CN109352143B - 一种不锈钢热轧卷板焊接方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种不锈钢热轧卷板焊接方法，属于不锈钢材料加工技术领域。该方法采用熔化极气体保护焊，直流反极性接法，单层单道对接焊工艺。焊接材料选择奥氏体不锈钢实芯焊丝。正面保护气体流量控制在25~40L/min。剪切横断面组对作为简易的I型坡口，背面采用铜衬垫强制成形，衬垫厚度20~40mm，宽度40~80mm，成形槽宽度4~6mm，深度1mm。应用此工艺，可实现全自动化焊接，配合低热输入焊接参数，可获得厚度3~7mm、具有良好塑韧性的不锈钢热轧卷板焊接接头，并可免除坡口加工、表面氧化皮清理、预热和焊后热处理等工作，提高了不锈钢热轧卷板的焊接质量和焊接效率。

Description

一种不锈钢热轧卷板焊接方法
技术领域
本发明属于不锈钢材料加工技术领域，涉及一种不锈钢热轧卷板焊接方法，具体涉及铁素体不锈钢、奥氏体不锈钢和/或双相不锈钢热轧卷板的焊接方法。
背景技术
不锈钢热轧卷板（hot rolled coil）因高温轧制，表面存在氧化皮（scale），在后续的冷轧过程会产生氧化皮压入表面缺陷，需将各卷头尾焊接以保证连续酸洗（pickling），从而去除氧化皮。热轧黑卷的加工通常先通过机械加工坡口，然后机械打磨去除坡口附近的氧化皮，以保证焊缝成型，同时避免焊缝区域产生夹杂缺陷。这些操作保证了焊接质量，但影响了生产效率。且该焊接过程采用背面惰性气体保护，防止焊接过程发生氧化，浪费资源。另外，间隙原子含量较高的铁素体不锈钢（C、N≥0.03wt%）通过电弧焊后热影响区存在马氏体相变和晶粒粗化，导致脆性，焊接接头断裂的风险较大，一般采用预热和焊后热处理的方法减轻脆性，这影响了连续酸洗工艺，当前主要依靠人工焊接筋板（stiffener）以加强焊缝，这增加了焊接作业时间和工人的劳动强度。
发明内容
本发明的目的是为了克服上述已有技术的缺陷，提供一种可提高焊接质量、实现高效全自动化焊接的不锈钢热轧卷板焊接方法。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种不锈钢热轧卷板
焊接方法，该焊接方法中不锈钢热轧卷板为铁素体不锈钢热轧卷板、奥氏体不锈钢热轧卷板和双相不锈钢热轧卷板，焊接方法选用熔化极气体保护焊，直流反极性接法和单层单道对接焊工艺。通过直流反极性接法，可利用阴极破碎原理清除氧化皮，这为省略坡口附近区域氧化皮清理工序成为可能。具体焊接步骤包括：
（1）保护气体准备及流量调节：采用正面惰性气体保护，保护气体中活性气体含量不超过3%，保护气体流量控制在25~40L/min；
（2）焊接材料及其直径选择：焊接材料采用实芯奥氏体不锈钢焊丝，焊丝直径1.0~1.6mm；
（3）坡口准备：采用剪切横断面组对作为I型坡口，省略坡口加工工序；
（4）背部成形：采用铜垫板强制成形；
（5）组对间隙选择：组对间隙增大，所需填充焊丝（电流）也就相应增加。因此，组对间隙既要保证电弧穿透，又不能导致大的热输入。根据实验结果，合理的组对间隙由热轧卷板厚度决定。热轧卷板厚度取前后衔接材料厚度的平均值，则热轧卷板厚度3＜h≤4mm时，组对间隙取1.3~1.8mm；热轧卷板厚度4＜h≤5mm时，组对间隙取1.5~2.0mm；热轧卷板厚度5＜h≤6mm时，组对间隙取1.7~2.2mm；热轧卷板厚度6＜h≤7mm时，组对间隙取1.9~2.4mm；
（6）焊接参数选择并进行焊接：焊炬高度取19~24mm，焊接电压取24~27V；热轧卷板厚度3＜h≤4mm时，送丝速度取9.5~11.5m/min，焊接速度取0.80~1.00m/min；热轧卷板厚度4＜h≤5mm时，送丝速度取10.0~12.0m/min，焊接速度取0.75~0.95m/min；热轧卷板厚度5＜h≤6mm时，送丝速度取10.5~12.5m/min，焊接速度取0.70~0.90m/min；热轧卷板厚度6＜h≤7mm时，送丝速度取11.5~13.5m/min，焊接速度取0.65~0.85m/min。
上述不锈钢热轧卷板焊接为铁素体不锈钢、奥氏体不锈钢和双相不锈钢之间的同种或异种材质焊接。
作为本发明技术方案的优选，上述不锈钢热轧卷板厚度特征为同种或异种焊接的母材厚度偏差不大于20%，可保证前后衔接热轧卷板有效承载面积基本一致。
上述步骤（1）中，活性气体为O2或CO2，且其含量优选为2%。
该活性气体的加入不仅增加电流的稳定性，并且可以得到较大的熔深，有助于采用较小的焊接热输入参数实现单层单道焊接。
上述步骤（4）中，用于强制成形的铜垫板尺寸为厚20~40mm，直径40~80mm，成形槽宽4~6mm，深1mm。通过限制成形槽尺寸，可免除坡口加工，容易获得较好的焊缝成形。
相比于现有技术，本发明的有益效果如下：
1、焊接过程只采用大流量保护气体进行正面保护，在节约保护气体的基础上可抑制热影响区晶粒粗化，提高焊接质量，对提高铁素体不锈钢和双相不锈钢的焊接性能尤其重要。
2、采用剪切断面作为I型坡口面，配合铜衬垫强制成形，容易获得良好的焊缝成形，免除了坡口加工和氧化皮机械去除工序，可实现高效全自动化焊接。且铜衬垫的使用还可达到焊缝背部冷却的效果，减小了背部热影响区宽度和晶粒粗化程度。
3、根据热轧卷板厚度确定组对间隙，在保证电弧穿透的同时，不会导致大的热输入，保证焊接接头的塑韧性。
4、根据热轧卷板厚度确定焊接电压、送丝速度（电流）和焊接速度，实现单层单道焊，保证焊缝成形良好、余高和热输入控制较小，减小焊接接头的缺口效应，获得较窄热影响区宽度和细化的晶粒，改善焊接接头力学性能。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明不锈钢热轧卷板焊接方法作进一步详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，而非对该发明的限定。
实施例1
选取前后卷板均为10Cr17铁素体不锈钢热轧卷板，前后卷板厚度均为4.5mm。
（1）保护气体准备及流量调节：采用氩气进行正面气体保护，保护气体中活性气体为O2，含量2%，保护气体流量为30L/min；
（2）焊接材料及其直径选择：焊接材料选用ER309L-Si实芯焊丝，焊丝直径1.2mm；
（3）坡口准备：采用剪切横断面组对作为I型坡口；
（4）背部成形：采用铜垫板强制成形；衬垫厚度25mm，宽度60mm，成形槽宽度4mm，深度1mm；
（5）组对间隙选择：组对间隙1.7mm；
（6）焊接参数选择并进行焊接：焊接电压26.5V，送丝速度11.5m/min，焊接速度0.85m/min，焊炬高度20mm。
焊接接头弯曲性能检测：仅去除受压面余高，弯曲条件D=4a，面弯和背弯180°均完好。
实际生产过程中，直到产品下线，焊接接头未发现裂纹。
实施例2
选取前后卷板均为022Cr12Ti铁素体不锈钢热轧卷板，前后卷板厚度均为7.0mm。
（1）保护气体准备及流量调节：采用氩气进行正面气体保护，保护气体中活性气体为O2，含量2%，保护气体流量为35L/min；
（2）焊接材料及其直径选择：焊接材料选用ER309L-Si实芯焊丝，焊丝直径1.2mm；
（3）坡口准备：采用剪切横断面组对作为I型坡口；
（4）背部成形：采用铜垫板强制成形；衬垫厚度40mm，宽度80mm，成形槽宽度5mm，深度1mm；
（5）组对间隙选择：组对间隙1.7mm；
（6）焊接参数选择并进行焊接：焊接电压26.0V，送丝速度12.5m/min，焊接速度0.85m/min，焊炬高度24mm。
焊接接头弯曲性能检测：仅去除受压面余高，弯曲条件D=4a，面弯和背弯180°均完好。
实际生产过程中，直到产品下线，焊接接头未发现裂纹。
实施例3
选取前后卷板均为022Cr23Ni5Mo3N双相不锈钢热轧卷板，前行卷板厚度5.5mm，后行卷板厚度6.0mm。
（1）保护气体准备及流量调节：采用氩气进行正面气体保护，保护气体中活性气体为O2，含量2%，保护气体流量为35L/min；
（2）焊接材料及其直径选择：焊接材料选用ER308L-Si实芯焊丝，焊丝直径1.2mm；
（3）坡口准备：采用剪切横断面组对作为I型坡口；
（4）背部成形：采用铜垫板强制成形；衬垫厚度40mm，宽度80mm，成形槽宽度4mm，深度1mm；
（5）组对间隙选择：组对间隙2.0mm；
（6）焊接参数选择并进行焊接：焊接电压27.0V，送丝速度12.5m/min，焊接速度0.70m/min，焊炬高度23mm。
焊接接头弯曲性能检测：仅去除受压面余高，弯曲条件D=4a，面弯和背弯180°均完好。
实际生产过程中，直到产品下线，焊接接头未发现裂纹。
实施例4
选取前后卷板均为06Cr19Ni10奥氏体不锈钢热轧卷板，前后卷板厚度均为3.1mm。
（1）保护气体准备及流量调节：采用氩气进行正面气体保护，保护气体中活性气体为CO2，含量2%，保护气体流量为25L/min；
（2）焊接材料及其直径选择：焊接材料选用ER308L-Si实芯焊丝，焊丝直径1.0mm；
（3）坡口准备：采用剪切横断面组对作为I型坡口；
（4）背部成形：采用铜垫板强制成形；衬垫厚度20mm，宽度40mm，成形槽宽度4mm，深度1mm；
（5）组对间隙选择：组对间隙1.3mm；
（6）焊接参数选择并进行焊接：焊接电压24.0V，送丝速度10.5m/min，焊接速度1.00m/min，焊炬高度19mm。
焊接接头弯曲性能检测：仅去除受压面余高，弯曲条件D=4a，面弯和背弯180°均完好。
实际生产过程中，直到产品下线，焊接接头未发现裂纹。
实施例5
选取前后卷板均为022Cr17Ni12Mo2奥氏体不锈钢热轧卷板，前后卷板厚度均为7.0mm。
（1）保护气体准备及流量调节：采用氩气进行正面气体保护，保护气体中活性气体为CO2，含量3%，保护气体流量为40L/min；
（2）焊接材料及其直径选择：焊接材料选用ER308L-Si实芯焊丝，焊丝直径1.6mm；
（3）坡口准备：采用剪切横断面组对作为I型坡口；
（4）背部成形：采用铜垫板强制成形；衬垫厚度40mm，宽度80mm，成形槽宽度6mm，深度1mm；
（5）组对间隙选择：组对间隙1.3mm；
（6）焊接参数选择并进行焊接：焊接电压27.0V，送丝速度13.5m/min，焊接速度0.7m/min，焊炬高度24mm。
焊接接头弯曲性能检测：仅去除受压面余高，弯曲条件D=4a，面弯和背弯180°均完好。
实际生产过程中，直到产品下线，焊接接头未发现裂纹。
实施例6
选取前后卷板均为022Cr18NbTi铁素体不锈钢热轧卷板，前后卷板厚度均为5.1mm。
（1）保护气体准备及流量调节：采用氩气进行正面气体保护，保护气体中活性气体为O2，含量1%，保护气体流量为30L/min；
（2）焊接材料及其直径选择：焊接材料选用ER309L-Si实芯焊丝，焊丝直径1.2mm；
（3）坡口准备：采用剪切横断面组对作为I型坡口；
（4）背部成形：采用铜垫板强制成形；衬垫厚度20mm，宽度40mm，成形槽宽度5mm，深度1mm；
（5）组对间隙选择：组对间隙1.9mm；
（6）焊接参数选择并进行焊接：焊接电压26.0V，送丝速度12.5m/min，焊接速度0.9m/min，焊炬高度21mm。
焊接接头弯曲性能检测：仅去除受压面余高，弯曲条件D=4a，面弯和背弯180°均完好。
实际生产过程中，直到产品下线，焊接接头未发现裂纹。
实施例7
选取10Cr17铁素体不锈钢卷板为前行卷板，06Cr19Ni10奥氏体不锈钢热轧卷板为后行卷板，前后卷板厚度均为4.8mm。
（1）保护气体准备及流量调节：采用氩气进行正面气体保护，保护气体中活性气体为O2，含量2%，保护气体流量为30L/min；
（2）焊接材料及其直径选择：焊接材料选用ER309L-Si实芯焊丝，焊丝直径1.2mm；
（3）坡口准备：采用剪切横断面组对作为I型坡口；
（4）背部成形：采用铜垫板强制成形；衬垫厚度30mm，宽度60mm，成形槽宽度4mm，深度1mm；
（5）组对间隙选择：组对间隙1.8mm；
（6）焊接参数选择并进行焊接：焊接电压26.5V，送丝速度12.0m/min，焊接速度0.85m/min，焊炬高度20mm。
焊接接头弯曲性能检测：仅去除受压面余高，弯曲条件D=4a，面弯和背弯180°均完好。
实际生产过程中，直到产品下线，焊接接头未发现裂纹。
实施例8
选取019Cr21CuTi铁素体不锈钢卷板为前行卷板，022Cr17Ni12Mo2奥氏体不锈钢卷板为后行卷板，前后卷板厚度均为5.2mm。
（1）保护气体准备及流量调节：采用氩气进行正面气体保护，保护气体中活性气体为O2，含量1%，保护气体流量为25L/min；
（2）焊接材料及其直径选择：焊接材料选用ER308L-Si实芯焊丝，焊丝直径1.6mm；
（3）坡口准备：采用剪切横断面组对作为I型坡口；
（4）背部成形：采用铜垫板强制成形；衬垫厚度20mm，宽度40mm，成形槽宽度5mm，深度1mm；
（5）组对间隙选择：组对间隙1.9mm；
（6）焊接参数选择并进行焊接：焊接电压26.0V，送丝速度12.5m/min，焊接速度0.90m/min，焊炬高度23mm。
焊接接头弯曲性能检测：仅去除受压面余高，弯曲条件D=4a，面弯和背弯180°均完好。
实际生产过程中，直到产品下线，焊接接头未发现裂纹。
实施例9
选取022Cr23Ni5Mo3N双相不锈钢卷板为前行卷板、07Cr19Ni11Ti奥氏体不锈钢卷板为后行卷板，前行卷板厚度6.0mm，后行卷板厚度5.8mm。
（1）保护气体准备及流量调节：采用氩气进行正面气体保护，保护气体中活性气体为O2，含量2%，保护气体流量为35L/min；
（2）焊接材料及其直径选择：焊接材料选用ER308L-Si实芯焊丝，焊丝直径1.2mm；
（3）坡口准备：采用剪切横断面组对作为I型坡口；
（4）背部成形：采用铜垫板强制成形；衬垫厚度40mm，宽度80mm，成形槽宽度4mm，深度1mm；
（5）组对间隙选择：组对间隙2.3mm；
（6）焊接参数选择并进行焊接：焊接电压27.0V，送丝速度12.5m/min，焊接速度0.70m/min，焊炬高度24mm。
焊接接头弯曲性能检测：仅去除受压面余高，弯曲条件D=4a，面弯和背弯180°均完好。
实际生产过程中，直到产品下线，焊接接头未发现裂纹。
以上描述仅为本申请的较佳实施例。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离本发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims (5)

1.一种不锈钢热轧卷板焊接方法，其特征在于，该焊接方法的所述不锈钢热轧卷板为铁素体不锈钢热轧卷板、奥氏体不锈钢热轧卷板和双相不锈钢热轧卷板，焊接方法选用熔化极气体保护焊，直流反极性接法和单层单道对接焊工艺，具体焊接步骤包括：
（1）保护气体准备及流量调节：采用正面惰性气体保护，保护气体中活性气体含量不超过3%，保护气体流量控制在25~40L/min；
（2）焊接材料及其直径选择：焊接材料采用实芯奥氏体不锈钢焊丝，焊丝直径1.0~1.6mm；
（3）坡口准备：采用剪切横断面组对作为I型坡口；
（4）背部成形：采用铜垫板强制成形；用于强制成形的铜垫板尺寸为厚20~40mm，宽40~80mm，成形槽宽4~6mm，深1mm；
（5）组对间隙选择：热轧卷板厚度3＜h≤4mm时，组对间隙取1.3~1.8mm；热轧卷板厚度4＜h≤5mm时，组对间隙取1.5~2.0mm；热轧卷板厚度5＜h≤6mm时，组对间隙取1.7~2.2mm；热轧卷板厚度6＜h≤7mm时，组对间隙取1.9~2.4mm；
（6）焊接参数选择并进行焊接：焊炬高度取19~24mm，焊接电压取24~27V；热轧卷板厚度3＜h≤4mm时，送丝速度取9.5~11.5m/min，焊接速度取0.80~1.00m/min；热轧卷板厚度4＜h≤5mm时，送丝速度取10.0~12.0m/min，焊接速度取0.75~0.95m/min；热轧卷板厚度5＜h≤6mm时，送丝速度取10.5~12.5m/min，焊接速度取0.70~0.90m/min；热轧卷板厚度6＜h≤7mm时，送丝速度取11.5~13.5m/min，焊接速度取0.65~0.85m/min。
2.根据权利要求1所述的不锈钢热轧卷板焊接方法，其特征在于，所述不锈钢热轧卷板焊接为铁素体不锈钢、奥氏体不锈钢和双相不锈钢之间的同种或异种材质焊接。
3.根据权利要求2所述的不锈钢热轧卷板焊接方法，其特征在于，所述同种或异种焊接的母材厚度偏差不大于20%。
4.根据权利要求1-3任一项所述的不锈钢热轧卷板焊接方法，其特征在于，步骤（1）中，所述保护气体为氩气。
5.根据权利要求1-3任一项所述的不锈钢热轧卷板焊接方法，其特征在于，步骤（1）中，所述活性气体为O2或CO2，且其含量为2%。
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