CN111347131A - 一种clf-1与316l异种钢tig焊接方法 - Google Patents

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武兴华
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Abstract

本发明属于焊接技术，具体为一种CLF‑1与316L异种钢TIG焊接方法，将CLF‑1钢与316L不锈钢的待焊接件的焊接面上加工截面为V型坡口，清洗检测后，CLF‑1钢V型坡口面预先堆焊W19123L不锈钢过渡层，在不锈钢过渡层上加工单边30°V型坡口，再进行CLF‑1和316L对接焊。选用W19123L焊丝作为焊缝填充材料，通过控制焊接工艺参数以及热处理工艺，保证堆焊层无裂纹和气孔等缺陷产生，焊接中间过程和盖面单层单道焊，接焊过程不预热，焊后不需要进行热处理，焊缝成型美观，综合性能良好。

Description

一种CLF-1与316L异种钢TIG焊接方法
技术领域
本发明属于焊接技术，具体涉及一种异种钢TIG焊接方法。
背景技术
国际热核实验反应堆(ITER)是用来验证聚变能源科学技术可行性的一个国际合作研究计划项目。ITER的一个重要功能就是测试产氚包层实验模块，其主要目标就是为了实验验证和获取氚增殖的相关技术，这对将来发展聚变试验示范堆非常重要。我国经过科学的技术筛选后决定发展中国固态产氚包层实验模块(HCCB TBS)作为ITER项目的一个测试模块。
HCCB TBS中TBM和Shield主要通过管道连接。TBM连接端管道材料采用核工业西南物理研究院近年来研制的低活化马氏体钢(CLF-1钢)。Shield连接端管道采用316L不锈钢，TBM和Shield的连接属于异种钢焊接，CLF-1钢不含Ni，而含脆硬组织W、V等合金元素，使得CLF-1可焊性变差，同时焊接接头的抗冷裂纹倾向和冲击性能变差，另外焊接接头容易产生气孔等缺陷。受辐照后的焊接接头可能会出现辐照脆化、肿胀等现象，同时还要面临腐蚀等问题。焊前预热、层间温度控制以及焊后热处理对焊接接头缺陷的控制和性能影响较大。而到目前为止关于CLF-1钢与316L焊接方面的研究很少，因此相关CLF-1钢与316L不锈钢焊接工艺研究对TBS的建造具有重要的基础意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种低活化马氏体钢与316L异种钢TIG焊接方法，接焊过程不预热，焊后不需要进行热处理，焊缝成型良好。
本发明的技术方案如下：
一种CLF-1与316L异种钢TIG焊接方法，包括以下步骤：
1)将CLF-1钢与316L不锈钢的待焊接件的焊接面上加工截面为V型坡口；
2)施焊前清洗；
3)CLF-1钢V型坡口面预先堆焊W19123L不锈钢过渡层；
4)堆焊W19123L不锈钢过渡层上加工单边30°V型坡口；
5)CLF-1和316L对接焊。
所述步骤5)包括：
装配CLF-1和316L试板，使得两者间隙2mm，钝边1mm，点焊牢固；
对接焊过程中，控制层间温度0～150℃，焊接速度10～12cm/min，直流正接，焊接电流120～140A，焊接电压为13～18V，钨极直径3mm，焊丝直径Ф2.0，喷嘴孔径Ф8～10mm，氩气流量10～12L/min。
对接焊过程中，单面焊双面成型，单层单道焊。
所述步骤1)中V型口的角度为30°，钝边1mm。
所述步骤2)在焊接面及边缘20mm范围内采用丙酮清洗。
所述步骤3)中CLF-1钢坡口面预先堆焊W19123L不锈钢过渡层包括：
首先、对CLF-1坡口面及边缘20mm范围内进行预热，预热温度为100～150℃，预热时间5～10min；
其次、焊接过程中控制层间温度为0～150℃，焊接速度8～12cm/min，直流正接，焊接电流120～140A，焊接电压为13～18V，钨极直径3mm，焊丝直径Ф2.0，喷嘴孔径Ф8～10mm，氩气流量10～12L/min；
最后、焊接之后立即进炉消应，消应温度为690～710℃，保温2～5h。
所述步骤4)中V型坡口为30°，钝边1mm，堆焊层厚度为5～8mm。
所述步骤1)进行后需要对待焊接件加工的坡口表面进行探伤检测，合格后进行步骤2)。
所述的4)之后需要对对堆焊W19123L不锈钢过渡层进行探伤检测，合格则进行后续步骤5)。
本发明的显著效果如下：结合CLF-1钢和316L不锈钢的焊接和应用特点，选用W19123L焊丝作为焊缝填充材料，首先采用TIG焊接方法在CLF-1钢坡口面堆焊不小于5mmW19123L不锈钢过渡层，通过控制焊接工艺参数以及热处理工艺，保证堆焊层无裂纹和气孔等缺陷产生，再进行CLF-1钢不锈钢堆焊层与316L不锈钢对接焊。TIG焊接工艺成熟，单面焊双面成型容易保证，焊接中间过程和盖面单层单道焊，接焊过程不预热，焊后不需要进行热处理，焊缝成型美观，综合性能良好。
对接焊过程中，焊前不预热，控制层间温度≤150℃，焊接速度10～12cm/min，直流正接，焊接电流120～140A,焊接电压为13～18V,钨极直径3mm，焊丝直径Ф2.0，喷嘴孔径Ф8～10mm，氩气流量10～12L/min，单面焊双面成型，单层单道焊。焊后不再进行热处理，探伤合格，接头成型美观，性能良好。
采用最佳工艺参数，获得较好的成型性和良好的焊接质量。
1.W19123L焊材为316L不锈钢配套焊材，可焊性良好，匹配性强。
2.CLF-1钢具有较强的冷裂纹倾向，可焊性差，坡口面预先堆焊过渡层，焊后立即进炉消应，消除焊后裂纹的产生。
3.CLF-1钢堆焊层与316L试板焊接属于同种材料焊接，工艺成熟，可焊性好，焊后不需要进炉消应，降低成本。
4.采用TIG焊接，单面焊双面成型容易保证，焊接灵活，可操作性强，焊件结构不受限，可以进行全位置焊。
5.TIG焊氩气保护可隔绝空气中氧气、氮气、氢气等对电弧和熔池产生的不良影响，减少合金元素的烧损，焊接接头致密、无飞溅、质量高。
6.TIG焊电弧燃烧稳定，热量集中，弧柱温度高，焊接生产效率高，热影响区窄，所焊件应力、变形、裂纹倾向小，非常适合焊接CLF-1钢与316L异种钢的焊接。
CLF-1钢为新研发的低活化钢种，到目前为止，市面上没有匹配焊材，本发明采用W19123L焊丝在CLF-1表面预先堆焊过渡层，再与316L对接焊，获得的焊接接头宏观形貌平整美观，无裂纹、气孔和夹杂等缺陷，成型良好。显微组织均匀，综合性能良好，满足相关要求。
附图说明
图1为CLF-1与316L异种钢TIG焊接方法流程图。
具体实施方式
下面通过附图及具体实施方式对本发明作进一步说明。
步骤1、将CLF-1钢与316L不锈钢的待焊接件的焊接面上加工截面为V型坡口，V型口的角度为30°，钝边1mm；
步骤2、对待焊接件加工的坡口表面进行探伤检测
存在开口裂纹则视为不合格，不能进行后续的焊接步骤；
可以采用超声波探伤检测试板是否存在裂纹等缺陷。
步骤3、施焊前清洗
施焊前在焊接面及边缘20mm范围内采用丙酮清洗油污、铁削、氧化膜，保持金属光泽；
丙酮清洗属于常规技术。
步骤4、堆焊W19123L不锈钢过渡层
CLF-1钢坡口面预先堆焊W19123L不锈钢过渡层；
首先、对CLF-1坡口面及边缘20mm范围内进行预热，预热温度为100～150℃，预热时间5～10min。
其次、焊接过程中控制层间温度为0～150℃，焊接速度8～12cm/min，直流正接，焊接电流120～140A，焊接电压为13～18V，钨极直径3mm，焊丝直径Ф2.0，喷嘴孔径Ф8～10mm，氩气流量10～12L/min。
最后、焊接之后立即进炉消应，消应温度为690～710℃，保温2～5h；
步骤5、在堆焊W19123L不锈钢过渡层上加工单边30°V型坡口，钝边1mm，保证堆焊层厚度为5～8mm；
步骤6、对堆焊W19123L不锈钢过渡层进行探伤检测，合格则进行后续步骤
步骤7、CLF-1和316L异种对接焊
装配CLF-1和316L试板，使得两者间隙2mm，钝边1mm，点焊牢固；
对接焊过程中，焊前不预热，控制层间温度0～150℃，焊接速度10～12cm/min，直流正接，焊接电流120～140A，焊接电压为13～18V，钨极直径3mm，焊丝直径Ф2.0，喷嘴孔径Ф8～10mm，氩气流量10～12L/min，单面焊双面成型，单层单道焊。
焊后不再进行热处理，探伤合格，工序结束。
实施例1：
CLF-1钢与316L不锈钢试板手工TIG焊接：将CLF-1钢板与316L不锈钢钢板分别切割成10mm*200mm*500mm的试样，采用机械加工单边30°V型坡口，钝边1mm，对试板进行UT探伤，对坡口表面进行PT探伤合格。采用丙酮清洗焊接面及边缘20mm范围内油污、铁削、氧化膜，保持金属光泽。对接焊前，CLF-1钢坡口面预先堆焊不小于5mm W19123L不锈钢过渡层，对坡口面及边缘20mm范围内进行预热，预热温度为110℃，预热时间5～10min。控制层间温度100℃，焊接速度10cm/min，直流正接，焊接电流120～140A,焊接电压为13V,钨极直径3mm，焊丝直径Ф2.0，喷嘴孔径Ф10mm，氩气流量10L/min。焊后立即进炉消应，消应温度为700℃，保温2h。将堆焊层机加出单边30°V型坡口，钝边1mm，PT探伤合格。采用丙酮清洗焊接面及边缘20mm范围内油污、铁削、氧化膜，保持金属光泽。再与316L试板装配，间隙2mm，点焊牢固。采用角钢装配背面氩气保护工装，并通氩气保护10min以上。单面焊双面成型，控制层间温度100℃，焊接速度10cm/min，直流正接，焊接电流120A，焊接电压为13V，钨极直径3mm，焊丝直径Ф2.0，喷嘴孔径Ф8mm，氩气流量10L/min，单层单道焊，焊缝形貌美观。焊接接头RT、PT、UT探伤合格，按本实验焊接的接头抗拉强度优于316L母材，弯曲试验无裂纹，冲击性能良好，满足相关设计要求。
实施例2：
CLF-1钢与316L不锈钢试管手工TIG焊接：将Ф76mm×10mm，长度为300mm CLF-1钢管与316L不锈钢管采用机械加工单边30°V型坡口，对试管进行UT探伤，对坡口表面进行PT探伤合格。采用丙酮清洗焊接面及边缘20mm范围内油污、铁削、氧化膜，保持金属光泽。对接焊前，CLF-1钢管坡口面预先堆焊不小于5mm W19123L不锈钢过渡层，对CLF-1坡口面及边缘20mm范围内进行预热，预热温度为150℃，预热时间10min。控制层间温度≤150℃，焊接速度10cm/min，直流正接，焊接电流120～140A,焊接电压为15V,钨极直径3mm，焊丝直径Ф2.0，喷嘴孔径Ф10mm，氩气流量12L/min；焊后立即进炉消应，消应温度为700℃，保温2h。将堆焊层机加出单边30°V型坡口，钝边1mm，PT探伤合格。采用丙酮清洗焊接面及边缘20mm范围内油污、铁削、氧化膜，保持金属光泽。再与316L试管装配，间隙2mm，点焊牢固。管内通氩气保护15min。单面焊双面成型，控制层间温度120℃，直流正接，焊接速度10cm/min，焊接电流120A，焊接电压为15V，钨极直径3mm，焊丝直径Ф2.0，喷嘴孔径Ф9mm，氩气流量10L/min，单层单道焊，焊缝形貌美观。焊接接头RT、PT、UT探伤合格，水压试验合格。按本实验焊接的接头抗拉强度优于316L母材，弯曲试验无裂纹，冲击性能良好，满足相关设计要求。

Claims (9)

1.一种CLF-1与316L异种钢TIG焊接方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将CLF-1钢与316L不锈钢的待焊接件的焊接面上加工截面为V型坡口；
2)施焊前清洗；
3)CLF-1钢V型坡口面预先堆焊W19123L不锈钢过渡层；
4)堆焊W19123L不锈钢过渡层上加工单边30°V型坡口；
5)CLF-1和316L对接焊。
2.如权利要求1所述的一种CLF-1与316L异种钢TIG焊接方法，其特征在于，所述步骤5)包括：
装配CLF-1和316L试板，使得两者间隙2mm，钝边1mm，点焊牢固；
对接焊过程中，控制层间温度0～150℃，焊接速度10～12cm/min，直流正接，焊接电流120～140A，焊接电压为13～18V，钨极直径3mm，焊丝直径Ф2.0，喷嘴孔径Ф8～10mm，氩气流量10～12L/min。
3.如权利要求2所述的一种CLF-1与316L异种钢TIG焊接方法，其特征在于：对接焊过程中，单面焊双面成型，单层单道焊。
4.如权利要求1所述的一种CLF-1与316L异种钢TIG焊接方法，其特征在于：所述步骤1)中V型口的角度为30°，钝边1mm。
5.如权利要求1所述的一种CLF-1与316L异种钢TIG焊接方法，其特征在于：所述步骤2)在焊接面及边缘20mm范围内采用丙酮清洗。
6.如权利要求1所述的一种CLF-1与316L异种钢TIG焊接方法，其特征在于，所述步骤3)中CLF-1钢坡口面预先堆焊W19123L不锈钢过渡层包括：
首先、对CLF-1坡口面及边缘20mm范围内进行预热，预热温度为100～150℃，预热时间5～10min；
其次、焊接过程中控制层间温度为0～150℃，焊接速度8～12cm/min，直流正接，焊接电流120～140A，焊接电压为13～18V，钨极直径3mm，焊丝直径Ф2.0，喷嘴孔径Ф8～10mm，氩气流量10～12L/min；
最后、焊接之后立即进炉消应，消应温度为690～710℃，保温2～5h。
7.如权利要求1所述的一种CLF-1与316L异种钢TIG焊接方法，其特征在于：所述步骤4)中V型坡口为30°，钝边1mm，堆焊层厚度为5～8mm。
8.如权利要求1所述的一种CLF-1与316L异种钢TIG焊接方法，其特征在于：所述步骤1)进行后需要对待焊接件加工的坡口表面进行探伤检测，合格后进行步骤2)。
9.如权利要求1所述的一种CLF-1与316L异种钢TIG焊接方法，其特征在于：所述的4)之后需要对对堆焊W19123L不锈钢过渡层进行探伤检测，合格则进行后续步骤5)。
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