CN111230264B - 304l奥氏体不锈钢mig焊的焊接方法 - Google Patents

304l奥氏体不锈钢mig焊的焊接方法 Download PDF

Info

Publication number
CN111230264B
CN111230264B CN202010058480.2A CN202010058480A CN111230264B CN 111230264 B CN111230264 B CN 111230264B CN 202010058480 A CN202010058480 A CN 202010058480A CN 111230264 B CN111230264 B CN 111230264B
Authority
CN
China
Prior art keywords
welding
groove
mig
stainless steel
austenitic stainless
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202010058480.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111230264A (zh
Inventor
闵晓峰
潘伍覃
邹大军
王葳
吴梦先
林德钰
候华东
郭则明
方亮
汪伏波
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
High Speed Aerodynamics Research Institute of China Aerodynamics Research and Development Center
Wuhan Yiye Steel Structure Co Ltd
Original Assignee
China First Metallurgical Group Co Ltd
Wuhan Yiye Steel Structure Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by China First Metallurgical Group Co Ltd, Wuhan Yiye Steel Structure Co Ltd filed Critical China First Metallurgical Group Co Ltd
Priority to CN202010058480.2A priority Critical patent/CN111230264B/zh
Publication of CN111230264A publication Critical patent/CN111230264A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111230264B publication Critical patent/CN111230264B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K9/00Arc welding or cutting
    • B23K9/16Arc welding or cutting making use of shielding gas
    • B23K9/173Arc welding or cutting making use of shielding gas and of a consumable electrode
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K33/00Specially-profiled edge portions of workpieces for making soldering or welding connections; Filling the seams formed thereby
    • B23K33/004Filling of continuous seams
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K35/00Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
    • B23K35/22Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by the composition or nature of the material
    • B23K35/24Selection of soldering or welding materials proper
    • B23K35/30Selection of soldering or welding materials proper with the principal constituent melting at less than 1550 degrees C
    • B23K35/3053Fe as the principal constituent
    • B23K35/308Fe as the principal constituent with Cr as next major constituent
    • B23K35/3086Fe as the principal constituent with Cr as next major constituent containing Ni or Mn
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K35/00Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
    • B23K35/22Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by the composition or nature of the material
    • B23K35/38Selection of media, e.g. special atmospheres for surrounding the working area
    • B23K35/383Selection of media, e.g. special atmospheres for surrounding the working area mainly containing noble gases or nitrogen
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K9/00Arc welding or cutting
    • B23K9/02Seam welding; Backing means; Inserts
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K9/00Arc welding or cutting
    • B23K9/16Arc welding or cutting making use of shielding gas
    • B23K9/167Arc welding or cutting making use of shielding gas and of a non-consumable electrode
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K9/00Arc welding or cutting
    • B23K9/235Preliminary treatment
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21DMODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D6/00Heat treatment of ferrous alloys
    • C21D6/004Heat treatment of ferrous alloys containing Cr and Ni
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21DMODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D6/00Heat treatment of ferrous alloys
    • C21D6/005Heat treatment of ferrous alloys containing Mn
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21DMODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D6/00Heat treatment of ferrous alloys
    • C21D6/008Heat treatment of ferrous alloys containing Si
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21DMODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D9/00Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
    • C21D9/50Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for welded joints
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/001Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing N
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/002Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing In, Mg, or other elements not provided for in one single group C22C38/001 - C22C38/60
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/02Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing silicon
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/04Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing manganese
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/40Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
    • C22C38/42Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with copper
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/40Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
    • C22C38/44Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with molybdenum or tungsten
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/40Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
    • C22C38/58Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with more than 1.5% by weight of manganese
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2103/00Materials to be soldered, welded or cut
    • B23K2103/02Iron or ferrous alloys
    • B23K2103/04Steel or steel alloys
    • B23K2103/05Stainless steel
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30Nuclear fission reactors

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Arc Welding In General (AREA)
  • Butt Welding And Welding Of Specific Article (AREA)

Abstract

本发明公开了一种304L奥氏体不锈钢MIG焊的焊接方法,包括以下步骤:对304L母材制备坡口,并去除坡口两侧水分,将需焊接的304L母材进行组对装配后,采用钨极氩弧焊进行点固焊;采用双面钨极氩弧焊进行打底焊接,焊丝采用ER316L;采用MIG焊进行填充层和盖面层的焊接;对焊接后的304L奥氏体不锈钢焊接接头进行热处理,热处理温度为550~590℃,保温时间为1~2h。本发明提出的304L奥氏体不锈钢MIG焊的焊接方法,可提高304L奥氏体不锈钢MIG焊焊接接头的低温韧性。

Description

304L奥氏体不锈钢MIG焊的焊接方法
技术领域
本发明涉及焊接工艺技术领域,尤其涉及一种304L奥氏体不锈钢MIG焊的焊接方法。
背景技术
304L奥氏体不锈钢具有较高的强度和优良的低温韧性和塑形,同时由于碳含量低,具有优良的耐腐蚀性,常常被用做低温用钢,如国内生产的深冷低温液体储运容器,使用温度通常为-196~-183℃,主体母材通常为18-8型奥氏体不锈钢。
目前,304L奥氏体不锈钢压力容器产品主要采用焊条电弧焊进行焊接,MIG焊应用相对较少,这是由于MIG焊熔深小,而304L奥氏体不锈钢再结晶温度约为900℃,高于碳钢200℃左右,焊接过程中容易产生细微的未熔合缺陷,从而降低焊接接头的-196℃低温韧性。而MIG焊由于具有效率高、焊接变形小、焊材利用率高等优点,近年来在压力容器上的应力也越来越多。
对于304L奥氏体不锈钢来说,能够有效消除焊接应力的热处理温度为500℃以上,而这个温度范围恰好处于304L奥氏体不锈钢的晶间腐蚀敏感区,因此压力容器标准既不规定对304L奥氏体不锈钢进行热处理,也不反对。NB/T 47014标准中规定奥氏体不锈钢-196℃低温冲击功必须≥31J,与304L奥氏体不锈钢匹配的焊丝为ER308L,其熔敷金属-196℃冲击功大概在30J左右,如果经过去应力热处理,则会降低焊接接头的-196℃低温韧性,其-196℃冲击功会小于31J。
一般使用304L奥氏体不锈钢制作的压力容器产品没有热处理要求,焊接接头-196℃冲击功要求也不高,有些产品甚至对于冲击功没有要求。然而对于一些军工产品,如大型低温风洞,要求焊接接头在热处理后-196℃低温冲击功到达50J以上甚至更高,采用传统的MIG焊焊接工艺远远不能满足使用要求。而国内对于这方面的研究成果几乎没有。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种304L奥氏体不锈钢MIG焊的焊接方法,旨在提高304L奥氏体不锈钢MIG焊焊接接头的低温韧性。
为实现上述目的,本发明提供一种304L奥氏体不锈钢MIG焊的焊接方法,包括以下步骤:
对304L母材制备坡口,并去除坡口两侧水分,将需焊接的304L母材进行组对装配后,采用钨极氩弧焊进行点固焊;
采用双面钨极氩弧焊进行打底焊接,焊丝采用ER316L,焊丝化学成分符合GB/T29713标准,其中Cr元素含量控制在18%~19%,Ni元素含量控制在13%~14%;
采用MIG焊进行填充层和盖面层的焊接;
对焊接后的304L奥氏体不锈钢焊接接头进行热处理,热处理温度为550~590℃,保温时间为1~2h。
优选地,去除坡口两侧水分时,采用氧乙炔中性焰对304L母材坡口两侧预设范围进行加热以去除水分。
优选地,采用双面钨极氩弧焊进行打底焊接时,两名焊工针对同一坡口根部同一时间同一速度焊接,正面坡口由一名焊工采用填丝焊,同时由另外一名焊工在坡口背面进行不填丝重熔。
优选地,双面钨极氩弧焊焊接参数如下:正面坡口氩气流量为15~20L/min,背面坡口氩气流量为10~15L/min,氩气纯度≥99.99%;正面坡口焊接电弧电压为10~12V,焊接电流为120~150A,焊接速度为60~80mm/min,线能量为9~18 KJ/cm;背面坡口焊接电弧电压为10~12V,焊接电流为100~120A,焊接速度为60~80mm/min,线能量为7.5~14.4KJ/cm;采用摆动焊进行焊接。
优选地,采用MIG焊进行填充层和盖面层的焊接时,焊丝选用实芯焊丝,直径大于或等于1.2mm,型号为ER316L,焊丝化学成分符合GB/T 29713标准,其中Cr元素含量控制在18%~19%,Ni元素含量控制在13%~14%,保护气体采用97%Ar+3%CO2,采用摆动焊进行焊接,焊枪摆动幅度≤15mm。
优选地,采用MIG焊进行填充层和盖面层的焊接时,具体参数如下:
当采用平焊位置:焊接电弧电压为23~25V,焊接电流为200~220A,焊接速度为140~160mm/min,线能量为17.3~23.6KJ/cm;
当采用横焊位置时:焊接电弧电压为24~26V,焊接电流为170~190A,焊接速度为200~220mm/min,线能量为11.1~14.8KJ/cm;
当采用立焊位置时:焊接电弧电压为21~23V,焊接电流为120~140A,焊接速度为70~90mm/min,线能量为16.8~27.6KJ/cm。
优选地,焊接过程中,控制层间温度为100℃~130℃。
优选地,对304L母材制备坡口时,当坡口形式为对称X型或V型时,单边坡口角度为30~35°,钝边为1±1mm,间隙为3±1mm;当坡口形式为对称K型时,单边坡口角度为50~55°,钝边为1±1mm,间隙为4±1mm。
优选地,所述钨极氩弧焊采用直流正接电源,MIG焊采用直流反接电源,熔滴过渡形式为单脉冲方式。
本发明提出的304L奥氏体不锈钢MIG焊的焊接方法,相对于传统的焊接工艺(采用ER308L焊丝,碳弧气刨清根、MIG焊保护气体为98%Ar+2%O2等),其焊接接头-196低温冲击韧性大幅度提高。本焊接方法,通过合理选择焊接材料,可大大提高304L奥氏体不锈钢MIG焊焊接接头的低温韧性,可使经过去应力热处理的焊接接头的-196℃低温冲击功>50J,能够满足军工产品比如大型低温风洞的使用要求,且焊接接头的抗拉强度、塑性均符合承压设备工艺评定的要求。采用本焊接方法,能够极大的消除焊接接头的微小未熔合,从而间接的提高焊接接头的-196℃低温韧性;此外,本焊接方法其操作过程简单,能够实现工程应用。
附图说明
图1为本发明对比例1在焊接和热处理后焊缝的微观金相图;
图2为本发明实施例1在焊接和热处理后焊缝的微观金相图;
图3为本发明实施例2的焊接接头宏观金相图;
图4为本发明实施例3的焊接接头宏观金相图;
图5为本发明实施例4的焊接接头纵轴剖面图。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例,参照附图做进一步说明。
具体实施方式
应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
一种304L奥氏体不锈钢MIG焊的焊接方法,包括以下步骤:
步骤S10,对304L母材制备坡口,并去除坡口两侧水分,将需焊接的304L母材进行组对装配后,采用钨极氩弧焊进行点固焊;
步骤S20,采用双面钨极氩弧焊进行打底焊接,焊丝采用ER316L,焊丝化学成分符合GB/T 29713标准,其中Cr元素含量控制在18%~19%,Ni元素含量控制在13%~14%;
步骤S30,采用MIG焊进行填充层和盖面层的焊接;
步骤S40,对焊接后的304L奥氏体不锈钢焊接接头进行热处理,热处理温度为550~590℃,保温时间为1~2h。
步骤S10中,去除坡口两侧水分时,采用氧乙炔中性焰对304L母材坡口两侧预设范围(如坡口其两侧20mm范围内)进行加热以去除水分。
步骤S20中,采用双面钨极氩弧焊进行打底焊接时,两名焊工针对同一坡口根部同一时间同一速度焊接,正面坡口由一名焊工采用填丝焊,同时由另外一名焊工在坡口背面进行不填丝重熔。
双面钨极氩弧焊焊接参数如下:钨极直径为2.5mm,选用φ2.4mm的ER316L,正面坡口氩气流量为15~20L/min,背面坡口氩气流量为10~15L/min,氩气纯度≥99.99%;正面坡口焊接电弧电压为10~12V,焊接电流为120~150A,焊接速度为60~80mm/min,线能量为9~18KJ/cm;背面坡口焊接电弧电压为10~12V,焊接电流为100~120A,焊接速度为60~80mm/min,线能量为7.5~14.4KJ/cm;采用摆动焊进行焊接。
步骤S30中,采用MIG焊进行填充层和盖面层的焊接时,焊丝选用实芯焊丝,直径为1.2mm,型号为ER316L,保护气体采用97%Ar+3%CO2,采用摆动焊进行焊接,焊枪摆动幅度≤15mm。
用MIG焊进行填充层和盖面层的焊接时,具体参数如下:
当采用平焊位置:焊接电弧电压为23~25V,焊接电流为200~220A,焊接速度为140~160mm/min,线能量为17.3~23.6KJ/cm;
当采用横焊位置时:焊接电弧电压为24~26V,焊接电流为170~190A,焊接速度为200~220mm/min,线能量为11.1~14.8KJ/cm;
当采用立焊位置时:焊接电弧电压为21~23V,焊接电流为120~140A,焊接速度为70~90mm/min,线能量为16.8~27.6KJ/cm。
步骤S40中,采用上述热处理温度,能够在不大幅度降低焊接接头-196℃低温韧性的基础上,消除约40%左右的残余应力。
304L奥氏体不锈钢属于18-8型钢范围,但在此基础上对合金元素含量有所调整,与国内标准相比,降低了Si元素含量范围,降低了杂质元素S、P的含量范围,提高了奥氏体稳定元素Ni的下限指标,其化学成分按重量百分比为:C:≤0.03%,Si:≤0.5%,Mn:≤2.0%,P:≤0.03%,S:≤0.015%,Ni:10~12%,Cr:18~20%,余量为Fe和其他不可避免的杂质。
焊接过程中,控制层间温度为100℃~130℃。当层间温度太高时,会降低焊接接头的-196℃低温韧性,尤其是超过130℃以后,层间温度太低,不利于坡口侧母材熔化,尤其是对于MIG焊。
氩弧焊丝和MIG焊焊丝的化学成分均符合GB/T 29713标准,其中Cr元素含量均控制在18%~19%,Ni元素含量均控制在13%~14%(Cr元素和Ni元素的含量范围高于GB/T 29713标准,是为了提高材料的冲击功)。氩弧焊丝和MIG焊焊丝的虽然都是ER316L,但是两种焊丝成型工艺是不同的,但是成分标准是相同的。ER316L焊丝根据其化学元素含量的不同,其铁素体含量有较大区别,通过降低Cr元素含量的上限,提高Ni元素含量的下限,可以控制铁素体含量在3%以内。
对304L母材制备坡口时,当坡口形式为对称X型或V型时,单边坡口角度为30~35°,钝边为1±1mm,间隙为3±1mm;当坡口形式为对称K型时,单边坡口角度为50~55°,钝边为1±1mm,间隙为4±1mm。MIG焊由于热输入低,同时奥氏体不锈钢再结晶温度高,因此在焊接过程中坡口侧很容易出现细微未熔合。坡口角度越小,坡口侧升温越慢,焊接过程中焊枪也不容易摆动,容易产生细微未熔合。对于K型坡口,由于坡口角度太大容易产生变形,因此必须增加组对间隙,便于焊枪摆动,防止出现细微未熔合。
保护气体采用97%Ar+3%CO2是为了在不大幅度提高焊缝中的C含量和O含量的同时,提高铁水的流动性,防止出现细微未熔合缺陷。如果保护气体采用98%Ar+2%CO2或者98%Ar+2%O2,则铁水流动性稍差,容易出现细微未熔合。对于CO2和O2二种气体而言,在Ar中加入CO2其活性优于加入O2
MIG焊时,优选焊丝直径为1.2mm,这是由于焊丝直径小于1.2mm时,则焊接热输入低,容易产生未熔合缺陷,如果采用1.6mm或直径更大的焊丝,在进行立焊位置焊接时,铁水流动性差,容易在中间聚集,坡口侧容易产生夹沟缺陷。因此,采用小于1.2mm时,不合适,采用超过1.2mm时其焊接效果不如1.2mm。
钨极氩弧焊采用直流正接电源,MIG焊采用直流反接电源,熔滴过渡形式为单脉冲方式。
钨极氩弧焊和MIG焊焊缝组织为胞晶状奥氏体+少量铁素体,为AF凝固模式。在影响焊接接头-196℃低温韧性的因素中,焊缝组织中的铁素体含量最为重要。一般而言,铁素体含量越少,-196℃低温韧性越好,而铁素体含量太少容易产生热裂纹,所述316L焊材焊缝组织中的少量铁素体在不大幅度降低-196℃低温韧性的基础上能够避免热裂纹。
304L母材,屈服强度≥190MPa,抗拉强度≥510MPa,延伸率≥50%,-196℃低温冲击功≥150J。
以下以一个对比例和四个实施例为例具体说明。
一个对比例和四个实施例中,304L母材为鞍山钢铁集团有限公司生产,其化学成分按重量百分比为:C:0.02%,Si:0.33%,Mn:1.69%,P:0.022%,S:0.009%,Ni:11.10%,Cr:18.33%,余量为Fe和其他不可避免的杂质;
对比例1中的焊丝为伯乐ER308L,直径为1.2mm,其化学成分按重量百分比为:C:0.02%,Si:0.58%,Mn:1.9%,P:0.02%,S:0.01%,Ni:9.8%,Cr:20.2%,Cu:0.01%,Mo:0.004%;
实施例1、2、3和4中的氩弧焊丝和MIG焊焊丝为伊萨ER316L,实芯焊丝,直径分别为2.4mm和1.2mm,其化学成分按重量百分比为:C:0.018%,Si:0.40%,Mn:1.80%,P:0.014%,S:0.002%,Ni:13.17%,Cr:18.76%,Mo:2.24%,Cu:0.06%,N:0.06%。
钨极氩弧焊采用奥太ZX7-400STG氩弧手弧二用焊机,MIG焊采用时代TDN-3500气保焊机。
实施例理化试验标准为NB/T 47014。
对比例1
本焊接方法其步骤如下:
(1)焊前准备
将500×150×40mm(2块)304L奥氏体不锈钢试板采用坡口机制备非对称X型坡口,正面坡口角度为25°,反面坡口角度为30°,并使用砂轮机(采用不锈钢砂轮片)对坡口及其两侧20mm范围进行打磨清理干净,去除油污、杂质;采用氧乙炔中性焰对304L母材坡口两侧20mm范围进行快速加热,去除水分;将需焊接的二块试板进行组对装配,钝边为1mm,间隙为3mm,采用MIG焊在试板两端进行点固焊,点固焊的焊接材料、焊接工艺与打底填充盖面焊接工艺相同;
(2)焊接
采用MIG焊进行打底填充盖面焊接,焊接位置为立焊,焊接电流130A,焊接电压23V,焊接速度平均为85mm/min,线能量平均为21KJ/cm。保护气体采用98%Ar+2%O2。采用摆动焊进行焊接,碳弧气刨清根。焊接过程中,控制层间温度在150℃以内,焊接电源采用直流反接,熔滴过渡方式为单脉冲过渡。
(3)去应力热处理
采用570℃×1.5h热处理工艺。
经检测,焊接接头的抗拉强度为578MPa,断裂位置为母材,1个侧弯试样完好,3个侧弯试样上出现了1~2mm的裂纹若干条。焊接接头-196℃冲击功分别为:焊缝13J、热影响区72J,其中焊缝的-196℃冲击功远远小于50J,达不到军工产品如大型低温风洞对于焊接接头-196℃冲击功的要求。
实施例1
本焊接方法其具体步骤如下:
(1)焊前准备
将500×150×40mm(2块)304L奥氏体不锈钢试板采用坡口机制备对称X型坡口,单边坡口角度为35°,并使用砂轮机(采用不锈钢砂轮片)对坡口及其两侧20mm范围进行打磨清理干净,去除油污、杂质;采用氧乙炔中性焰对304L母材坡口两侧20mm范围进行快速加热,去除水分;将需焊接的二块试板进行组对装配,钝边为0mm,间隙为3mm,采用钨极氩弧焊进行点固焊,点固焊的焊接材料、焊接工艺与钨极氩弧焊打底焊(正面坡口)相同。点固焊结束后采用砂轮机将点固焊背面焊缝进行打磨,直至露出银白色金属光泽。
(2)双面钨极氩弧焊打底焊接
采用双面钨极氩弧焊进行打底焊接,焊接位置为立焊,两名焊工针对同一坡口根部同一时间同一速度焊接,正面坡口由一名焊工采用填丝焊,于此同时,由另外一名焊工在坡口背面进行重熔(不填丝)。双面钨极氩弧焊焊接参数如下:正面坡口氩气流量为18L/min,背面坡口氩气流量为12L/min,氩气纯度≥99.99%;正面坡口焊接电弧电压为12V,焊接电流为140A,焊接速度平均为70mm/min,线能量平均为14.4KJ/cm;背面坡口焊接电弧电压为12V,焊接电流为120A,焊接速度平均为70mm/min,线能量平均为12.3KJ/cm。采用摆动焊进行焊接。
(3)MIG焊填充、盖面焊接
焊接位置为立焊,保护气体采用97%Ar+3%CO2,采用摆动焊进行焊接,焊枪摆动幅度≤15mm,MIG焊的焊接参数如下:焊接电弧电压为23V,焊接电流为136A,焊接速度平均为85mm/min,线能量平均为22KJ/cm,弧长调节为-5,电弧力调节为0。
(4)去应力热处理
采用570℃×1.5h热处理工艺。
焊接过程中,控制层间温度为100℃~130℃,钨极氩弧焊采用直流正接电源,MIG焊采用直流反接电源,熔滴过渡方式为单脉冲过渡。
经检测,焊接接头的抗拉强度为592MPa,断裂位置为母材,4个侧弯试样完好无裂纹。焊接接头-196℃冲击功分别为:氩弧焊焊缝71J、氩弧焊热影响区122J,MIG焊焊缝60J、MIG焊热影响区122J,远远大于50J,符合军工产品如大型低温风洞对于焊接接头-196℃冲击功的要求。
实施例2
本焊接方法中保护气体为98%Ar+2%CO2,单边坡口角度为30°,其余焊接工艺与实施例1一致。
经检测,焊接接头的抗拉强度为581MPa,2个侧弯试样无裂纹,2个侧弯试样有0.6~2.1mm裂纹若干。焊接接头-196℃冲击功分别为:氩弧焊焊缝73J、氩弧焊热影响区128J,MIG焊焊缝52J、MIG焊热影响区103J,大于50J,符合军工产品如大型低温风洞对于焊接接头-196℃冲击功的要求,但没有富裕量。相对于实施例1中MIG焊焊接接头的-196℃冲击功,无论是焊缝还是热影响区,在数值上都有所下降,说明采用上述保护气体和坡口角度的焊接接头中,存在细微的未熔合,降低了-196℃低温韧性。
实施例3
本焊接方法中,坡口形式为对称K型坡口,单边坡口角度为45°,保护气体为98%Ar+2%O2,其余焊接工艺与实施例2一致。
经检测,焊接接头的抗拉强度为559MPa,3个侧弯试样出现了0.4~2.6mm的若干裂纹,一个侧弯试样完好。焊接接头-196℃冲击功分别为:氩弧焊焊缝68J、氩弧焊热影响区133J,MIG焊焊缝48J、MIG焊热影响区94J,其中MIG焊焊缝冲击功<50J,不符合军工产品如大型低温风洞对于焊接接头-196℃冲击功的要求。说明采用上述保护气体和坡口角度的焊接接头中,存在细微的未熔合,降低了-196℃低温韧性。
实施例4
本焊接方法除焊丝直径为1.0mm,单边坡口角度为30°外,其余焊接工艺与实施例1一致。
经RT检测,焊缝中存在大量未熔合缺陷。
影响-196℃低温韧性的因素有很多,例如:焊缝中化学成分与组织的均匀性、焊丝表面处理、焊缝中非金属夹杂物、焊条药皮类型、焊缝中铁素体含量等。其中铁素体含量对于低温韧性的影响是最重要的,也是最显著的。通常焊缝中铁素体含量越低,焊缝低温韧性越好:一是由于铁素体属于体心立方结构,韧性不如奥氏体,二是铁素体富含Cr,在热处理过程中会析出σ相,名义成分是FeCr的富铬相硬而脆,其体积含量高时会降低韧度和延性。
对比例1的焊缝组织如图1所示。焊缝组织由奥氏体和板条状铁素体组成,铁素体含量相对较多,为FA凝固模式。经金相法进行检测,铁素体含量在8.5%左右,这些铁素体是降低焊缝-196℃低温韧性的主要因素。
经上述比对可知,实施例1为最佳实施例。实施例1的焊缝组织如图2所示。焊缝组织由胞晶状奥氏体和少量铁素体组成,其中铁素体分布在晶界中,为典型的AF凝固模式。这种模式是由于在凝固时有足够的铁素体生成元素偏聚在亚晶界上而促使生成了铁素体。
实施例2的焊接接头宏观金相如图3所示。背面熔合线上存在未熔合缺陷。
实施例3的焊接接头宏观金相如图4所示。层间和熔合线上存在未熔合缺陷。
实施例4的焊接接头纵向剖面如图5所示。在熔合线上存在大量未熔合缺陷。
本发明提出的304L奥氏体不锈钢MIG焊的焊接方法,相对于传统的焊接工艺(采用ER308L焊丝,碳弧气刨清根、MIG焊保护气体为98%Ar+2%O2等),其焊接接头-196低温冲击韧性大幅度提高。本焊接方法,通过合理选择焊接材料,可大大提高304L奥氏体不锈钢MIG焊焊接接头的低温韧性,可使经过去应力热处理的焊接接头的-196℃低温冲击功>50J,能够满足军工产品比如大型低温风洞的使用要求,且焊接接头的抗拉强度、塑性均符合承压设备工艺评定的要求。采用本焊接方法,能够极大的消除焊接接头的微小未熔合,从而间接的提高焊接接头的-196℃低温韧性;此外,本焊接方法其操作过程简单,能够实现工程应用。
以上仅为本发明的优选实施例,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 (7)

1.一种304L奥氏体不锈钢MIG焊的焊接方法,其特征在于,包括以下步骤:
对304L母材制备坡口,并去除坡口两侧水分,将需焊接的304L母材进行组对装配后,采用钨极氩弧焊进行点固焊;
采用双面钨极氩弧焊进行打底焊接,焊丝采用ER316L,焊丝化学成分符合GB/T 29713标准,其中Cr元素含量控制在18%~19%,Ni元素含量控制在13%~14%;
采用MIG焊进行填充层和盖面层的焊接;
对焊接后的304L奥氏体不锈钢焊接接头进行热处理,热处理温度为550~590℃,保温时间为1~2h;
采用MIG焊进行填充层和盖面层的焊接时,焊丝选用实芯焊丝,直径大于或等于1.2mm,型号为ER316L,焊丝化学成分符合GB/T 29713标准,其中Cr元素含量控制在18%~19%,Ni元素含量控制在13%~14%,保护气体采用97%Ar+3%CO2,采用摆动焊进行焊接,焊枪摆动幅度≤15mm;
采用MIG焊进行填充层和盖面层的焊接时,具体参数如下:
当采用平焊位置:焊接电弧电压为23~25V,焊接电流为200~220A,焊接速度为140~160mm/min,线能量为17.3~23.6KJ/cm;
当采用横焊位置时:焊接电弧电压为24~26V,焊接电流为170~190A,焊接速度为200~220mm/min,线能量为11.1~14.8KJ/cm;
当采用立焊位置时:焊接电弧电压为21~23V,焊接电流为120~140A,焊接速度为70~90mm/min,线能量为16.8~27.6KJ/cm。
2.如权利要求1所述的304L奥氏体不锈钢MIG焊的焊接方法,其特征在于,去除坡口两侧水分时,采用氧乙炔中性焰对304L母材坡口两侧预设范围进行加热以去除水分。
3.如权利要求1所述的304L奥氏体不锈钢MIG焊的焊接方法,其特征在于,采用双面钨极氩弧焊进行打底焊接时,两名焊工针对同一坡口根部同一时间同一速度焊接,正面坡口由一名焊工采用填丝焊,同时由另外一名焊工在坡口背面进行不填丝重熔。
4.如权利要求3所述的304L奥氏体不锈钢MIG焊的焊接方法,其特征在于,双面钨极氩弧焊焊接参数如下:正面坡口氩气流量为15~20L/min,背面坡口氩气流量为10~15L/min,氩气纯度≥99.99%;正面坡口焊接电弧电压为10~12V,焊接电流为120~150A,焊接速度为60~80mm/min,线能量为9~18KJ/cm;背面坡口焊接电弧电压为10~12V,焊接电流为100~120A,焊接速度为60~80mm/min,线能量为7.5~14.4KJ/cm;采用摆动焊进行焊接。
5.如权利要求1所述的304L奥氏体不锈钢MIG焊的焊接方法,其特征在于,焊接过程中,控制层间温度为100℃~130℃。
6.如权利要求1所述的304L奥氏体不锈钢MIG焊的焊接方法,其特征在于,对304L母材制备坡口时,当坡口形式为对称X型或V型时,单边坡口角度为30~35°,钝边为1±1mm,间隙为3±1mm;当坡口形式为对称K型时,单边坡口角度为50~55°,钝边为1±1mm,间隙为4±1mm。
7.如权利要求1至6中任意一项所述的304L奥氏体不锈钢MIG焊的焊接方法,其特征在于,所述钨极氩弧焊采用直流正接电源,MIG焊采用直流反接电源,熔滴过渡形式为单脉冲方式。
CN202010058480.2A 2020-01-19 2020-01-19 304l奥氏体不锈钢mig焊的焊接方法 Active CN111230264B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010058480.2A CN111230264B (zh) 2020-01-19 2020-01-19 304l奥氏体不锈钢mig焊的焊接方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010058480.2A CN111230264B (zh) 2020-01-19 2020-01-19 304l奥氏体不锈钢mig焊的焊接方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111230264A CN111230264A (zh) 2020-06-05
CN111230264B true CN111230264B (zh) 2023-10-20

Family

ID=70861763

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010058480.2A Active CN111230264B (zh) 2020-01-19 2020-01-19 304l奥氏体不锈钢mig焊的焊接方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111230264B (zh)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111872518B (zh) * 2020-07-10 2022-06-17 武汉一冶钢结构有限责任公司 304l不锈钢t型加强圈腹板与壳体全熔透焊接方法
CN113523505B (zh) * 2021-07-19 2023-03-14 河北钢研德凯科技有限公司 马氏体不锈钢的焊接方法及其应用
CN113814524A (zh) * 2021-09-30 2021-12-21 沪东中华造船(集团)有限公司 一种低碳中合金调质高强钢不摆动立角焊方法
CN113878207A (zh) * 2021-10-25 2022-01-04 华能甘肃西固热电有限公司 12Cr1MoV与07Cr19Ni 11Ti异种钢的焊接方法
CN114289835A (zh) * 2021-12-17 2022-04-08 沪东中华造船(集团)有限公司 一种低碳调质高强钢双面弧k型坡口立位置角接焊接方法
CN115091135A (zh) * 2022-07-05 2022-09-23 江苏华之益机械有限公司 一种控制奥氏体不锈钢的堆焊层铁素体含量的工艺方法

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002096111A (ja) * 2000-09-19 2002-04-02 Nisshin Steel Co Ltd 溶接部の延性に優れたMo含有高Cr高Niオーステナイト系ステンレス鋼管の製造方法
CN101259562A (zh) * 2008-03-20 2008-09-10 浙江盛达铁塔有限公司 一种钢材的焊接工艺
CN102019485A (zh) * 2009-09-23 2011-04-20 宋卫国 双相不锈钢焊接方法
CN103567613A (zh) * 2013-11-14 2014-02-12 南车眉山车辆有限公司 一种不锈钢复合板铁路罐车焊接工艺
CN109807433A (zh) * 2017-11-22 2019-05-28 中国商用飞机有限责任公司 304不锈钢支架的焊接加工方法
CN110369837A (zh) * 2019-06-20 2019-10-25 中船澄西新荣船舶有限公司 一种超级双相不锈钢与超级奥氏体不锈钢的焊接工艺
CN111774702A (zh) * 2020-07-08 2020-10-16 北京地铁车辆装备有限公司 一种焊接方法
CN112171016A (zh) * 2020-10-12 2021-01-05 中海福陆重工有限公司 一种奥氏体不锈钢nbg焊接工艺

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002096111A (ja) * 2000-09-19 2002-04-02 Nisshin Steel Co Ltd 溶接部の延性に優れたMo含有高Cr高Niオーステナイト系ステンレス鋼管の製造方法
CN101259562A (zh) * 2008-03-20 2008-09-10 浙江盛达铁塔有限公司 一种钢材的焊接工艺
CN102019485A (zh) * 2009-09-23 2011-04-20 宋卫国 双相不锈钢焊接方法
CN103567613A (zh) * 2013-11-14 2014-02-12 南车眉山车辆有限公司 一种不锈钢复合板铁路罐车焊接工艺
CN109807433A (zh) * 2017-11-22 2019-05-28 中国商用飞机有限责任公司 304不锈钢支架的焊接加工方法
CN110369837A (zh) * 2019-06-20 2019-10-25 中船澄西新荣船舶有限公司 一种超级双相不锈钢与超级奥氏体不锈钢的焊接工艺
CN111774702A (zh) * 2020-07-08 2020-10-16 北京地铁车辆装备有限公司 一种焊接方法
CN112171016A (zh) * 2020-10-12 2021-01-05 中海福陆重工有限公司 一种奥氏体不锈钢nbg焊接工艺

Non-Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
07MnNiMoVDR钢制2000m3氧气球罐工艺管口焊接;厚兴贤;焊接技术;第45卷(第1期);第74-75页 *
张发主编.焊接方法与实作.北京理工大学出版社,2014,第200-205页. *
法国核岛设备设计、建造及在役检查规则协会编.压水堆核岛机械设备设计和建造规则(RCC-M) 第 7 册 S 篇 焊接.上海科学技术文献出版社,2010,第29页. *
液化天然气(LNG) 用超低温不锈钢的焊接及焊接材料;Graham Holloway等;机械工人(第8期);第35-40页 *
船用LNG燃料储罐焊接工艺研究;潘伍覃等;焊接技术;第45卷(第1期);第46-49页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN111230264A (zh) 2020-06-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111230264B (zh) 304l奥氏体不锈钢mig焊的焊接方法
CN111266709B (zh) 一种提高304ln奥氏体不锈钢埋弧焊焊接接头超低温韧性的焊接方法
CN101508053B (zh) 高镍合金与不锈钢异种金属的焊接方法
Indira Rani et al. Effect of pulsed current TIG welding parameters on mechanical properties of J-joint strength of Aa6351
CN108526750A (zh) 一种高强高韧高氮奥氏体不锈钢焊丝及其制备方法
CN111283308B (zh) 一种超低温304ln奥氏体不锈钢中厚板的全位置焊条电弧焊工艺
CN110076430B (zh) 一种厚度≥40mm的1000MPa钢板的气保护焊接方法
Sathiya et al. Microstructural characteristics on bead on plate welding of AISI 904 L super austenitic stainless steel using gas metal arc welding process
CN111659980A (zh) 一种镍基高耐蚀复合钢管焊接方法
CN109702382B (zh) 一种适合高温条件长时间服役的焊接材料及其焊接方法
CN110270745A (zh) 一种用于p690ql1钢药芯焊丝熔化极气体保护焊的焊接方法
CN110293287B (zh) 一种超高强度沉淀硬化不锈钢的焊接工艺
WO2020140427A1 (zh) 一种船用止裂钢e47及其大线能量焊接方法
CN104511700A (zh) 一种镍基合金焊丝及其制备方法
CN102233493B (zh) 高强度低温钢用埋弧焊丝
CN111230255A (zh) 提高304l奥氏体不锈钢焊接接头低温韧性的焊接方法
CN110871312B (zh) 屈服强度600MPa级低合金钢板的MAG焊接方法
CN112719692B (zh) 一种900MPa级高强钢气保护实心焊丝及其制备方法
CN111571061A (zh) 一种气体保护焊丝
CN106270966A (zh) 一种焊接低温球铁与锰钢板的工艺方法
CN111331280B (zh) 高熵合金预制体与TA2/0Cr18Ni9熔焊方法
CN113182650A (zh) 抗拉强度≥560MPa级的-70℃低温容器钢的埋弧焊焊接方法
CN103480983B (zh) 一种9Ni钢的高强高韧气保焊缝金属
Okonji et al. Effect of welding current and filler metal types on macrostructure and tensile strength of GTAW welded stainless steel joints
CN113787279B (zh) 一种薄规格中Ti高强钢的气体保护焊接工艺

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
TR01 Transfer of patent right
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20240701

Address after: 430415 Industrial Park, Yangluo Development Zone, Xinzhou District, Wuhan City, Hubei Province

Patentee after: WUHAN YIYE STEEL STRUCTURE Co.,Ltd.

Country or region after: China

Patentee after: Institute of High Speed Aerodynamics, China Aerodynamic Research and Development Center

Address before: 430415 Yangluo Economic Development Zone Yuanmeng North Road, Xinzhou District, Wuhan City, Hubei Province

Patentee before: WUHAN YIYE STEEL STRUCTURE Co.,Ltd.

Country or region before: China

Patentee before: CHINA FIRST METALLURGICAL GROUP Co.,Ltd.