CN109570692A - 一种焊接方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种焊接方法，涉及焊接生产领域。一种焊接方法，其包括将垫板焊接到母材上；对母材进行热处理以及将内件焊接到垫板上。本焊接方法采用垫板替换带隔离层焊缝，在热处理前将垫板与母材焊接在一起，避免了作为受压元件的母材在热处理后接受焊接，有益于焊接后产品服役时的性能；在热处理后将垫板与内件焊接在一起，避免了由于内件被动地跟着进行热处理，从而导致的晶间腐蚀的情况发生的问题，提高了焊接产品的成品率，节约了焊接材料与焊接工时成本。

Description

一种焊接方法

技术领域

本发明涉及焊接生产领域，具体而言，涉及一种焊接方法。

背景技术

在焊接过程中，经常会遇见对不同材料的工件进行焊接的情况，例如在油气设备制造领域，经常会出现主体材质碳钢或者低合金钢容器，内件为奥氏体不锈钢、镍基合金等具有晶间腐蚀倾向的材料。当需要对容器的碳钢部分进行消应力热处理时(一般消应力热处理温度为600℃左右)，并且由于热处理后不能在受压元件上动焊，此时势必需要先将内件焊好，所以这些内件被动地跟着进行了热处理。

当奥氏体不锈钢进行600℃左右的退火时，会增加其发生晶间腐蚀的倾向。

在腐蚀介质，如原油、酸性气等的作用下，起源于金属表面沿晶界深入到金属内部的腐蚀成为晶间腐蚀。晶间腐蚀会导致晶粒间的结合力丧失，材料强度几乎消失，金属外观仍呈现金属光泽，但是敲击时已无金属的声音，钢质变脆。

奥氏体不锈钢对晶间腐蚀的敏感程度与其成分、加热的温度和时间有关。18-8型奥氏体不锈钢在450℃-850℃温度范围内加热后对晶间腐蚀最为敏感，通常把这一温度区间称为敏化温度区间，在此区间加热的过程属于敏化过程。敏化温度随着钢的含碳量变化而改变，碳含量越高出现晶间腐蚀的温度上限越高。18-8型奥氏体不锈钢，如果在服役过程中经450-850℃的加热过程，即经历所谓的“敏化加热”，由于在奥氏体当中超出溶解度的碳会向晶界扩散，而且碳的扩散速度较快，沿奥氏体的晶界就会沉淀出Cr23C6或(Fe,Cr)23C6(常写成M23C6)，使晶界的铬含量降低。此时晶内的Cr原子向晶界扩散，但是由于其扩散速度比较慢，不能及时补充晶界Cr的短缺，以致使晶界层Cr的质量分数低于12％，即所谓的“贫铬”。此时如遇到化学腐蚀介质，将会沿晶界发生腐蚀。

所以当奥氏体被动地跟着进行了600℃左右的热处理时，增大了其在服役过程中晶间腐蚀的倾向。目前，业内对于这个问题，一直没有很好的解决方法。

发明内容

本发明旨在提供一种焊接方法，以改善现有技术中的不同材料的工件焊接后出现晶间腐蚀的问题。

本发明的实施例是这样实现的：

一种焊接方法，其包括将垫板焊接到母材上；对母材进行热处理；将内件焊接到垫板上。

在本发明的一个实施例中：

上述将垫板焊接到母材上，具体包括：对垫板和母材进行周圈焊；在垫板上开设焊孔，在焊孔处进行熔焊。

在本发明的一个实施例中：

上述在焊孔处进行熔焊，具体包括：采用GTAW进行根部焊接；和/或采用SMAW和/或GMAW进行填充焊及盖面焊。

在本发明的一个实施例中：

上述焊孔为倒锥形孔，倒锥形孔的圆锥角为40°-90°；和/或焊孔底部为圆形或椭圆形，圆形的半径为15-20mm。

在本发明的一个实施例中：

熔焊后对焊孔进行打磨，使焊孔处与垫板齐平。

在本发明的一个实施例中：

上述对垫板和木材进行周圈焊，具体包括：采用GMAW和/或SMAW进行周圈焊。

在本发明的一个实施例中：

对焊缝进行检验，检验合格后，对母材进行热处理；

和/或，对热处理后的焊缝进行检验，检验合格后，将内件焊接到垫板上。

在本发明的一个实施例中：

选用SMAW将内件焊接到垫板上。

在本发明的一个实施例中：

上述垫板的厚度大于等于母材的厚度；

和/或，内件到垫板边缘的最短距离大于或者等于15mm；

和/或，垫板的材料与母材的材料相同。

在本发明的一个实施例中：

内件为槽钢或U型件，垫板为方形；或内件为角钢或L型件，垫板为L型；或内件为钢板或厚板，垫板为长方形。

本发明实施例的有益效果是：本发明的实施例提供了一种焊接方法，其包括将垫板焊接到母材上；对母材进行热处理以及将内件焊接到垫板上。本焊接方法采用垫板替换带隔离层焊缝，在热处理前将垫板与母材焊接在一起，避免了作为受压元件的母材在热处理后接受焊接，有益于焊接后产品服役时的性能；在热处理后将垫板与内件焊接在一起，避免了由于内件被动地跟着进行热处理，从而导致的晶间腐蚀的情况发生的问题，提高了焊接产品的成品率，节约了焊接材料与焊接工时成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例1提供的焊接方法的焊后局部结构示意图；

图2为本发明实施例1提供的焊接方法的垫板与母材的焊接局部结构示意图；

图3为本发明实施例1提供的焊接方法中内件为槽钢时垫板与内件焊接处的俯视示意图；

图4为本发明实施例1提供的焊接方法中内件为角钢时，垫板与内件焊接处的俯视示意图；

图5为本发明实施例1提供的焊接方法中内件为钢板时，垫板与内件焊接处的俯视示意图。

图标：100-母材；200-内件；300-垫板；310-焊孔。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

实施例1

图1为本实施例提供的焊接方法的焊后局部结构示意图。请参照图1，本实施例提供了一种焊接方法，其采用垫板300替换带隔离层焊缝。母材100与内件200分别与垫板300进行焊接，从而使母材100与内件200连接在一起。在对母材100进行热处理前，将母材100与垫板300进行焊接，避免在热处理后对母材100动焊；在母材100进行热处理后，将垫板300与内件200进行焊接，避免了内件200被动进行热处理导致的晶间腐蚀的问题发生。

下面对本实施例提供的焊接方法进行进一步说明：

本实施例提供的焊接方法包括以下步骤：

SO1：将垫板300焊接到母材100上。

选用GMAW(熔化极气体保护焊)或SMAW(手工电弧焊)进行周圈焊，将垫板300焊接到母材100上。

在本实施例中，母材100材质为Q345R，内件200材质为316。对于GMAW(熔化极气体保护焊)，焊接材料为ER50-6，且规格为Φ1.2mm,焊接电流为150A,电弧电压为20V,焊接速度为200mm/min；对于SMAW(手工电弧焊)，焊接材料为E5015，且规格为Φ4.0mm,焊接电流为130A,电弧电压为20V,焊接速度为150mm/min。需要说明的，对于GMAW(熔化极气体保护焊)，本领域技术人员根据相关标准或要求，焊接电流也可以为其他数值(例如150-280A内的某个数值),电弧电压也可以为其他数值(例如20-32V内的某个数值),焊接速度也可以为其他数值(例如200-500mm/min内的某个数值)；对于SMAW(手工电弧焊)，焊接电流也可以为其他数值(例如130-170A内的某个数值),电弧电压也可以为其他数值(例如20-28V内的某个数值),焊接速度也可以为其他数值(例如150-350mm/min内的某个数值)。还需要说明的，在其他具体实施例中，根据需求，母材100与内件200也可以采用其他材质。

由于同种金属其分子构成、组织和性能上一致相同，利于焊接，因此垫板300选用与母材100相同的材质，有益于焊后产品服役时的性能。为了使焊接在母材100上的垫板300能满足后续处理的要求，提高焊接后产品的可靠性，优选的，垫板300的厚度大于或等于母材100的厚度。

图2为本实施例提供的焊接方法的垫板300与母材100的焊接示意图。请参照图2，为了保证焊接后的垫板300与母材100具有足够的连接强度，除对垫板300进行周圈焊外，还需在垫板300上开设焊孔310并在焊孔310处进行熔焊，垫板300上焊孔310的数量需要保证除周圈焊外，垫板300与母材100有20％以上的区域通过焊接连接。优选的，开设的焊孔310为倒锥形孔。倒锥形孔的圆锥角为40°-90°，优选的，倒锥形孔的圆锥角为60°。进一步的，倒锥形孔的孔底部可以根据需求设置为圆形或椭圆形，圆形的半径优选地设置为15mm-20mm。需要说明的，在其他实施例中，也可以根据需求，将焊孔310设置为其他形状的孔，例如圆形孔、椭圆形孔，圆形孔的孔底为圆形，且半径为15-20mm；椭圆形孔的孔底为椭圆形。

进一步的，在对垫板300和母材100进行熔焊时，首先采用GTAW(钨极惰性气体保护焊)进行根部焊道的焊接，保证根部充分融合；然后再采用SMAW(熔化极气体保护焊)和/或GMAW(手工电弧焊)进行填充和盖面焊道的焊接，保证垫板300与母材100焊接后的连接强度。需要说明的，在其他具体实施例中，也可以根据需求，在对垫板300和母材100进行熔焊时，仅进行根部焊接或仅进行填充焊和盖面焊。

在本实施例中，对于GTAW(钨极惰性气体保护焊)，焊接材料为ER50-6且规格为Φ2.5mm,焊接电流为80A,电弧电压为10V,焊接速度为50mm/min。可以理解的，在其他具体实施例中，可以根据客户的需求，焊接电流选择其他数值(例如80-190A内的某个数值),电弧电压选择其他数值(例如10-19V内的某个数值),焊接速度选择其他数值(例如50-150mm/min内的某个数值)。

在焊孔310处进行熔焊后焊孔310处会出现凹凸不平的状况，由于在后续的处理中，还需在垫板300上焊接内件200，凹凸不平的表面不利于内件200的焊接，焊接后稳定性差，因此在进行熔焊后需要对焊孔310处进行打磨，使焊孔310处与垫板300表面齐平。

需要说明的，在本实施例中，熔焊后直接对焊孔310处进行打磨，可以理解的，在其他具体实施例中，也可以根据用户的需求，将对焊孔310处进行打磨这一工序放在本实施例其他步骤之后进行，只需满足在将内件200焊接到垫板300上之前对焊孔310处进行打磨即可。

为了保证焊接后的垫板300与母材100具有良好的性能，焊接结构安全稳定地运行，避免焊接后垫板300或母材100出现裂纹等缺陷，在进行后续处理前应对周圈焊及熔焊的焊缝采用磁粉探伤进行检测，检测合格后，继续进行后续处理。在其他实施例中，也可以根据用户的需求，选择其他无损检测手段进行检测，例如射线检测。

SO2：对母材100进行热处理。

为了消除母材100的焊接残余应力，稳定焊接结构的形状和尺寸、减少畸变，需要对母材100进行热处理。热处理的温度高于600℃。具体的，热处理的保温时间以及热处理时升降温的速度等数据，均按照压力容器焊接规程(NB/T47015)进行。

为了保证热处理后的母材100不会出现裂纹等损伤，在热处理后采用磁粉探伤对周圈焊及熔焊的焊缝进行检测，检测合格后，继续进行后续处理。在其他具体实施例中，也可以根据客户需求选择着色检测等其他检测手段。

需要说明的，在本实施例中，热处理前后均采用磁粉探伤对周圈焊及熔焊的焊缝进行检测，确保处理后的材料能够安全稳定地运行，可以理解的，在其他具体实施例中，也可以根据用户的需求仅在热处理后对周圈焊及熔焊的焊缝进行检测。

SO3：将内件200焊接到垫板300上。

选用SMAW(手工电弧焊)将内件200焊接到垫板300上。焊接材料选用E309L-16，规格为Φ4.0mm，焊接电流为145A,电弧电压为23V,焊接速度为250mm/min。可以理解的，在其他具体实施例中，可以根据用户的需求，焊接电流选择其他数值(例如130-160A内的某个数值),电弧电压选择其他数值(例如20-26V内的某个数值),焊接速度选择其他数值(例如150-350mm/min内的某个数值)。

为了保证垫板300具有足够的空间焊接内件200，且内件200焊接到垫板300后具有足够的连接强度，内件200到垫板300边缘的最短距离为15mm。可以理解的，在其他具体实施例中，也可以根据用户需求，将内件200到垫板300边缘的距离设置为大于15mm。

图3为内件200为槽钢时，垫板300与内件200焊接处的局部剖面示意图；图4为内件200为角钢时，垫板300与内件200焊接处的局部剖面示意图；图5为内件200为钢板时，垫板300与内件200焊接处的局部剖面示意图。进一步的，垫板300可以根据内件200形状的不同设置为不同形式。优选的，当内件200为槽钢或U型件时，垫板300设置为方型(如图3所示)；当内件200为角钢或L型件时，垫板300设置为L型(如图4所示)；当内件200为钢板或厚板时，垫板300设置为长方形(如图5所示)。

综上，本发明的实施例提供了一种焊接方法，其采用与母材材质相同的垫板替换隔离层焊缝，将垫板与母材焊接后对母材进行热处理，避免热处理后对作为受压元件的母材动焊，而且采用同种材料进行焊接，有益于焊后产品服役时的性能；热处理后将内件与垫板进行焊接，彻底避免了因内件被动进行热处理造成的晶间腐蚀的问题。除使用周圈焊对垫板和母材进行焊接外，还在垫板上还设有焊孔进行熔焊，使垫板与母材的连接强度更高，稳定性更好；在热处理前后均对焊缝进行检测，保证了焊接产品的可靠性。且本发明的实施例提供的焊接方法节省了焊接材料与焊接工时成本。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种焊接方法，其特征在于，包括：

将垫板焊接到母材上；

对所述母材进行热处理；

将内件焊接到所述垫板上。

2.根据权利要求1所述的焊接方法，其特征在于，将垫板焊接到母材上，具体包括：

对所述垫板和所述母材进行周圈焊；在所述垫板上开设焊孔，在所述焊孔处进行熔焊。

3.根据权利要求2所述的焊接方法，其特征在于，在所述焊孔处进行熔焊，具体包括：

采用GTAW进行根部焊接；和/或采用SMAW和/或GMAW进行填充焊及盖面焊。

4.根据权利要求2所述的焊接方法，其特征在于：

所述焊孔为倒锥形孔，所述倒锥形孔的圆锥角为40°-90°；和/或所述焊孔底部为圆形或椭圆形，所述圆形的半径为15-20mm。

5.根据权利要求2所述的焊接方法，其特征在于：

熔焊后对所述焊孔进行打磨，使所述焊孔处与所述垫板齐平。

6.根据权利要求2所述的焊接方法，其特征在于，对所述垫板和所述母材进行周圈焊，具体包括：

采用GMAW和/或SMAW进行周圈焊。

7.根据权利要求1所述的焊接方法，其特征在于：

对焊缝进行检验，检验合格后，对所述母材进行热处理；

和/或，对热处理后的焊缝进行检验，检验合格后，将所述内件焊接到所述垫板上。

8.根据权利要求1所述的焊接方法，其特征在于：

选用SMAW将所述内件焊接到所述垫板上。

9.根据权利要求1所述的焊接方法，其特征在于：

所述垫板的厚度大于等于所述母材的厚度；

和/或，所述内件到所述垫板边缘的最短距离大于或者等于15mm；

和/或，所述垫板的材料与所述母材的材料相同。

10.根据权利要求1所述的焊接方法，其特征在于：

所述内件为槽钢或U型件，所述垫板为方形；或所述内件为角钢或L型件，所述垫板为L型；或所述内件为钢板或厚板，所述垫板为长方形。