CN110026644A - 复合板与双相不锈钢的角接焊方法及角接件 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种复合板与双相不锈钢的角接焊方法及角接件，角接焊方法包括：S1、分别在复合板和双相不锈钢板的待接端上加工坡口；S2、将复合板和双相不锈钢板相对垂直放置，并将复合板和双相不锈钢板以坡口进行间隙对接，两个坡口对接形成V形坡口；S3、采用SMAW在V形坡口内施焊，形成打底焊缝将第一奥氏体不锈钢层与双相不锈钢板进行连接；S4、采用SMAW在打底焊缝上施焊，形成连接焊缝，将V形坡口填充并将低合金钢层与双相不锈钢板连接。本发明实现复合板和双相不锈钢板之间的全焊透角接焊接，使得复合板与双相不锈钢间实现高强度冶金结合，满足核反应堆中抑压池等的性能设计要求，也可广泛的应用于化学工业、海洋船舶、核电其他设备制造领域。

Description

复合板与双相不锈钢的角接焊方法及角接件
技术领域
本发明涉及金属复合板焊接技术领域，尤其涉及一种复合板与双相不锈钢的角接焊方法及角接件。
背景技术
304L不锈钢是一种通用性的标准型号的超低碳奥氏体不锈钢，广泛地用于制作要求具备耐腐蚀和良好成型性等综合性能的设备和机件中。10CrNi3MoV低合金钢为调质热处理钢，经过淬火+回火热处理获得高强高韧机械性能。304L奥氏体不锈钢/10CrNi3MoV低合金钢复合板同时具有耐腐蚀及高强高韧机械性能等的优点，是耐压壳或核反应堆抑压池结构、舰船钢结构、海水换热中的板式设备的优选材料，但冶金结合金属复合板的焊接研究刚刚起步，较大程度的限制了复合板的运用。
2205不锈钢是一种典型的含氮、超低碳双相不锈钢，其具有优良的力学性能、耐蚀性能和工艺性能，使其成为目前应用最广泛的双相不锈钢材，两相组织的特征使得双相不锈钢兼顾铁素体不锈钢和奥氏体不锈钢的优点，不仅具有奥氏体钢的优良韧性和焊接性，同时还具有铁素体不锈钢较高的强度和耐氯化物应力腐蚀性能。
在海洋平台中，紧凑布置小型核反应堆抑压池结构位于核反应堆外，设计基准事故条件下，短期抑制核反应堆舱内瞬态压力峰值，防止核反应堆舱瞬时超压，保持核反应堆舱内压力在设计值以下并维持在可接受范围。抑压池结构选用304L奥氏体不锈钢/10CrNi3MoV低合金钢复合板能有效的避免常规的“碳钢板+防腐涂层”的寿命短、需定时维护的缺点。而抑压池舱体复合板需要与主设备支承结构用双相不锈钢2205焊接以实现高强度冶金结合，合格的焊接工艺成为抑压池安全运行的关键要素。
因此，有必要研究一种焊接方式，实现304L奥氏体不锈钢/10CrNi3MoV低合金钢复合板与双相不锈钢2205连接的焊接工艺，这对提升设备性能及寿命、减小相关人员核辐照损伤、降低设备制造成本、缩短设备制造周期、保障设备安全运行起到重要意义。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，提供一种实现复合板和双相不锈钢的高强度冶金结合的复合板与双相不锈钢的角接焊方法及该角接焊方法制成的角接件。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种复合板与双相不锈钢的角接焊方法，用于复合板和双相不锈钢板的焊接；所述复合板包括低合金钢层以及通过爆炸焊复合在低合金钢层一面上的第一奥氏体不锈钢层；所述复合板与双相不锈钢的角接焊方法包括以下步骤：
S1、分别在复合板和双相不锈钢板的待接端上加工坡口；
S2、将所述复合板和双相不锈钢板相对垂直放置，并将所述复合板和双相不锈钢板以坡口进行间隙对接，两个所述坡口对接形成V形坡口；
S3、采用SMAW在所述V形坡口内施焊，形成打底焊缝将所述第一奥氏体不锈钢层与所述双相不锈钢板进行连接；
S4、采用SMAW在所述打底焊缝上施焊，形成连接焊缝，将所述V形坡口填充并将所述低合金钢层与所述双相不锈钢板连接。
优选地，所述复合板的坡口具有钝边，所述钝边位于第二奥氏体不锈钢层上。
优选地，步骤S2中，对接后，所述复合板的坡口的钝边与所述双相不锈钢板的一表面边缘处间隙相对，该间隙宽度为1mm-3mm。
优选地，步骤S2中，所述V形坡口的角度为60°±10°。
优选地，步骤S3中，施焊时，从所述V形坡口一开口向打底焊缝待焊位置进行焊接，焊接完成后，进行清根后从所述V形坡口相对另一开口进行焊接，形成打底焊缝。
优选地，步骤S3中，施焊所述打底焊缝的焊接电流为120-150A，焊接速度为150-180mm/min；
步骤S4中，施焊所述连接焊缝的焊接电流为120-150A，焊接速度为150-180mm/min。
优选地，所述复合板中，所述低合金钢层的厚度为30-35mm，所述第一奥氏体不锈钢层的厚度为2-6mm。
优选地，所述低合金钢层为10CrNi3MoV低合金钢板，所述第一奥氏体不锈钢层为304L不锈钢板；所述双相不锈钢板为2205双相不锈钢；
施焊所述打底焊缝的焊条采用E2209焊条；施焊所述连接焊缝的焊条采用E2209焊条。
优选地，所述复合板与双相不锈钢的角接焊方法还包括以下步骤：
S5、表面处理和热处理。
优选地，所述复合板还包括通过爆炸焊复合在所述低合金钢层相对另一面上的第二奥氏体不锈钢层；
所述复合板与双相不锈钢的角接焊方法还包括以下步骤：
S4.1、采用SMAW在所述连接焊缝上施焊，形成盖面焊缝，将所述第二奥氏体不锈钢层与所述双相不锈钢板连接。
优选地，步骤S4.1中，施焊所述盖面焊缝的焊接电流为120-150A，焊接速度为150-180mm/min。
本发明还提供一种角接件，包括通过上述任一项所述的角接焊方法连接为一体的复合板和双相不锈钢板。
本发明的复合板与双相不锈钢的角接焊方法，采用V形坡口的手工电弧焊(SMAW)方式实现复合板和双相不锈钢板之间的全焊透角接焊接，使得复合板与双相不锈钢间实现高强度冶金结合，满足核反应堆中抑压池等的性能设计要求，对提升设备性能及寿命、减小相关人员核辐照损伤、降低设备制造成本、缩短设备制造周期、保障设备安全运行起到重要意义，也可广泛的应用于化学工业、海洋船舶、核电其他设备制造领域。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明一实施例的角接焊方法中复合板和双相不锈钢板对接时(焊接前)的结构示意图；
图2是本发明一实施例的角接焊方法中复合板和双相不锈钢板对接(焊接后)的结构示意图。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。
参考图1、2，本发明一实施例的复合板与双相不锈钢的角接焊方法，用于复合板100和双相不锈钢板200的焊接。其中，复合板100包括低合金钢层101以及通过爆炸焊复合在低合金钢层101一面上的第一奥氏体不锈钢层102。该复合板与双相不锈钢的角接焊方法可包括以下步骤：
S1、分别在复合板100和双相不锈钢板200的待接端上加工坡口。
如图1中所示，复合板100上的坡口具有钝边103，钝边103位于第一奥氏体不锈钢层102上。
复合板100和双相不锈钢板200的坡口均采用机械加工方式形成，经过表面抛光打磨等处理使坡面具有一定的粗糙度，可为但不限于6.3μm。坡口形成后需要经PT(渗透无损检测)并合格。
复合板100中，低合金钢层101的厚度为30-35mm，第一奥氏体不锈钢层102的厚度为2-6mm。
S2、将复合板100和双相不锈钢板200相对垂直放置，并将复合板100和双相不锈钢板200以坡口进行间隙对接，两个坡口对接形成V形坡口300。
对接后，复合板100的坡口的钝边103与双相不锈钢板200的一表面边缘处间隙相对，该间隙宽度为1mm-3mm。间隙也成为V形坡口300的最窄处。
对接后的复合板100和双相不锈钢板200呈L型，通过后续的焊接即可将两者连接为一体。V形坡口300的角度为60°±10°。
S3、采用SMAW(手工电弧焊)在V形坡口300内施焊，形成打底焊缝301将复合板100的第一奥氏体不锈钢层102与双相不锈钢板200进行连接。
打底焊缝301的施焊也是对复合板100和双相不锈钢板200进行定位焊。
打底焊缝301可以由一层或以上的焊缝形成。焊接时，从V形坡口300一开口向打底焊缝待焊位置进行焊接，完成后需要进行清根后从V形坡口300相对另一开口焊接，以此进行形成打底焊缝301。打底焊缝301位于V形坡口300的最窄处。
焊接前，可先对复合板100和双相不锈钢板200特别是V形坡口300处预热至温度≥25℃；焊接时层间温度不高于120℃。对于焊接前复合板100和双相不锈钢板200特别是V形坡口300处温度不低于25℃，不需要预热。
作为选择，施焊打底焊缝301的焊接电流为120-150A，焊接速度为150-180mm/min。
焊后进行PT(渗透无损检测)。
S4、采用SMAW在打底焊缝301上施焊，形成连接焊缝302，将V形坡口300填充并将低合金钢层101与双相不锈钢板200连接。
作为选择，施焊连接焊缝302的焊接电流为120-150A，焊接速度为150-180mm/min。
焊后进行PT(渗透无损检测)。
本实施例中，复合板100的低合金钢层101为10CrNi3MoV低合金钢板(也为921A)，第一奥氏体不锈钢层102为304L不锈钢板。双相不锈钢板200为2205双相不锈钢。
对应复合板100和双相不锈钢板200的材料，作为选择，上述步骤中，施焊打底焊缝301的焊条采用E2209焊条，施焊连接焊缝302的焊条采用E2209焊条。对复合板100和双相不锈钢板200角接处焊材的选择及焊接方式，使得角接处具有不亚于母材的高强度、耐蚀性能，保证角接处具有足够的可靠性和安全性。
上述各焊缝焊接过程中，控制层间温度≤120℃；焊接时月牙形运弧。
上述步骤S1-S4完成后，复合板100和双相不锈钢板200连接为一体，呈L形。
进一步地，本实施例的角接焊方法还包括：
S5、表面处理和热处理。
表面处理主要将复合板100和双相不锈钢板200角接处进行抛光磨平处理，使得角接处的表面与复合板100和双相不锈钢板200的表面平齐。
热处理主要为退火处理。退火处理用于消除复合板100和双相不锈钢板200在焊接后残余应力。退火处理时，退火温度为500℃-600℃。具体地，将一体的复合板100和双相不锈钢板200缓慢加热到500℃-600℃，并保温一定的时间，再以适宜速度冷却。
在其他实施例中，复合板100还包括第二奥氏体不锈钢层，其通过爆炸焊复合在低合金钢层101相对另一面上。对于该种复合板100，角接焊方法在步骤S4之后还包括：S4.1、采用SMAW在连接焊缝302上施焊，形成盖面焊缝，将第二奥氏体不锈钢层与双相不锈钢板连接。施焊盖面焊缝的焊接电流为120-150A，焊接速度为150-180mm/min。焊条也同样采用E2209焊条。
结合图2，本发明一实施的复合板100和双相不锈钢板200的角接焊方法中各层施焊过程具体参数如下表1所示。
表1.焊接参数
对本实施例焊接后的复合板和双相不锈钢板进行检测，结果如下：
焊缝性能检测结果：PT(渗透无损检测)、UT(超声波无损)检测合格，金相检测和晶间腐蚀试验结果合格。
外观及断面宏观检查结果：焊缝表面光滑致密，并均匀、平滑向母材过渡。外观检查无气孔、焊瘤、凹陷及咬边等缺陷，外观质量良好。断面宏观检查，角接接头焊缝全部焊满，根部焊透，未出现未熔合等缺陷，内部焊缝焊接良好。
如图2所示，本发明一实施例的复合板与双相不锈钢的角接焊方法制得的角接件，包括复合板100和双相不锈钢板200，两者呈L形连接为一体，适用于反应堆中抑压池结构件等，也可广泛的应用于化学工业、海洋船舶、核电其他设备制造领域。
本发明的复合板与双相不锈钢的角接焊方法，采用手工电弧焊(SMAW)方式实现复合板和双相不锈钢板之间的全焊透角接焊接，可以在任意焊接位置、有限空间进行，有效提高焊接合格率，减少不合格焊缝的返工，经济、有效、方便且灵活。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (12)

1.一种复合板与双相不锈钢的角接焊方法，其特征在于，用于复合板和双相不锈钢板的焊接；所述复合板包括低合金钢层以及通过爆炸焊复合在低合金钢层一面上的第一奥氏体不锈钢层；所述复合板与双相不锈钢的角接焊方法包括以下步骤：
S1、分别在复合板和双相不锈钢板的待接端上加工坡口；
S2、将所述复合板和双相不锈钢板相对垂直放置，并将所述复合板和双相不锈钢板以坡口进行间隙对接，两个所述坡口对接形成V形坡口；
S3、采用SMAW在所述V形坡口内施焊，形成打底焊缝将所述第一奥氏体不锈钢层与所述双相不锈钢板进行连接；
S4、采用SMAW在所述打底焊缝上施焊，形成连接焊缝，将所述V形坡口填充并将所述低合金钢层与所述双相不锈钢板连接。
2.根据权利要求1所述的复合板与双相不锈钢的角接焊方法，其特征在于，所述复合板的坡口具有钝边，所述钝边位于第二奥氏体不锈钢层上。
3.根据权利要求2所述的复合板与双相不锈钢的角接焊方法，其特征在于，步骤S2中，对接后，所述复合板的坡口的钝边与所述双相不锈钢板的一表面边缘处间隙相对，该间隙宽度为1mm-3mm。
4.根据权利要求1所述的复合板与双相不锈钢的角接焊方法，其特征在于，步骤S2中，所述V形坡口的角度为60°±10°。
5.根据权利要求1所述的复合板与双相不锈钢的角接焊方法，其特征在于，步骤S3中，施焊时，从所述V形坡口一开口向打底焊缝待焊位置进行焊接，焊接完成后，进行清根后从所述V形坡口相对另一开口进行焊接，形成打底焊缝。
6.根据权利要求1所述的复合板与双相不锈钢的角接焊方法，其特征在于，步骤S3中，施焊所述打底焊缝的焊接电流为120-150A，焊接速度为150-180mm/min；
步骤S4中，施焊所述连接焊缝的焊接电流为120-150A，焊接速度为150-180mm/min。
7.根据权利要求1所述的复合板与双相不锈钢的角接焊方法，其特征在于，所述复合板中，所述低合金钢层的厚度为30-35mm，所述第一奥氏体不锈钢层的厚度为2-6mm。
8.根据权利要求1所述的复合板与双相不锈钢的角接焊方法，其特征在于，所述低合金钢层为10CrNi3MoV低合金钢板，所述第一奥氏体不锈钢层为304L不锈钢板；所述双相不锈钢板为2205双相不锈钢；
施焊所述打底焊缝的焊条采用E2209焊条；施焊所述连接焊缝的焊条采用E2209焊条。
9.根据权利要求1-8任一项所述的复合板与双相不锈钢的角接焊方法，其特征在于，所述复合板与双相不锈钢的角接焊方法还包括以下步骤：
S5、表面处理和热处理。
10.根据权利要求9所述的复合板与双相不锈钢的角接焊方法，其特征在于，所述复合板还包括通过爆炸焊复合在所述低合金钢层相对另一面上的第二奥氏体不锈钢层；
所述复合板与双相不锈钢的角接焊方法还包括以下步骤：
S4.1、采用SMAW在所述连接焊缝上施焊，形成盖面焊缝，将所述第二奥氏体不锈钢层与所述双相不锈钢板连接。
11.根据权利要求10所述的复合板与双相不锈钢的角接焊方法，其特征在于，步骤S4.1中，施焊所述盖面焊缝的焊接电流为120-150A，焊接速度为150-180mm/min。
12.一种角接件，其特征在于，包括通过权利要求1-11任一项所述的角接焊方法连接为一体的复合板和双相不锈钢板。
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