CN108057943A - 一种高镍合金和低合金钢的埋弧自动焊方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高镍合金和低合金钢的埋弧自动焊方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：1）焊前准备：首先，将高镍合金和低合金钢加工成V型内坡口；然后对焊丝、坡口及其两侧内表面进行清理，去除铁锈、油脂和灰尘；最后，对接好焊接坡口；2）封底：采用等离子束焊对步骤1）中的坡口进行快速封底；3）填充盖面：采用埋弧自动焊对步骤2）中封底后的坡口进行填充盖面、完成后对焊缝的背面进行清根。本发明焊接方法的焊接效率相比于手弧焊条焊和钨极氩弧焊均有大幅度提高，同时，本发明的焊接方法极大地提高了高镍合金和低合金钢的焊接效率和焊接质量，减少了工人的劳动强度。
Description
技术领域
本发明涉及异种合金的拼焊技术领域，具体的，涉及一种高镍合金和低合金钢的埋弧自动焊方法。
背景技术
高镍合金与低合金钢的焊接性能主要取决于镍合金和低合金钢的物理性能、化学成分、接头形式以及填充金属的种类。镍与铁可互相无限固溶，其结晶性能、晶格类型、原子半径、外层电子数目也均相近，因此焊接性能良好，但镍和钢中的杂质或合金元素则会对焊缝金属产生不良影响，存在的主要问题是焊缝容易产生裂纹和气孔。
目前，高镍合金与低合金钢的焊接一般采用钨极氩弧焊、手弧焊条焊，前者保护气的保护性能、后者焊条药皮成分的可调性能在一定程度上减小镍合金与钢进行焊接产生缺陷的几率。但是，钨极氩弧焊、手弧焊条焊这两种焊接方法的施焊效率过低，当设备直径较大时，这两种施焊方法均会耗时严重，耽误设备的制作进度。同时，因钨极氩弧焊、手弧焊条焊这两种方法的焊接质量对操作者的技能水平依赖性较大，随着施焊过程的增长，操作者精力、体力的下降、责任心的下降等主观因素对焊接质量的负面影响越大，因操作原因产生缺陷的可能性就越大；设备的直径越大、施焊工作量越大钨极氩弧焊、手弧焊条焊这两种方法的效率低下、人为因素干扰严重的缺点就越明显。
等离子焊可焊接在操作技术和经济效益两方面都有不容置疑的优点。由于其焊接速度快，焊缝美观，焊缝质量好，成本低，等离子焊接已广泛运用于设备制造业中对各种型式的接头进行焊接、医疗设备、真空装置、薄板加工、波纹管、仪表、传感器、汽车部件、化工密封件等。
综上，现有技术中高镍合金与低合金钢的焊接仍然存在焊接效率、焊接质量不稳定等问题，因此，有必要提出一种新的高镍合金与低合金钢的焊接方法。
发明内容
针对上述现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种高镍合金和低合金钢的埋弧自动焊方法；本发明的焊接方法在效率高，焊接质量可靠、能够大幅度减少工人的劳动强度，缩短产品的施工周期。
本发明的目的之一是提供一种高镍合金和低合金钢的埋弧自动焊方法。
本发明的目的之二是提供上述高镍合金和低合金钢的埋弧自动焊方法的应用。
为实现上述发明目的，本发明公开了以下技术方案：
首先，本发明公开了一种高镍合金和低合金钢的埋弧自动焊方法，具体包括如下步骤：
1)焊前准备：首先，将高镍合金和低合金钢加工成V型内坡口，然后对焊丝、坡口及其两侧内表面进行清理，去除铁锈、油脂和灰尘；最后，对接好焊接坡口。
2)封底：采用等离子束焊对步骤1)中的坡口进行快速封底。
3)填充盖面：采用埋弧自动焊对步骤2)中封底后的坡口进行填充盖面、完成后对焊缝的背面进行清根。
步骤1)中，所述坡口的角度为20-22°，所述坡口的钝边为5mm。
步骤2)中，所述封底的焊接参数为：电流240～260A、焊接电压13～15V、离子气流量5～6L/min、焊接速度为200～250mm/min。
步骤3)中，所述埋弧自动焊的焊接电流为：260-300A，电压为：28-32V；
步骤3)中，所述埋弧自动焊的焊接速度为：200～250mm/min。
步骤3)中，所述埋弧自动焊的焊丝选用的ERNiCr-3实心埋弧焊丝，按重量百分比包括以下组分：C0.02％、Mn3.0％、Si0.5％、Cr20％、Nb2.5％、Fe0.40％，余量为Ni。
步骤3)中，所述埋弧自动焊的层间温度控制在30～50℃；每填充2层，采用不锈钢钢丝轮对焊缝进行清理。
步骤3)中，所述清根时采用机械清根。
其次，本发明还公开了上述高镍合金和低合金钢的埋弧自动焊方法在大型容器焊接中的应用。
需要说明的是，发明先用等离子束焊对焊缝处的坡口进行封底后，再用的ERNiCr-3实心埋弧焊丝对焊缝处进行填充盖面，其原因是：首先，利用等离子束焊小孔效应让坡口的底部快速被焊透，并利用这种焊接方式快的特点，快速完成封底，以减少封底的时间。其次，本发明采用埋弧自动焊进行填充：一是，这种焊接方式在焊接过程中不产生强烈的弧光，能够有效减小弧光对焊工身体危害和对车间作业环境的影响；二是，由于本发明采用的是实心焊丝，这种焊丝在焊接时产生的熔敷量大、效率高、容易控制焊道成型，能够有效减少焊缝的填充遍数，从而大幅度提高焊接质量和效率；三是，从ERNiCr-3实心埋弧焊丝的成分可以看出，其各成分的含量处在高镍合金和低合金钢的成分含量之间，因此，焊丝熔敷在焊缝处后起到很好的过度连接的作用，避免焊缝处的力学性能出现突变，降低焊缝质量。最后，本发明在对焊缝处进行填充时，层间温度必须严格控制在30～50℃之间，因为高镍合金和低合金钢进行焊接时，焊缝处的母材均处于高温熔融的状态，如果层间温度差太大，焊缝处的熔融金属和热影响区很容易出现定向冷却的现象，其结果是容易出现枝晶，这种显微组织会造成力学性能不均匀，导致焊缝处的力学性能出现突变。
与现有技术相比，本发明取得了以下有益效果：本发明根据镍合金与低合金钢之间异种钢焊接的特点，合理选配焊材的型号及规格，确定最佳的焊接参数，实现了镍合金与低合金钢的埋弧自动焊焊接，经核算，本发明焊接方法的焊接效率是采用手弧焊条焊的4～5倍，是采用钨极氩弧焊的8～10倍，可以看出，本发明的焊接方法极大地提高了高镍合金和低合金钢的焊接效率和焊接质量，减少了工人的劳动强度。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。
图1为本发明焊接接头示意图
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
正如背景技术所介绍的，现有的高镍合金与低合金钢的焊接仍然存在焊接效率、焊接质量不稳定等问题，为了解决上述问题，本发明提供了一种高镍合金和低合金钢的埋弧自动焊方法，下面结合具体的实施例对本发明做进一步的说明。
实施例1：
一种高镍合金和低合金钢的埋弧自动焊方法，包括如下步骤：
1)焊前准备：首先，将厚度均为28mm的高镍合金N06600与低合金钢DP500钢加工成V型内坡口，坡口角度为22°，钝边5mm；然后对焊丝、坡口及其两侧内表面20mm范围内进行清理，去除铁锈、油脂和灰尘；最后，对接好坡口。
2)封底：采用等离子束焊对步骤1)中的坡口进行快速封底；封底的焊接参数为：电流240A、焊接电压13V、离子气流量5L/min、焊接速度为200mm/min。
3)填充盖面：采用埋弧自动焊对步骤2)中封底后的坡口进行填充盖面，焊接工艺参数为：焊接电流260A，焊接电压32V，焊接速度250mm/min，焊丝选用的ERNiCr-3实心埋弧焊丝，按重量百分比包括以下组分：C0.02％、Mn3.0％、Si0.5％、Cr20％、Nb2.5％、Fe0.40％，余量为Ni。焊接时，层间温度控制在30℃；每填充2层，采用不锈钢钢丝轮对焊缝进行清理，焊接完成后对焊缝的背面采用机械方式进行清根即可。
实施例2：
一种高镍合金和低合金钢的埋弧自动焊方法，具体包括如下步骤：
1)焊前准备：首先，将厚度均为25mm的高镍合金N06600与低合金钢TRIP500钢加工成V型内坡口，坡口角度为20°，钝边5mm；然后对焊丝、坡口及其两侧内表面20mm范围内进行清理，去除铁锈、油脂和灰尘；最后，对接好坡口。
2)封底：采用等离子束焊对步骤1)中的坡口进行快速封底；封底的焊接参数为：电流260A、焊接电压15V、离子气流量6L/min、焊接速度为250mm/min。
3)填充盖面：采用埋弧自动焊对步骤2)中封底后的坡口进行填充盖面，焊接工艺参数为：焊接电流300A，焊接电压28V，焊接速度200mm/min，焊丝选用的ERNiCr-3实心埋弧焊丝，按重量百分比包括以下组分：C0.02％、Mn3.0％、Si0.5％、Cr20％、Nb2.5％、Fe0.40％，余量为Ni。焊接时，层间温度控制在50℃；每填充2层，采用不锈钢钢丝轮对焊缝进行清理，焊接完成后对焊缝的背面采用机械方式进行清根即可。
实施例3：
一种高镍合金和低合金钢的埋弧自动焊方法，具体包括如下步骤：
1)焊前准备：首先，将厚度均为20mm的高镍合金N06600与低合金钢TRIP500钢加工成V型内坡口，坡口角度为21°，钝边5mm；然后对焊丝、坡口及其两侧内表面20mm范围内进行清理，去除铁锈、油脂和灰尘；最后，对接好坡口。
2)封底：采用等离子束焊对步骤1)中的坡口进行快速封底；封底的焊接参数为：电流250A、焊接电压14V、离子气流量5.5L/min、焊接速度为230mm/min。
3)填充盖面：采用埋弧自动焊对步骤2)中封底后的坡口进行填充盖面，焊接工艺参数为：焊接电流280A，焊接电压30V，焊接速度230mm/min，焊丝选用的ERNiCr-3实心埋弧焊丝，按重量百分比包括以下组分：C0.02％、Mn3.0％、Si0.5％、Cr20％、Nb2.5％、Fe0.40％，余量为Ni。焊接时，层间温度控制在40℃；每填充2层，采用不锈钢钢丝轮对焊缝进行清理，焊接完成后对焊缝的背面采用机械方式进行清根即可。
对比例1：
一种高镍合金和低合金钢的埋弧自动焊方法，包括如下步骤：
1)焊前准备：首先，将厚度均为28mm的高镍合金N06600与低合金钢DP500钢加工成V型内坡口，坡口角度为22°，钝边5mm；然后对焊丝、坡口及其两侧内表面20mm范围内进行清理，去除铁锈、油脂和灰尘；最后，对接好坡口。
2)封底、填充、盖面：采用埋弧自动焊对步骤1)中的坡口进行封底、填充、盖面，焊接工艺参数为：焊接电流260A，焊接电压32V，焊接速度250mm/min，焊丝选用的ERNiCr-3实心埋弧焊丝，按重量百分比包括以下组分：C0.02％、Mn3.0％、Si0.5％、Cr20％、Nb2.5％、Fe0.40％，余量为Ni。焊接时，层间温度控制在30℃；每填充2层，采用不锈钢钢丝轮对焊缝进行清理，焊接完成后对焊缝的背面采用机械方式进行清根即可。
对比例2：
一种高镍合金和低合金钢的埋弧自动焊方法，具体包括如下步骤：
1)焊前准备：首先，将厚度均为25mm的高镍合金N06600与低合金钢TRIP500钢加工成V型内坡口，坡口角度为20°，钝边5mm；然后对焊丝、坡口及其两侧内表面20mm范围内进行清理，去除铁锈、油脂和灰尘；最后，对接好坡口。
2)封底、填充、盖面：采用埋弧自动焊对步骤1)中的坡口进行封底、填充、盖面，焊接工艺参数为：焊接电流300A，焊接电压28V，焊接速度200mm/min，焊丝选用的ERNiCr-3实心埋弧焊丝，按重量百分比包括以下组分：C0.02％、Mn3.0％、Si0.5％、Cr20％、Nb2.5％、Fe0.40％，余量为Ni。焊接时，层间温度控制在50℃；每填充2层，采用不锈钢钢丝轮对焊缝进行清理，焊接完成后对焊缝的背面采用机械方式进行清根即可。
对比例3：
一种高镍合金和低合金钢的埋弧自动焊方法，具体包括如下步骤：
1)焊前准备：首先，将厚度均为20mm的高镍合金N06600与低合金钢TRIP500钢加工成V型内坡口，坡口角度为21°，钝边5mm；然后对焊丝、坡口及其两侧内表面20mm范围内进行清理，去除铁锈、油脂和灰尘；最后，对接好坡口。
2)封底、填充、盖面：采用埋弧自动焊对步骤1)中的坡口进行封底、填充、盖面，焊接工艺参数为：焊接电流280A，焊接电压30V，焊接速度230mm/min，焊丝选用的ERNiCr-3实心埋弧焊丝，按重量百分比包括以下组分：C0.02％、Mn3.0％、Si0.5％、Cr20％、Nb2.5％、Fe0.40％，余量为Ni。焊接时，层间温度控制在40℃；每填充2层，采用不锈钢钢丝轮对焊缝进行清理，焊接完成后对焊缝的背面采用机械方式进行清根即可。
性能测试：
(1)无损检测：执行标准NB/T47013.2-2015，100％Ⅱ级合格。
(2)理化试验：将实施例1-3和对比例1-3的试板按NB/T47014-2011要求加工成试件，测定试件力学性能，结果表2所示。
表2
可以看出，对试件进行测试后的抗拉强度完全符合NB/T47014要求，同时，通过对比例可以发现，单纯采用埋弧自动焊(对比例1-3)得到的试件的力学性能远低于本发明的等离子束焊封底、埋弧自动焊填充盖面的焊接工艺。
以上所述仅为本申请的优选实施例，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种高镍合金和低合金钢的埋弧自动焊方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：
1)焊前准备：首先，将高镍合金和低合金钢加工成V型内坡口；然后对焊丝、坡口及其两侧内表面进行清理，去除铁锈、油脂和灰尘；最后，对接好焊接坡口；
2)封底：采用等离子束焊对步骤1)中的坡口进行快速封底；
3)填充盖面：采用埋弧自动焊对步骤2)中封底后的坡口进行填充盖面、完成后对焊缝的背面进行清根。
2.如权利要求1所述的高镍合金和低合金钢的埋弧自动焊方法，其特征在于：步骤1)中，所述坡口的角度为20-22°，所述坡口的钝边为5mm。
3.如权利要求1所述的高镍合金和低合金钢的埋弧自动焊方法，其特征在于：步骤2)中，所述封底的焊接参数为：电流240～260A、焊接电压13～15V、离子气流量5～6L/min、焊接速度为200～250mm/min。
4.如权利要求1-3任一项所述的高镍合金和低合金钢的埋弧自动焊方法，其特征在于：步骤3)中，所述埋弧自动焊的层间温度控制在30～50℃。
5.如权利要求4所述的高镍合金和低合金钢的埋弧自动焊方法，其特征在于：步骤3)中，所述埋弧自动焊的焊丝选用的ERNiCr-3实心埋弧焊丝，按重量百分比包括以下组分：C0.02％、Mn3.0％、Si0.5％、Cr20％、Nb2.5％、Fe0.40％，余量为Ni。
6.如权利要求1所述的高镍合金和低合金钢的埋弧自动焊方法，其特征在于：步骤3)中，所述埋弧自动焊的焊接电流为：260-300A，电压为：28-32V。
7.如权利要求1所述的高镍合金和低合金钢的埋弧自动焊方法，其特征在于：步骤3)中，所述埋弧自动焊的焊接速度为：200～250mm/min。
8.如权利要求1所述的高镍合金和低合金钢的埋弧自动焊方法，其特征在于：步骤3)中，每填充2层，采用不锈钢钢丝轮对焊缝进行清理。
9.如权利要求1所述的高镍合金和低合金钢的埋弧自动焊方法，其特征在于：步骤3)中，所述清根时采用机械清根。
10.如权利要求1-9任一项所述的高镍合金和低合金钢的埋弧自动焊方法在大型容器焊接中的应用。
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