CN110449692A - 一种碳钢表面堆焊双相耐腐蚀层的相比例控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种碳钢表面堆焊双相耐腐蚀层的相比例控制方法,具体过程为:在母材上依次堆焊过渡隔离层、填充层及盖面层;采用高镍超低碳奥氏体熔敷金属作为过渡隔离层;以高铬高镍不锈钢焊条进行大电流高效电弧堆焊,形成填充层,即超合金化的奥氏体‑铁素体双相组织的耐蚀堆焊层;堆焊过程中控制层间温度在120℃以下;用小电流的钨极氩弧焊进行盖面堆焊,形成盖面层;堆焊结束后不需要进行焊后热处理;焊后24小时进行渗透探伤,用铁素体测定仪对铁素体含量进行测定。本发明提供的焊接方法,可形成近似等比例的双相组织耐蚀堆焊层,且焊后不需要进行热处理,可简化加工工艺及降低制造成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种碳钢表面堆焊双相耐腐蚀层的相比例控制方法,属于化工装备的焊接加工技术领域。
背景技术
由奥氏体和铁素体构成的双相不锈钢具有较单相奥氏体不锈钢更为有益的耐腐蚀性能,其结构具有等比例的铁素体+奥氏体双相组织,因而兼有两相组织所具备的特征。双相不锈钢由于铁素体的存在,使得其屈服强度约为普通奥氏体不锈钢的2倍,而其中奥氏体的存在又保证了其良好的塑韧性。在抗应力腐蚀性能方面双相不锈钢具有显著优于奥氏体不锈钢的优势。在化工装备制造中常利用高性价比的碳钢表面复合一层双相耐腐蚀层制成复合材料,常用的有爆炸焊和电弧堆焊两种方法。
堆焊较于爆炸焊,具有工艺操作简单,方便灵活,不受环境的限制,且堆焊层与基材可实现100%的原子间冶金结合从而具有最佳结合强度的特点,因而在化工装备制造中广泛应用于压力容器衬里及管道内壁的制造加工。双相不锈钢的优异耐腐蚀性能取决于其内部奥氏体和铁素体组织的均衡相比例。根据Cr-Ni二元相图,当Cr、Ni含量分别为22%、5%时可在平衡状态下形成近似等比例的奥氏体+铁素体双相组织,但实际堆焊过程中的加热是一种非平衡的热过程,其组织转变动力学远偏离平衡态的状态,往往难以获得等比例的奥氏体+铁素体双相组织。采用常规焊条电弧焊方法常常表现为铁素体相含量偏低,一般仅能达到30%左右的水平;同时,工程应用中希望尽可能地提高堆焊效率。
发明内容
目的:为了克服现有技术中存在的不足,本发明提供一种碳钢表面堆焊双相耐腐蚀层的相比例控制方法,采用高铬高镍超合金化的填充材料,综合利用焊条电弧焊和钨极氩弧焊两种方法热输入对组织转变的影响,形成近似等比例的双相耐蚀堆焊层,该方法焊后不需要进行热处理,可简化加工工艺及降低制造成本。
技术方案:为解决上述技术问题,本发明采用的技术方案为:
一种碳钢表面堆焊双相耐腐蚀层的相比例控制方法,具体过程为:在母材上依次堆焊过渡隔离层、填充层及盖面层;
采用高镍超低碳奥氏体熔敷金属作为过渡隔离层;以高铬高镍不锈钢焊条进行大电流的高效电弧堆焊,形成填充层,即超合金化的奥氏体-铁素体双相组织的耐蚀堆焊层;堆焊过程中控制层间温度在120℃以下;用小电流的钨极氩弧焊进行盖面堆焊,形成盖面层;堆焊结束后不需要进行焊后热处理。
进一步地,堆焊操作之前,对母材进行打磨除锈处理,用有机溶剂擦洗去除油污,烘烤去除水分;然后对母材进行预热至100℃。
进一步地,对母材进行除油去锈后在24小时内进行堆焊,若超过24小时须重新进行所述除油去锈操作。
进一步地,堆焊过程中须等前一焊道自然冷却至120℃以下再进行下一道堆焊。
进一步地,所述过渡隔离层所用焊条为E309MoL,直径为4.0mm;E309MoL焊条熔敷金属化学成分满足(wt%):C<0.04%,Mn;0.5-2.5%,Si<1.00%,Cr:22.0-25.0%,Ni:12.0-14.0%,Mo:2.0-3.0%,Cu<0.75%,S<0.03%,P<0.04%。
进一步地,所述填充层焊条电弧焊的填充材料为E2594焊条,直径为4.0mm,E2594焊条熔敷金属化学成分满足(wt%):C<0.04%,Mn;0.5-2.0%,Si<0.90%,Cr:21.5-23.5%,Ni:8.5-10.5%,Mo:2.5-3.5%,Cu<0.75%,S<0.03%,P<0.04%,N:0.08-0.20%;焊前将E2594焊条在200℃下保温烘干2小时。
进一步地,所述盖面层钨极氩弧焊填充材料为ER2594焊丝,直径2.4mm,ER2594焊丝熔敷金属化学成分满足(wt%):C<0.03%,Mn;2.5%,Si<1.0%,Cr:24.0-27.0%,Ni:8.0-10.5%,Mo:2.5-4.5%,Cu<1.5%,S<0.03%,P<0.03%,N:0.2-0.3%。
进一步地,所述过渡隔离层和填充层采用的是焊条电弧焊,焊接电流控制在140-160A,电弧电压控制在22-28V,焊接速度控制在230-260mm/min。
进一步地,所述盖面层采用的是钨极氩弧焊,焊接电流控制在110-140A,电弧电压控制在12-18V,焊接速度控制在150-180mm/min。
进一步地,焊条电弧焊和钨极氩弧焊均采用的是IGBT直流逆变式焊机。
有益效果:本发明提供的碳钢表面堆焊双相耐腐蚀层的相比例控制方法,与现有技术相比,具备如下优点:
1)能够有效地提高碳钢表面堆焊耐蚀层中铁素体含量,形成接近等比例的双相组织;常规的焊条电弧焊双相不锈钢堆焊,在追求高效时往往会因为热输入较大造成铁素体含量偏低、相比例严重失调的问题,而本发明堆焊表层盖面层使用钨极氩弧焊,能够保证堆焊层表面有足够的铁素体相,使得耐蚀层相比例为1:1,最大程度发挥出双相不锈钢优异的耐蚀性能。
2)能够提高堆焊效率;钨极氩弧焊堆焊虽然成分稳定、成型良好,但效率较低,在焊接较大零件时所耗费的生产成本过高,本发明综合焊条电弧焊和钨极氩弧焊两种方法,可在有效控制耐蚀层相比例的同时大大提高生产效率。
3)焊接成本低,堆焊结束后无需再进行热处理即可实现碳钢表面堆焊奥氏体与铁素体等比例的耐蚀层,也无需购置新焊接设备,简化了加工工艺;耐蚀层表面成形优良,可有效减少后续加工的成本和可能产生的不利影响。
附图说明
图1为碳钢表面堆焊的双相耐腐蚀层的结构示意图。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明作更进一步的说明。
一种碳钢表面堆焊双相耐腐蚀层的相比例控制方法,具体过程为:在母材1上依次堆焊过渡隔离层2、填充层3及盖面层4,如图1所示;
采用高镍超低碳奥氏体熔敷金属作为过渡隔离层2;以高铬高镍不锈钢焊条进行大电流的高效电弧堆焊,形成填充层3,即超合金化的奥氏体-铁素体双相组织的耐蚀堆焊层;堆焊过程中控制层间温度在120℃以下;用小电流的钨极氩弧焊进行盖面堆焊,形成盖面层4;堆焊结束后不需要进行焊后热处理。焊后24小时进行渗透探伤,用铁素体测定仪对铁素体含量进行测定。
堆焊操作之前,对母材1进行打磨除锈处理,用有机溶剂擦洗去除油污,烘烤去除水分;然后对母材进行预热至100℃。对母材进行除油去锈后在24小时内进行堆焊,若超过24小时须重新进行所述除油去锈操作。
堆焊过程中须等前一焊道自然冷却至120℃以下再进行下一道堆焊。
所述过渡隔离层所用焊条为E309MoL,直径为4.0mm;E309MoL焊条熔敷金属化学成分满足(wt%):C<0.04%,Mn;0.5-2.5%,Si<1.00%,Cr:22.0-25.0%,Ni:12.0-14.0%,Mo:2.0-3.0%,Cu<0.75%,S<0.03%,P<0.04%。
所述填充层焊条电弧焊的填充材料为E2594焊条,直径为4.0mm,E2594焊条熔敷金属化学成分满足(wt%):C<0.04%,Mn;0.5-2.0%,Si<0.90%,Cr:21.5-23.5%,Ni:8.5-10.5%,Mo:2.5-3.5%,Cu<0.75%,S<0.03%,P<0.04%,N:0.08-0.20%;焊前将E2594焊条在200℃下保温烘干2小时。
所述盖面层钨极氩弧焊填充材料为ER2594焊丝,直径2.4mm,ER2594焊丝熔敷金属化学成分满足(wt%):C<0.03%,Mn;2.5%,Si<1.0%,Cr:24.0-27.0%,Ni:8.0-10.5%,Mo:2.5-4.5%,Cu<1.5%,S<0.03%,P<0.03%,N:0.2-0.3%。
所述过渡隔离层和填充层采用的是焊条电弧焊,焊接电流控制在140-160A,电弧电压控制在22-28V,电弧电压小于22V会导致熔敷金属不能完全铺张开,造成驼峰状的焊缝;电弧电压大于28V则会导致熔敷金属熔化不稳定,成型不良。焊接速度控制在230-260mm/min,焊接速度低于230mm/min时会导致熔敷金属熔化过快,产生铁水流淌的现象,焊缝成型差,并伴有表面气孔等缺陷,线能量过大,也会导致相比例失调;焊接速度高于260mm/min时,由于焊丝熔化速度低于焊接速度,会导致焊道变窄,甚至出现间歇性重新起弧的现象。
所述盖面层采用的是钨极氩弧焊,焊接电流控制在110-140A,电弧电压控制在12-18V,焊接速度控制在150-180mm/min。
所述焊条电弧焊和钨极氩弧焊均采用的是IGBT直流逆变式焊机。
实施例1
堆焊操作前,对母材进行除油去锈操作,并对母材预热至100℃;然后在母材上依次堆焊过渡隔离层、填充层及盖面层。采用直径4.0mm,型号为E309LMo的焊条进行焊条电弧焊,形成过渡隔离层;采用直径4.0mm,型号为E2594的焊条进行焊条电弧焊,形成填充层;焊前将焊条在200℃下保温烘干2小时。SMAW(焊条电弧焊)选择焊接电流为140A,电弧电压为22V,堆焊速度为250mm/min。最后采用直径2.4mm,型号为ER2594的焊丝进行钨极氩弧焊,形成盖面层;GTAW(钨极氩弧焊)选择焊接电流为110A,电弧电压为12V,堆焊速度为160mm/min。
堆焊过程中,完成一道堆焊后控制层间温度为120℃,然后再进行下一道堆焊,持续控制层间温度直至堆焊完成。焊后24小时进行渗透探伤,焊后测量的铁素体含量如表1所示;将未进行GTAW焊接、SMAW焊接参数与实施例1相同的耐蚀层作为对比例1,其铁素体含量如表1所示。
实施例2
堆焊操作前,对母材进行除油去锈操作,并对母材预热至100℃;然后在母材上依次堆焊过渡隔离层、填充层及盖面层。采用直径4.0mm,型号为E309LMo的焊条进行焊条电弧焊,形成过渡隔离层;采用直径4.0mm,型号为E2594的焊条进行焊条电弧焊,形成填充层;焊前将焊条在200℃下保温烘干2小时。SMAW(焊条电弧焊)选择焊接电流为150A,电弧电压为25V,堆焊速度为250mm/min。最后采用直径2.4mm,型号为ER2594的焊丝进行钨极氩弧焊,形成盖面层;GTAW(钨极氩弧焊)选择焊接电流为120A,电弧电压为15V,堆焊速度为160mm/min。
堆焊过程中,完成一道堆焊后控制层间温度为120℃,然后再进行下一道堆焊,持续控制层间温度直至堆焊完成。焊后24小时进行渗透探伤,焊后测量的铁素体含量如表1所示;将未进行GTAW焊接、SMAW焊接参数与实施例2相同的耐蚀层作为对比例2,其铁素体含量如表1所示。
实施例3
堆焊操作前,对母材进行除油去锈操作,并对母材预热至100℃;然后在母材上依次堆焊过渡隔离层、填充层及盖面层。采用直径4.0mm,型号为E309LMo的焊条进行焊条电弧焊,形成过渡隔离层;采用直径4.0mm,型号为E2594的焊条进行焊条电弧焊,形成填充层;焊前将焊条在200℃下保温烘干2小时。SMAW(焊条电弧焊)选择焊接电流为150A,电弧电压为26V,堆焊速度为250mm/min。最后采用直径2.4mm,型号为ER2594的焊丝进行钨极氩弧焊,形成盖面层;GTAW(钨极氩弧焊)选择焊接电流为120A,电弧电压为16V,堆焊速度为160mm/min。
堆焊过程中,完成一道堆焊后控制层间温度为120℃,然后再进行下一道堆焊,持续控制层间温度直至堆焊完成。焊后24小时进行渗透探伤,焊后测量的铁素体含量如表1所示;将未进行GTAW焊接、SMAW焊接参数与实施例3相同的耐蚀层作为对比例3,其铁素体含量如表1所示。
表1实施例1-3及其对应对比例1-3中的各项参数及铁素体含量
根据表1中数据可以看出,本发明采用的焊条电弧焊与钨极氩弧焊相结合的方法能够显著地将耐蚀层中铁素体的含量从30%提升到接近50%的水平,基本满足奥氏体与铁素体等比例的技术要求。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出:对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种碳钢表面堆焊双相耐腐蚀层的相比例控制方法,其特征在于:具体过程为:在母材上依次堆焊过渡隔离层、填充层及盖面层;
采用高镍超低碳奥氏体熔敷金属作为过渡隔离层;以高铬高镍不锈钢焊条进行大电流的高效电弧堆焊,形成填充层,即超合金化的奥氏体-铁素体双相组织的耐蚀堆焊层;堆焊过程中控制层间温度在120℃以下;用小电流的钨极氩弧焊进行盖面堆焊,形成盖面层;堆焊结束后不需要进行焊后热处理。
2.根据权利要求1所述的碳钢表面堆焊双相耐腐蚀层的相比例控制方法,其特征在于:堆焊操作之前,对母材进行打磨除锈处理,用有机溶剂擦洗去除油污,烘烤去除水分;然后对母材进行预热至100℃。
3.根据权利要求2所述的碳钢表面堆焊双相耐腐蚀层的相比例控制方法,其特征在于:对母材进行除油去锈后在24小时内进行堆焊,若超过24小时须重新进行所述除油去锈操作。
4.根据权利要求1所述的碳钢表面堆焊双相耐腐蚀层的相比例控制方法,其特征在于:堆焊过程中须等前一焊道自然冷却至120℃以下再进行下一道堆焊。
5.根据权利要求1所述的碳钢表面堆焊双相耐腐蚀层的相比例控制方法,其特征在于:所述过渡隔离层所用焊条为E309MoL,直径为4.0mm;E309MoL焊条熔敷金属化学成分满足(wt%):C<0.04%,Mn;0.5-2.5%,Si<1.00%,Cr:22.0-25.0%,Ni:12.0-14.0%,Mo:2.0-3.0%,Cu<0.75%,S<0.03%,P<0.04%。
6.根据权利要求1所述的碳钢表面堆焊双相耐腐蚀层的相比例控制方法,其特征在于:所述填充层焊条电弧焊的填充材料为E2594焊条,直径为4.0mm,E2594焊条熔敷金属化学成分满足(wt%):C<0.04%,Mn;0.5-2.0%,Si<0.90%,Cr:21.5-23.5%,Ni:8.5-10.5%,Mo:2.5-3.5%,Cu<0.75%,S<0.03%,P<0.04%,N:0.08-0.20%;焊前将E2594焊条在200℃下保温烘干2小时。
7.根据权利要求1所述的碳钢表面堆焊双相耐腐蚀层的相比例控制方法,其特征在于:所述盖面层钨极氩弧焊填充材料为ER2594焊丝,直径2.4mm,ER2594焊丝熔敷金属化学成分满足(wt%):C<0.03%,Mn;2.5%,Si<1.0%,Cr:24.0-27.0%,Ni:8.0-10.5%,Mo:2.5-4.5%,Cu<1.5%,S<0.03%,P<0.03%,N:0.2-0.3%。
8.根据权利要求1所述的碳钢表面堆焊双相耐腐蚀层的相比例控制方法,其特征在于:所述过渡隔离层和填充层采用的是焊条电弧焊,焊接电流控制在140-160A,电弧电压控制在22-28V,焊接速度控制在230-260mm/min。
9.根据权利要求1所述的碳钢表面堆焊双相耐腐蚀层的相比例控制方法,其特征在于:所述盖面层采用的是钨极氩弧焊,焊接电流控制在110-140A,电弧电压控制在12-18V,焊接速度控制在150-180mm/min。
10.根据权利要求8或9所述的碳钢表面堆焊双相耐腐蚀层的相比例控制方法,其特征在于:所述焊条电弧焊、所述钨极氩弧焊均采用的是IGBT直流逆变式焊机。
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