的复杂黄铜C46400为复层，以厚度为40mm的碳素钢Q235B为基层采用爆炸焊接方法制造的复杂黄铜复合钢板，爆炸焊接后的尺寸为（10+40）×500×600mm。用角向磨光机去除起爆点未复合区，经目视和渗透检测，符合PT NB47013.5-2015Ⅰ级要求后，进行补焊修理。焊前应将焊丝表面及焊接坡口两侧至少各20mm范围内的油污、锈迹及其他污物、氧化膜等去除干净。过渡层焊前进行预热，预热温度为217℃，保温时间为5分钟。采用直径为2.5mm的铜合金焊丝S214进行过渡层的焊接，过渡层焊道厚度为3.0~4.0mm，过渡层焊缝完全覆盖基层钢且超过复合界面0.5mm ~1.0mm。每一道焊接前道焊缝表面氧化膜及其他污物去除干净后进行下一道的焊接。过渡层焊道检查合格后，采用直径为2.5mm的铜合金焊丝S211进行盖面层的焊接，盖面层余高1.5mm~2.0mm。在整个焊接过程中无明显的因锌蒸发而造成的白色烟雾现象。焊后经五倍放大镜对堆焊区焊缝进行外观检查，复层焊道无咬边、裂纹、弧坑等缺陷，焊缝圆滑过渡，成形良好。外观检查合格后对堆焊层表面进行超声波和渗透检测，检测结果分别满足NB/T47013.3-2015和NB/T47013.5-2015Ⅰ级要求，见图1。对该焊接试板解剖进行性能检测，其抗拉强度为395MPa，不低于该铜钢复合板抗拉强度标准规定的下限值，延伸率为52%，断面收缩率为69.5%，均高于铜钢复合板性能指标要求。侧弯试样检测后外表面无任何缺陷。焊接区宏观形貌见图2，堆焊层熔敷金属无缺陷。金相组织见图3，金相组织无异常。经检测复层熔敷金属中的化学成分，其铁的含量不大于10%。以上各项检测结果均满足GB/T13147-2009的指标要求。
实施例2
以厚度为12mm的复杂黄铜C46400为复层，以厚度为72mm的碳钢锻件SA266MGr.2为基层采用爆炸焊接方法制造的复杂黄铜复合钢板，爆炸焊接后的尺寸为（12+72）×500×600mm。用角向磨光机去除起爆点未复合区，经目视和渗透检测，符合PT NB47013.5-2015Ⅰ级要求后，进行补焊修理。焊前应将焊丝表面及焊接坡口两侧至少各20mm范围内的油污、锈迹及其他污物、氧化膜等去除干净。过渡层焊前进行预热，预热温度为196℃，保温时间为6分钟。采用直径为2.5mm的铜合金焊丝S214进行过渡层的焊接，过渡层焊道厚度为3.0~4.0mm，过渡层焊缝应完全覆盖基层钢且超过复合界面0.5mm ~1.0mm。每一道焊接前道焊缝表面氧化膜及其他污物去除干净后方可进行下一道的焊接。过渡层焊道检查合格后，采用直径为2.5mm的铜合金焊丝S211进行盖面层的焊接，盖面层余高1.5mm~2.0mm。焊后经五倍放大镜对堆焊区焊缝进行外观检查，复层焊道无咬边、裂纹、弧坑等缺陷，焊缝圆滑过渡，成形良好。外观检查合格后对堆焊层表面进行超声波和渗透检测，检测结果分别满足NB/T47013.3-2015和NB/T47013.5-2015Ⅰ级要求。取复杂黄铜C46400/ SA266MGr.2复合钢板复层堆焊试样，对该堆焊试样解剖后进行性能检测，其抗拉强度为386MPa，不低于该铜钢复合板抗拉强度标准规定的下限值，延伸率为52.5%，断面收缩率为67.5%，均高于铜钢复合板性能指标要求。堆焊熔敷金属侧弯试样检测后外表面无任何缺陷。金相组织无异常，见图4。复层铜母材晶粒度为6.5级，见图5，复层铜热影响区晶粒度为6.0级，见图6。复层熔敷金属中铁的稀释率不超过10%。以上各项检测结果均满足GB/T13147-2009的指标要求。

Claims (7)

1.一种复杂黄铜复合钢板未结合区补焊方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）用磨光机去除起爆点未复合区，并修磨坡口；
2）采用钨极惰性气体保护焊的方法进行复杂黄铜复合钢板局部未结合区的复层堆焊，直流正接；首先在坡口区焊接一层过渡层，过渡层完全覆盖基层钢板；过渡层焊接时，在复杂黄铜相邻处进行焊接时电弧偏向基层钢板，焊枪与焊接件之间的角度为70~90°，焊接时熔池的1/4～1/3区域在复杂黄铜处，利用焊接热量来熔化相邻的复杂黄铜母材；所述过渡层选用的焊接材料为铝青铜焊丝；
3）过渡层焊接完成后，在过渡层上进行盖面层的焊接，盖面层焊接时电弧偏向过渡层，焊枪与焊接件之间的角度为70~90°，焊接时熔池的1/4～1/3区域在复杂黄铜处，利用焊接热量熔化相邻的复杂黄铜母材；盖面层为一层或多层，直至与复杂黄铜母材平齐；所述盖面层选用的焊接材料为硅青铜焊丝。
2.如权利要求1所述的复杂黄铜复合钢板未结合区补焊方法，其特征在于：所述步骤1）中在所得坡口区进行预热，采用电加热带加热的方式进行预热，预热温度为200±20℃。
3.如权利要求1所述的复杂黄铜复合钢板未结合区补焊方法，其特征在于：所述步骤2）中惰性气体为氩和氦混合气，其所占体积百分比为：氩为70%，氦为30%。
4.如权利要求1所述的复杂黄铜复合钢板未结合区补焊方法，其特征在于：所述步骤2）中过渡层选用的焊接材料为铝青铜焊丝S214。
5.如权利要求1所述的复杂黄铜复合钢板未结合区补焊方法，其特征在于：所述步骤3）中盖面层选用的焊接材料为硅青铜焊丝S211。
6. 如权利要求1所述的复杂黄铜复合钢板未结合区补焊方法，其特征在于：所述过渡层焊缝完全覆盖基层钢板且超过复杂黄铜复合界面0.5mm ~1.0mm。
7.如权利要求1所述的复杂黄铜复合钢板未结合区补焊方法，其特征在于：所述步骤1）中将表层复杂黄铜全部去除，坡口底部基层钢板去除厚度2.5~3.0mm，去除后所得坡口的坡口角度为20~60°。
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