CN107498150A - 一种异种钢焊接方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于异种钢焊接技术领域,具体涉及一种厚度或壁厚在5mm以下X1NiCrMoCu25‑20‑5和X2CrNiMoCuN25‑6‑3异种钢板材或管材的焊接方法。为了解决对X1NiCrMoCu25‑20‑5和X2CrNiMoCuN25‑6‑3进行焊接时,容易出现焊接接头脆化和热裂纹现象的问题,本发明公开了一种针对X1NiCrMoCu25‑20‑5和X2CrNiMoCuN25‑6‑3异种钢进行焊接的焊接方法。该方法包括:步骤S1,对待焊接的X1NiCrMoCu25‑20‑5和X2CrNiMoCuN25‑6‑3异种钢母材进行坡口加工和焊接组对;步骤S2,对X1NiCrMoCu25‑20‑5和X2CrNiMoCuN25‑6‑3异种钢母材进行焊接操作,其中,焊接参数包括:焊接电流值为35~80A。在本发明中,通过对焊接操作过程中参数的选取和控制,从而实现对X1NiCrMoCu25‑20‑5和X2CrNiMoCuN25‑6‑3异种钢的焊接,并且获得焊接性能优良的焊接接头。
Description
技术领域
本发明属于异种钢焊接技术领域,具体涉及一种厚度或壁厚在5mm以下X1NiCrMoCu25-20-5和X2CrNiMoCuN25-6-3异种钢板材或管材的焊接方法。
背景技术
X1NiCrMoCu25-20-5属于超级奥氏体不锈钢,该钢没有铁素体,具有良好的抗氧化性和耐腐蚀性,但其热敏性低,在焊接过程中更容易出现焊接热裂纹。X2CrNiMoCuN25-6-3属于奥氏体-铁素体双相钢,其在海水和其他含氯化物环境下具有出色的耐点蚀、延展性和冲击强度。
由于X1NiCrMoCu25-20-5和X2CrNiMoCuN25-6-3存在组织结构上的差异,因此,在对X1NiCrMoCu25-20-5和X2CrNiMoCuN25-6-3异种钢进行焊接时,即对超级奥氏体与奥氏体-铁素体钢焊接时,容易出现焊接接头脆化和热裂纹现象。例如,在焊接过程中,由于材料组织中铁素体相的影响,会在奥氏体-铁素体相界和铁素体内出现σ相,从而造成焊接接头区域的脆化。而且,铁素体相在一定温度范围内是不稳定的,会析出对焊接接头塑性、韧性和抗腐蚀性有害的金属间化合物以及σ相,从而进一步造成焊接接头的易脆性和性能下降。
发明内容
为了解决对X1NiCrMoCu25-20-5和X2CrNiMoCuN25-6-3进行焊接时,容易出现焊接接头脆化和热裂纹现象的问题,本发明提出了一种针对X1NiCrMoCu25-20-5和X2CrNiMoCuN25-6-3异种钢进行焊接的焊接方法。该焊接方法包括以下步骤:
步骤S1,对待焊接的X1NiCrMoCu25-20-5和X2CrNiMoCuN25-6-3异种钢母材进行坡口加工和焊接组对;
步骤S2,对X1NiCrMoCu25-20-5和X2CrNiMoCuN25-6-3异种钢母材进行焊接操作,其中,焊接参数包括:焊接电流值为35~80A。
优选的,在所述步骤S2中,选用直径为φ1.6mm的ER309L焊丝进行焊接操作。
进一步优选的,在所述步骤S2中,采用手工钨极氩弧焊的焊接方法。
优选的,在所述步骤S1中,对待焊接的X1NiCrMoCu25-20-5和X2CrNiMoCuN25-6-3异种钢母材进行V型坡口加工,坡口角度为37.5±2.5°。
优选的,在所述步骤S2中,进行分层焊接,包括打底层焊接、填充层焊接以及盖面层焊接。
优选的,打底层焊接的焊接电流为35~45A,填充层焊接的焊接电流值为60~75A,盖面层焊接的焊接电流值为70~80A。
进一步优选的,焊接电压值为8.9~11.5V,焊接速度为0.29~0.64mm/s。
进一步优选的,层间焊接温度≤175℃。
优选的,在所述步骤S2中,对焊缝的正面和背面同时进行充氩气保护,氩气流量为5~15L/min。
优选的,在所述步骤S1中,待焊接的X1NiCrMoCu25-20-5和X2CrNiMoCuN25-6-3异种钢母材之间的组对间隙为1~4mm。
采用本发明的焊接方法,对X1NiCrMoCu25-20-5和X2CrNiMoCuN25-6-3异种钢进行焊接时,具有以下有益效果:
1、在本发明中,通过对焊接过程中焊接参数的选取和控制,即对焊接电流值的降低选取,对层间焊接温度的范围控制,以及对焊接电流与焊接电压和焊接速度的匹配,获得了适合于厚度或壁厚在5mm以下X1NiCrMoCu25-20-5和X2CrNiMoCuN25-6-3异种钢板材或管材焊接的焊接线热量。这样,在合适的焊接线热量下,不仅可以促进焊材和母材中Mo元素在熔池中转变为含钼化合物,增加焊缝中含钼化合物的含量,进而降低焊接接头的脆性,抑制热裂纹的发生,而且可以提高Ni元素对焊缝周围母材和焊丝中铁素体转变为奥氏体的促进作用,从而提升焊缝中奥氏体的含量,实现对焊接接头塑性和韧性的改善提升。
2、在本发明的焊接方法中,通过选取合适的焊接线热量,省去了在焊接过程中对焊接母材的焊前预热处理和对焊缝的焊后热处理。这样,在保证焊接质量的情况下,简化了焊接操作步骤,提高了焊接工作效率。
附图说明
图1为本发明中X1NiCrMoCu25-20-5和X2CrNiMoCuN25-6-3异种钢母材的坡口结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案作进一步介绍。
采用本发明的焊接方法,对X1NiCrMoCu25-20-5和X2CrNiMoCuN25-6-3异种钢进行焊接时的具体操作步骤包括:
步骤S1,对待焊接的X1NiCrMoCu25-20-5和X2CrNiMoCuN25-6-3异种钢母材进行坡口加工和焊接组对。结合图1所示,在本发明中,将待焊接的X1NiCrMoCu25-20-5和X2CrNiMoCuN25-6-3异种钢母材的组对坡口加工为V型结构,坡口角度为37.5±2.5°,并且将组对间隙控制在1~4mm之间。
此外,在完成组对坡口的加工后,对坡口表面及其坡口周围20mm范围内的母材内外表面进行清洁处理,包括对杂质油污的清理以及对母材表面的打磨处理,直至出现金属光泽。
步骤S2,对X1NiCrMoCu25-20-5和X2CrNiMoCuN25-6-3异种钢母材进行焊接操作。其中,焊接参数包括:焊接电流值为35~80A,焊接电压值为8.9~11.5V,焊接速度值为0.29~0.64mm/s。
优选的,在本发明中,对X1NiCrMoCu25-20-5和X2CrNiMoCuN25-6-3异种钢母材进行分层焊接,包括打底层焊接、填充层焊接以及盖面层焊接。其中,打底层焊接的焊接电流值为35~45A,填充层焊接的焊接电流值为60~75A,盖面层焊接的焊接电流值为70~80A。此外,将焊接过程中的层间温度控制在175℃以内。这样,可以防止由于层间温度过高造成焊缝中晶粒粗大,而对焊接接头的塑性和韧性产生不利影响。
另外,在进行打底层焊接、填充层焊接和盖面层焊接时,还可以根据情况采用多道焊接的方式。这样,通过多道焊接可以进一步降低焊缝热输入量,从而实现对热输入量的精准控制,进而抑制焊缝温度过热,避免晶粒粗大,提高焊缝的机械性能。
此外,根据待焊接X1NiCrMoCu25-20-5和X2CrNiMoCuN25-6-3异种钢的母材组织成分,在本发明中,选用直径为φ1.6mm的ER309L焊丝进行手工钨极氩弧焊。其中,ER309L焊丝中金属元素的含量成分如表1所示。
表1
焊丝 | C | Cr | Ni | Mo | Mn | Si | P | S | Cu | 铁素体 |
ER309L | 0.03 | 23.0-25.0 | 12.0-14.0 | 0.75 | 1.0-2.5 | 0.30-0.65 | 0.025 | 0.025 | 0.75 | 8-18 |
在本发明中,优先选用ER309L焊丝作为X1NiCrMoCu25-20-5和X2CrNiMoCuN25-6-3异种钢焊接时的填充材料,这样在一定的焊接线热量作用下,不仅可以利用焊丝中高含量的Ni促进焊缝周围母材和焊丝中铁素体转变为奥氏体,从而利用稳定的奥氏体提高焊接接头的塑性和韧性,而且还可以利用焊丝中Mo元素在熔池中形成的含钼化合物,降低焊接接头的脆性,防止热裂纹的发生。
接下来,通过实施例和对比例对本发明提供的X1NiCrMoCu25-20-5和X2CrNiMoCuN25-6-3异种钢焊接方法进行效果对比分析。
实施例1,选取一段厚度为2.6mm的X1NiCrMoCu25-20-5钢板母材和一段厚度为2.6mm的X2CrNiMoCuN25-6-3钢板母材。首先,将两段待焊接的X1NiCrMoCu25-20-5和X2CrNiMoCuN25-6-3异种钢母材的焊接部位加工为37.5°的V型坡口,并且对坡口表面及其坡口周围20mm范围内的母材内外表面进行清洁处理,包括对杂质油污的清理以及对母材表面的打磨处理,直至出现金属光泽。接着,对完成坡口加工的X1NiCrMoCu25-20-5和X2CrNiMoCuN25-6-3异种钢母材进行组对,并且将组对间隙控制在1~4mm之间。然后,根据表1中的焊接参数,选用直径为φ1.6mm的ER309L焊丝,采用手工钨极氩弧焊对X1NiCrMoCu25-20-5和X2CrNiMoCuN25-6-3异种钢母材进行焊接操作,依次包括打底层焊接、填充层焊接以及盖面层焊接,并且将层间温度控制为120℃,并且在焊接正面充入流量为15L/min的氩气,在焊接背面充入流量为10L/min的氩气。其中,打底层焊接的焊接电流值为30A,焊接电压值为9.1V,焊接速度值为0.30mm/s;填充层焊接的焊接电流值为60A,焊接电压值为10.2V,焊接速度值为0.52mm/s;盖面层焊接的焊接电流值为70A,焊接电压值为11.0V,焊接速度为0.60mm/s。最终,获得焊接产品X1。
表2
实施例2,采用与实施例1相同的焊接方法对X1NiCrMoCu25-20-5和X2CrNiMoCuN25-6-3异种钢母材进行焊接操作,其区别在于:实施例2采用表3中的焊接参数对X1NiCrMoCu25-20-5和X2CrNiMoCuN25-6-3异种钢母材进行焊接操作;同时,将层间温度控制为170℃。最终,获得焊接产品X2。
表3
对比例1,采用与实施例1相同的焊接方法对X1NiCrMoCu25-20-5和X2CrNiMoCuN25-6-3异种钢母材进行焊接操作,其区别在于:对比例1采用表4中的焊接参数对X1NiCrMoCu25-20-5和X2CrNiMoCuN25-6-3异种钢母材进行焊接,并获得焊接产品D1。
表4
对比例2,采用与实施例2相同的焊接方法对X1NiCrMoCu25-20-5和X2CrNiMoCuN25-6-3异种钢母材进行焊接操作,其区别在于:对比例2采用表5中的焊接参数对X1NiCrMoCu25-20-5和X2CrNiMoCuN25-6-3异种钢母材进行焊接,并获得焊接产品D2。
表5
对比例3,采用与实施例2相同的焊接方法对X1NiCrMoCu25-20-5和X2CrNiMoCuN25-6-3异种钢母材进行焊接操作,其区别在于:在对比例3中将层间温度控制为200℃,并获得焊接产品D3。
对实施例和对比例中获得的焊接产品进行性能测试,测试项包括抗拉强度、弯曲测试以及微观金相检测,测试结果如表6所示。
表6
结合表6,通过实施例1和对比例1的对比可知,由于对比例1中采用的焊接电流低于本发明中焊接电流值的设定范围,同样对比例1中选用的焊接电流值低于实施例1中采用焊接电流值。这样,在对比例1的焊接过程中产生的焊接线能量与实施例1的焊接过程中产生的焊接线热量相比较大大降低,使对比例1中的焊材无法与X1NiCrMoCu25-20-5和X2CrNiMoCuN25-6-3母材完成熔合,形成未熔合的焊缝,从而导致产品D1的抗拉强度小于产品X1的抗拉强度。此外,由于焊接热量的过低,导致焊丝中Mo元素无法完全转换为含钼化合物,对焊接接头脆性的降低作用大大弱化,因此在弯曲测试中产生裂纹。同时,焊接热量的过低也抑制了Ni对铁素体转变为奥氏体的促进作用,从而减少了铁素体向奥氏体的转变量,使焊缝无法与母材良好熔合,存在显微裂纹。
通过实施例2和对比例2的对比可知,由于对比例2中采用的焊接电流高于本发明中焊接电流值的设定范围,同样对比例2中选用的焊接电流值高于实施例2中选用焊接电流值。这样,在对比例2的焊接过程中产生的焊接线能量与实施例2的焊接过程中产生的焊接线热量相比较大大增加。然而,过高的焊接线热量会造成热影响区的晶粒粗大,甚至对焊丝和母材中的合金元素烧损,使导致焊接接头的塑性和韧性降低。因此,与焊接产品X2相比较,焊接产品D2的抗拉强度下降,并且在弯曲测试中出现裂纹以及在微观金相中出现显微裂纹。
通过实施例2与对比例3的对比可知,在对比例3中将层间温度提升至200℃,超出了本发明中对层间温度上限的设定值175℃,同样也超出了实施例2中层间温度的设定值。这样,在对比例3中同样会产生远高于实施例2中的焊接线热量,从而会造成焊丝和母材中多种合金元素的烧损,以及使热影响区的晶粒粗大,导致焊接接头的塑性和韧性降低。因此,与焊接产品X2相比较,焊接产品D3的抗拉强度降低,并且在弯曲测试中出现裂纹以及在微观金相中存在显微裂纹。
综上所述,通过实施例1和实施例2与对比例1、对比例2和对比例3的比对可知,采用本发明焊接方法获得的焊接接头在抗拉伸性能和焊材与母材之间的熔合效果上均获得了显著的改善和提高,有效的解决了对X1NiCrMoCu25-20-5和X2CrNiMoCuN25-6-3焊接时,容易出现焊接接头脆化和热裂纹的现象。
Claims (10)
1.一种异种钢焊接方法,其特征在于,针对X1NiCrMoCu25-20-5和X2CrNiMoCuN25-6-3异种钢的焊接方法包括以下步骤:
步骤S1,对待焊接的X1NiCrMoCu25-20-5和X2CrNiMoCuN25-6-3异种钢母材进行坡口加工和焊接组对;
步骤S2,对X1NiCrMoCu25-20-5和X2CrNiMoCuN25-6-3异种钢母材进行焊接操作,其中,焊接参数包括:焊接电流值为35~80A。
2.根据权利要求1所述的异种钢焊接方法,其特征在于,在所述步骤S2中,选用直径为φ1.6mm的ER309L焊丝进行焊接操作。
3.根据权利要求2所述的异种钢焊接方法,其特征在于,在所述步骤S2中,采用手工钨极氩弧焊的焊接方法。
4.根据权利要求1所述的异种钢焊接方法,其特征在于,在所述步骤S1中,对待焊接的X1NiCrMoCu25-20-5和X2CrNiMoCuN25-6-3异种钢母材进行V型坡口加工,坡口角度为37.5±2.5°。
5.根据权利要求1-4中任意一项所述的异种钢焊接方法,其特征在于,在所述步骤S2中,进行分层焊接,包括打底层焊接、填充层焊接以及盖面层焊接。
6.根据权利要求5所述的异种钢焊接方法,其特征在于,打底层焊接的焊接电流为35~45A,填充层焊接的焊接电流值为60~75A,盖面层焊接的焊接电流值为70~80A。
7.根据权利要求6所述的异种钢焊接方法,其特征在于,焊接电压值为8.9~11.5V,焊接速度为0.29~0.64mm/s。
8.根据权利要求5所述的异种钢焊接方法,其特征在于,层间焊接温度≤175℃。
9.根据权利要求1-4中任意一项所述的异种钢焊接方法,其特征在于,在所述步骤S2中,对焊缝的正面和背面同时进行充氩气保护,氩气流量为5~15L/min。
10.根据权利要求1-4中任意一项所述的异种钢焊接方法,其特征在于,在所述步骤S1中,待焊接的X1NiCrMoCu25-20-5和X2CrNiMoCuN25-6-3异种钢母材之间的组对间隙为1~4mm。
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