CN111408824A

CN111408824A - 一种母材haz晶粒不发生粗化的复合焊接方法

Info

Publication number: CN111408824A
Application number: CN202010406841.8A
Authority: CN
Inventors: 郑韶先; 杜煜; 汪军平; 徐龙强; 史伟; 李岗
Original assignee: Lanzhou Jiaotong University
Current assignee: Lanzhou Jiaotong University
Priority date: 2020-05-14
Filing date: 2020-05-14
Publication date: 2020-07-14

Abstract

一种母材HAZ晶粒不发生粗化的复合焊接方法，（1）将所需成分的金属丝材在工件，即母材待焊接表面处堆焊若干层，以形成一定厚度的堆焊层，堆焊层厚度>焊前厚度（δ）；（2）堆焊完毕后，在堆焊层上加工出所需要的坡口形状及尺寸；（3）再采用常规焊接方法进行填充焊以填满坡口，并在填充焊接过程中将有起始厚度（α）的堆焊层发生熔化，使得开完坡口后的堆焊层厚度由填充焊前的焊前厚度（δ）减小为填充焊后的焊后厚度（θ），同时在厚度为焊后厚度（θ）的剩余堆焊层上将形成由填充焊所导致的宽度（β）的热影响区，并且焊前厚度（δ）、起始厚度（α）及宽度（β）三者满足：（δ－α）>β或θ>β。

Description

一种母材HAZ晶粒不发生粗化的复合焊接方法

技术领域

本发明涉及机械加工的焊接技术领域。

背景技术

采用常规弧焊方法及工艺焊接对热输入敏感的细晶粒高强钢及铁素体不锈钢等材料时，因焊接热输入相对较大，致使焊接热影响区（HAZ）高温停留时间较长，以致因HAZ晶粒粗化严重而使接头力学性能显著下降。理论研究和生产实践均表明，减小焊接热输入是抑制母材HAZ晶粒粗化的最有效方法。相较而言，焊缝区的晶粒粗化比较容易解决，例如可通过向焊接熔池添加细化晶粒元素（Nb、Ti、B），或给焊接熔池施加超声震动以有效细化焊缝区晶粒。

发明内容

本发明的目的是防止母材HAZ的晶粒粗化。

本发明是一种母材HAZ晶粒不发生粗化的复合焊接方法，其步骤为：

（1）采用钨极氩弧点焊工艺及合理焊接参数，将所需成分的金属丝材在工件，即母材待焊接表面处堆焊若干层，以形成一定厚度的堆焊层，堆焊层厚度> 焊前厚度δ；

（2）堆焊完毕后，在堆焊层上加工出所需要的坡口形状及尺寸；

（3）再采用常规焊接方法进行填充焊以填满坡口，并在填充焊接过程中将有起始厚度α的堆焊层发生熔化，使得开完坡口后的堆焊层厚度由填充焊前的焊前厚度δ减小为填充焊后的焊后厚度θ，同时在厚度为焊后厚度θ的剩余堆焊层上将形成由填充焊所导致的宽度β的热影响区，并且焊前厚度δ、起始厚度α及宽度β三者满足：（δ－α） >β或θ>β。

本发明的有益之处是：母材HAZ不发生晶粒粗化的复合焊接方法及接头结构，其关键在于通过调控钨极氩弧点焊的电流、点焊时间、相邻焊点之间的点焊间隔时间，将金属丝材堆焊到工件待焊接表面处，一方面要确保堆焊时在母材上所形成的HAZ宽度小于 0.2mm，从而使母材上所形成的HAZ不发生晶粒粗化；另一方面该堆焊层的厚度要足够大，以确保填充焊时在堆焊层上形成的HAZ被控制在堆焊层之内。

附图说明

本发明的工件堆焊层所开坡口形状（带有堆焊层）及其对应复合焊接接头的结构如图1~图8 所示，其中图1为“X”形坡口，图2为“I”形坡口，图3为“V”形坡口，图4为“U”形坡口，图5为“X”形坡口填充焊后的接头结构，图6为“I”形坡口填充焊后的接头结构，图7为“V”形坡口填充焊后的接头结构，图8为“U”形坡口填充焊后的接头结构。

具体实施方式

本发明的工件堆焊层所开坡口形状（带有堆焊层）及其对应复合焊接接头的结构如图1~图8 所示，本发明是一种母材HAZ晶粒不发生粗化的复合焊接方法，其步骤为：

本发明的工件堆焊层所开坡口形状（带有堆焊层）及其对应复合焊接接头的结构如图1~图8 所示，其中图1为“X”形坡口，图2为“I”形坡口，图3为“V”形坡口，图4为“U”形坡口，图5为“X”形坡口填充焊后的接头结构，图6为“I”形坡口填充焊后的接头结构，图7为“V”形坡口填充焊后的接头结构，图8为“U”形坡口填充焊后的接头结构。此外，如图1~图8 所示，母材HAZ即为采用钨极氩弧点焊方法在母材上堆焊时所形成的极窄HAZ，其宽度不超过0.2 mm，且HAZ中的过热区晶粒尺寸不超过母材晶粒尺寸；堆焊层HAZ即为采用热输入尽量低的常规弧焊方法进行填充焊时在堆焊层之内形成的HAZ，其宽度为 β；焊缝则是由填充焊时熔化的焊丝与熔化的厚度为 α的堆焊层均匀混合所形成的。

以上所述的母材HAZ晶粒不发生粗化的复合焊接方法，堆焊参数及范围依次为：焊丝直径0.3 ~ 2.5 mm，点焊电流60 ~ 350 A，点焊时间40 ~ 500 ms，相邻焊点之间的点焊间隔时间0.1 ~ 2 s，氩气流量5 ~ 30 L/min，钨极尖部与工件表面距离0.5 ~ 5 mm。

以上所述的母材HAZ晶粒不发生粗化的复合焊接方法，开完坡口后的焊前厚度δ一般依据填充焊的焊接线能量选取，焊前厚度δ取值范围通常为2 ~ 100 mm。

以上所述的母材HAZ晶粒不发生粗化的复合焊接方法，在工件待焊接表面处有焊前厚度δ的堆焊层，坡口就开在该堆焊层上，所开坡口的形状为“X”形、或者“I”形、或者“V”形，或者“U”形。

以上所述的母材HAZ晶粒不发生粗化的复合焊接方法，该复合焊接接头是由常规焊接方法将坡口填满后所形成，并且从焊缝区至母材依次由焊缝区、宽度β的堆焊层HAZ、未受填充焊接热循环影响且宽度为(θ-β)的堆焊层、母材HAZ及母材构成，而且剩余堆焊层的焊后厚度θ>宽度β。

本发明的施焊工艺及适用的焊接参数说明如下：

(1)工件堆焊层上所开的坡口形状及相关尺寸，可依据相关的弧焊方法及工艺进行选择，在此不做过多说明。

(2)工件待焊接表面处的堆焊层是采用钨极氩弧点焊工艺将所需成分的丝材堆焊到工件坡口表面而形成的，并且堆焊层厚度δ一般依据填充焊的焊接线能量选取，堆焊层厚度δ的取值范围通常为2 ~ 100 mm。工件坡口表面钨极氩弧堆焊所用其它焊接参数及范围为：焊丝直径0.3 ~ 2.5 mm，点焊电流60 ~ 350 A，点焊时间40 ~ 500 ms，相邻焊点之间的点焊间隔时间0.1 ~ 2 s，氩气流量5 ~ 30 L/min，钨极尖部与工件表面距离0.5 ~ 5 mm。

(3)当工件待焊接表面处的堆焊层堆焊完毕并在堆焊层上加工好坡口后，可根据工件的材质和结构，在埋弧焊、二氧化碳气体保护电弧焊、熔化极氩弧焊、填丝的钨极氩弧焊中选择一种进行填充焊以填满坡口，所用焊接参数及工艺依据堆焊层厚度 δ进行选取，但必须确保填充焊时在堆焊层坡口上形成的HAZ被控制在堆焊层之内。

Claims

1.一种母材HAZ晶粒不发生粗化的复合焊接方法，其特征在于，其步骤为：

（1）采用钨极氩弧点焊工艺及合理焊接参数，将所需成分的金属丝材在工件，即母材待焊接表面处堆焊若干层，以形成一定厚度的堆焊层，堆焊层厚度> 焊前厚度（δ）；

（3）再采用常规焊接方法进行填充焊以填满坡口，并在填充焊接过程中将有起始厚度（α）的堆焊层发生熔化，使得开完坡口后的堆焊层厚度由填充焊前的焊前厚度（δ）减小为填充焊后的焊后厚度（θ），同时在厚度为焊后厚度（θ）的剩余堆焊层上将形成由填充焊所导致的宽度（β）的热影响区，并且焊前厚度（δ）、起始厚度（α）及宽度（β）三者满足：（δ－α） >β或θ>β。

2.根据权利要求1所述的母材HAZ晶粒不发生粗化的复合焊接方法，其特征在于堆焊参数及范围依次为：焊丝直径0.3 ~ 2.5 mm，点焊电流60 ~ 350 A，点焊时间40 ~ 500 ms，相邻焊点之间的点焊间隔时间0.1 ~ 2 s，氩气流量5 ~ 30 L/min，钨极尖部与工件表面距离0.5 ~ 5 mm。

3.根据权利要求1所述的母材HAZ晶粒不发生粗化的复合焊接方法，其特征在于开完坡口后的焊前厚度（δ）一般依据填充焊的焊接线能量选取，焊前厚度（δ）取值范围通常为2 ~100 mm。

4.根据权利要求1所述的母材HAZ晶粒不发生粗化的复合焊接方法，其特征在于在工件待焊接表面处有焊前厚度（δ）的堆焊层，坡口就开在该堆焊层上，所开坡口的形状为“X”形、或者“I”形、或者“V”形，或者“U”形。

5.根据权利要求1所述的母材HAZ晶粒不发生粗化的复合焊接方法，其特征在于该复合焊接接头是由常规焊接方法将坡口填满后所形成，并且从焊缝区至母材依次由焊缝区、宽度（β）的堆焊层HAZ、未受填充焊接热循环影响且宽度为(θ-β)的堆焊层、母材HAZ及母材构成，而且剩余堆焊层的焊后厚度（θ）>宽度（β）。