CN111872518B

CN111872518B - 304l不锈钢t型加强圈腹板与壳体全熔透焊接方法

Info

Publication number: CN111872518B
Application number: CN202010661949.1A
Authority: CN
Inventors: 侯华东; 闵晓峰
Original assignee: China First Metallurgical Group Co Ltd; Wuhan Yiye Steel Structure Co Ltd
Current assignee: China First Metallurgical Group Co Ltd; Wuhan Yiye Steel Structure Co Ltd
Priority date: 2020-07-10
Filing date: 2020-07-10
Publication date: 2022-06-17
Anticipated expiration: 2040-07-10
Also published as: CN111872518A

Abstract

一种304L不锈钢T型加强圈腹板与壳体全熔透焊接方法，涉及焊接领域。该304L不锈钢T型加强圈腹板与壳体全熔透焊接方法包括以下步骤：在T型加强圈腹板上开设K型非对称坡口；拼装T型加强圈腹板和壳体，使用双面钨极氩弧焊点固、打底焊接T型加强圈腹板和壳体，随后使用焊条电弧焊填充、盖面焊接。本申请提供的304L不锈钢T型加强圈腹板与壳体全熔透焊接方法能够减小焊接时K型坡口角度，提高焊接保护效果，节约焊材，提高工效，降低焊接变形。

Description

304L不锈钢T型加强圈腹板与壳体全熔透焊接方法

技术领域

本申请涉及焊接领域，具体而言，涉及一种304L不锈钢T型加强圈腹板与壳体全熔透焊接方法。

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能，其常常被用做低温用钢如作为空气动力学研究的大型低温风洞，大型低温风洞的使用温度为-196～-163℃，壳体一般采用304L奥氏体不锈钢制作。

大型低温风洞工作压力通常在0.1～0.9MPa间，为保证运行期间承压壳体不发生变形，壳体上布置有T型加强圈以提高壳体的刚度和强度，由于大型低温风洞的工作温度最低为-196℃，为了防止T型加强圈腹板与壳体焊缝失效，要求腹板与壳体必须采用全熔透焊接制备得到。

大型低温风洞壳体直径较大，通常采用立装法拼装，T型加强圈腹板与壳体为T型接头，焊接位置为平、仰焊，目前通常采用二种焊接工艺。一种是采用焊条电弧焊焊接，碳弧气刨清根，但气刨时大的热输入容易产生变形，而且气刨中的渗碳现象增加了焊缝晶间腐蚀的敏感性。另一种是采用钨极氩弧焊打底，焊条电弧焊填充盖面，由于焊接工况与空间的限制，K型坡口单边角度必须≥45°，否则钨极氩弧焊打底时容易产生未熔合缺陷，但大的坡口角度增加了焊材用量、焊接时间，同时也增加了仰焊的难度。

发明内容

本申请的目的在于提供一种304L不锈钢T型加强圈腹板与壳体全熔透焊接方法，其能够减小焊接时K型坡口角度，提高焊接保护效果，节约焊材，提高工效，降低焊接变形。

本申请的实施例是这样实现的：

本申请实施例提供一种304L不锈钢T型加强圈腹板与壳体全熔透焊接方法，包括以下步骤：

在T型加强圈腹板上开设K型非对称坡口；

拼装T型加强圈腹板和壳体，使用双面钨极氩弧焊点固、打底焊接T型加强圈腹板和壳体，随后使用焊条电弧焊填充、盖面焊接。

在一些可选的实施方案中，当T型加强圈腹板的厚度为10～40mm时，平焊位置为大坡口且角度为35～40°，大坡口单面高度为板厚的2/3，仰焊位置为小坡口且角度为40°，小坡口单面高度为板厚的1/3，钝边为0mm；当T型加强圈腹板的厚度为40～60mm时，平焊位置为大坡口且角度为25～30°，大坡口单面高度为板厚的3/5，仰焊位置为小坡口且角度为30°，小坡口单面高度为板厚的2/5，钝边为0mm。

在一些可选的实施方案中，当T型加强圈腹板的厚度为10～40mm时，拼装T型加强圈腹板和壳体的组对间隙为3～4mm；当T型加强圈腹板的厚度为40～60mm时，拼装T型加强圈腹板和壳体的组对间隙为6～7mm。

在一些可选的实施方案中，使用双面钨极氩弧焊点固焊接T型加强圈腹板和壳体时，点固焊缝长度为60～80mm，间隔为450～550mm。

在一些可选的实施方案中，使用双面钨极氩弧焊点固焊接T型加强圈腹板和壳体时，每隔550～600mm在T型加强圈腹板与壳体之间焊接一个防变形檩条，防变形檩条的一端焊接在T型加强圈腹板的外弧边边缘处，另外一端焊接在壳体上；防变形檩条的厚度为30～35mm，防变形檩条的宽度为其厚度的1.2～1.3倍。

在一些可选的实施方案中，使用双面钨极氩弧焊打底焊接T型加强圈腹板和壳体时，在焊缝两侧针对同一坡口根部同一时间同一速度分别焊接，焊丝选用ER308L，直径为2.4mm，焊接时保护气体为氩气；在平焊位置进行填丝焊，焊接电流为110～115A，电弧电压为10～12V，气体流量为17～20L/min；在仰焊位置进行熔融保护，焊接电流为120～125A，电弧电压为10～12V，气体流量为22～25L/min。

在一些可选的实施方案中，T型加强圈腹板的厚度为10～30mm时，钨极直径为3mm，瓷嘴为10#大体瓷嘴配合3.2大体带筛网连接体及大体垫圈使用，钨极伸出长度为4～23mm；T型加强圈腹板的厚度为30～40mm时，钨极直径为3mm，瓷嘴为12#大体瓷嘴配合3.2大体带筛网连接体及大体垫圈使用，钨极伸出长度为15～28mm；T型加强圈腹板的厚度为40～60mm时，钨极直径为3mm，瓷嘴为6#大体瓷嘴配合3.2大体带筛网连接体及大体垫圈使用，钨极伸出长度为5～15mm。

在一些可选的实施方案中，使用焊条电弧焊填充、盖面焊接时，焊条型号为E308L-XX；平焊时填充第一层采用直径为2.5mm的焊条进行焊接，采用摆动焊进行焊接，当摆动到坡口侧时，停留时间≥3s；仰焊时填充第一层和第二层采用伊萨E308L-15或伯乐E308L-16焊条，直径为3.2mm，焊接电流为95～102A，电弧电压为18～22V，控制线能量≤18kJ/cm，后续的填充层和盖面层采用京群E308L-16焊条，直径为4.0mm，焊接电流为105～120A，电弧电压为20～24V，控制线能量≤20kJ/cm；焊接过程中控制层间温度≤80℃。

在一些可选的实施方案中，双面钨极氩弧焊采用直流正接电源；焊条电弧焊采用直流反接电源。

本申请的有益效果是：本实施例提供的304L不锈钢T型加强圈腹板与壳体全熔透焊接方法包括以下步骤：在T型加强圈腹板上开设K型非对称坡口；拼装T型加强圈腹板和壳体，使用双面钨极氩弧焊点固、打底焊接T型加强圈腹板和壳体，随后使用焊条电弧焊填充、盖面焊接。本申请提供的304L不锈钢T型加强圈腹板与壳体全熔透焊接方法能够减小焊接时K型坡口角度，提高焊接保护效果，节约焊材，提高工效，降低焊接变形。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本申请实施例提供的304L不锈钢T型加强圈腹板与壳体全熔透焊接方法中T型加强圈腹板开设K型非对称坡口后的剖视图；

图2为本申请实施例提供的304L不锈钢T型加强圈腹板与壳体全熔透焊接方法中T型加强圈腹板和壳体焊接时的剖视图。

图中：100、T型加强圈腹板；200、壳体。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本申请的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

以下结合实施例对本申请的304L不锈钢T型加强圈腹板与壳体全熔透焊接方法的特征和性能作进一步的详细描述。

在T型加强圈腹板上开设K型非对称坡口；

拼装T型加强圈腹板和壳体，当T型加强圈腹板的厚度为10～40mm时，拼装T型加强圈腹板和壳体的组对间隙为3～4mm，当T型加强圈腹板的厚度为40～60mm时，拼装T型加强圈腹板和壳体的组对间隙为6～7mm；

使用双面钨极氩弧焊点固、打底焊接T型加强圈腹板和壳体；当T型加强圈腹板的厚度为10～40mm时，平焊位置为大坡口且角度为35～40°，大坡口单面高度为板厚的2/3，仰焊位置为小坡口且角度为40°，小坡口单面高度为板厚的1/3，钝边为0mm；当T型加强圈腹板的厚度为40～60mm时，平焊位置为大坡口且角度为25～30°，大坡口单面高度为板厚的3/5，仰焊位置为小坡口且角度为30°，小坡口单面高度为板厚的2/5，钝边为0mm；使用双面钨极氩弧焊点固焊接T型加强圈腹板和壳体时，点固焊缝长度为60～80mm，间隔为450～550mm，每隔550～600mm在T型加强圈腹板与壳体之间焊接一个防变形檩条，防变形檩条的一端焊接在T型加强圈腹板的外弧边边缘处，另外一端焊接在壳体上；防变形檩条的厚度为30～35mm，防变形檩条的宽度为其厚度的1.2～1.3倍；在焊缝两侧针对同一坡口根部同一时间同一速度分别焊接，焊丝选用ER308L，直径为2.4mm，焊接时保护气体为氩气；在平焊位置进行填丝焊，焊接电流为110～115A，电弧电压为10～12V，气体流量为17～20L/min；在仰焊位置进行熔融保护，焊接电流为120～125A，电弧电压为10～12V，气体流量为22～25L/min；T型加强圈腹板的厚度为10～30mm时，钨极直径为3mm，瓷嘴为10#大体瓷嘴配合3.2大体带筛网连接体及大体垫圈使用，钨极伸出长度为4～23mm；T型加强圈腹板的厚度为30～40mm时，钨极直径为3mm，瓷嘴为12#大体瓷嘴配合3.2大体带筛网连接体及大体垫圈使用，钨极伸出长度为15～28mm；T型加强圈腹板的厚度为40～60mm时，钨极直径为3mm，瓷嘴为6#大体瓷嘴配合3.2大体带筛网连接体及大体垫圈使用，钨极伸出长度为5～15mm

使用焊条电弧焊填充、盖面焊接。焊条型号为E308L-XX；平焊时填充第一层采用直径为2.5mm的焊条进行焊接，采用摆动焊进行焊接，当摆动到坡口侧时，停留时间≥3s；仰焊时填充第一层和第二层采用伊萨E308L-15或伯乐E308L-16焊条，直径为3.2mm，焊接电流为95～102A，电弧电压为18～22V，控制线能量≤18kJ/cm，后续的填充层和盖面层采用京群E308L-16焊条，直径为4.0mm，焊接电流为105～120A，电弧电压为20～24V，控制线能量≤20kJ/cm；焊接过程中控制层间温度≤80℃。

其中，焊接时，双面钨极氩弧焊采用直流正接电源；焊条电弧焊采用直流反接电源。

本实施例提供的304L不锈钢T型加强圈腹板与壳体全熔透焊接方法通过采用新的焊接工艺及措施，能够保证不同厚度的304L不锈钢T型加强圈腹板与壳体平、仰焊位置全熔透的情况下，最大程度的减小腹板K型坡口角度，提高了工效，解决了采用传统工艺为保证根部熔透的情况下坡口角度大、焊材消耗大、焊接变形大的难题，从而解决304L不锈钢仰焊位置焊接困难、质量差，成本高的问题。

其中，304L奥氏体不锈钢由于线膨胀系数大、热导性差，焊接过程中容易产生变形，特别是T型接头不锈钢T型加强圈腹板与壳体连接时，若采用碳弧气刨清根，气刨过程中的大热输入会使焊接变形难以控制，而且会增加焊材的使用量，因此本实施例采用钨极氩弧焊进行打底焊，同时T型接头不锈钢T型加强圈腹板由于壳体侧没有坡口，钨极氩弧焊焊接过程中温度较低，铁水难以流动到壳体侧，且电弧作用于壳体侧时熔深较小，容易产生未熔合缺陷，因此K型坡口单边角度一般≥45°，随着腹板厚度的增加，坡口截面面积越来越大，焊材消耗量也大。本实施例提供的304L不锈钢T型加强圈腹板与壳体全熔透焊接方法对于不同厚度的腹板，通过减小K型坡口单边角度以及增加组对间隙，能保证钨极氩弧焊在熔透的情况下最大程度的减少坡口截面面积，减小焊材消耗量，同时也减小了变形。

目前工程上应用钨极氩弧焊时，使用的瓷嘴规格为常规的4#～8#，如果使用小直径的瓷嘴，虽然可以减小K型坡口单边角度，但是由于小瓷嘴保护效果差，因此焊接过程中容易产生气孔，若使用大直径的瓷嘴，必须增加K型坡口单边角度，否则瓷嘴难以伸入坡口内。本实施例对于厚度在30mm以下的腹板焊接使用10#大体瓷嘴，瓷嘴尾部端头内径为26mm，配合3.2大体带筛网连接体及大体垫圈使用，可以极大的增加焊接过程中保护效果，钨极最长伸长量可达25mm，即使K型坡口单边角度较小，瓷嘴无法伸入到坡口内，也能保证打底焊质量。对于厚度在30～40mm的腹板，使用12#大体瓷嘴，钨极最长伸长量可达30mm，瓷嘴在不伸入到坡口内的情况下能保证打底焊质量。对于厚度在40～60mm的腹板，由于K型坡口大坡口单边高度可达36mm，因此使用6#大体瓷嘴，可以伸入到坡口内焊接，由于钨极最长伸长量可达15mm，无需使瓷嘴全部伸入坡口底部也能保证打底焊质量，因而可以进一步减小坡口角度。

由于大型低温风洞的壳体直径较大，因此采用立装法拼装，T型加强圈腹板与壳体为平、仰焊位置，由于304L奥氏体不锈钢仰焊较困难，因此采用非对称坡口型式且设计为小坡口，为防止非对称坡口产生较大焊接变形，因此采用檩条支撑防止焊接变形；

钨极氩弧焊打底焊时，由于平焊位置铁水受重力影响有降落的趋势，因此焊接电流较仰焊位置小，同时仰焊位置相对于平焊位置增大气体流量，防止铁水坠落。无论是平焊还是仰焊位置，气体流量都较大，能增加保护效果，使钨极伸出更长，同时冷却效果也更好，保证焊接质量。

由于平焊位置K型坡口单边角度较小，为防止填充第一层出现未熔合缺陷，平焊第一层使用直径为2.5mm的焊条，通过增加焊条在坡口侧的运条时间，保证坡口侧的熔合性。仰焊时，由于填充第一层和第二层处坡口较小，热量较集中，铁水非常容易聚集坠落，焊接困难大，国产308L焊条难以施焊，因此采用国外可焊性强的焊条施焊。填充后续层时，由于坡口宽度较大，铁水不容易聚集坠落，因此采用可焊性较好的国产焊条施焊，能极大的减少焊接成本

以下通过具体实施例对本申请的304L不锈钢T型加强圈腹板与壳体全熔透焊接方法进行说明。

实施例1

本实施例提供一种304L不锈钢T型加强圈腹板与壳体全熔透焊接方法，包括以下步骤：

如图1所示，在厚度为30mm的T型加强圈腹板100上开设K型非对称坡口，大坡口单面高度为板厚的2/3即20mm，小坡口单面高度为板厚的1/3即10mm，钝边为0mm；

如图2所示，拼装T型加强圈腹板100和壳体200，使T型加强圈腹板100和壳体200的组对间隙为3mm；

使用双面钨极氩弧焊点固、打底焊接T型加强圈腹板100和壳体200；双面钨极氩弧焊焊接时采用直流正接电源，平焊位置为大坡口且角度为35°，仰焊位置为小坡口且角度为40°；点固焊缝长度为80mm，间隔为500mm，每隔600mm在T型加强圈腹板100与壳体200之间焊接一个防变形檩条，防变形檩条的一端焊接在T型加强圈腹板100的外弧边边缘处，另外一端焊接在壳体200上；防变形檩条的厚度为30mm，防变形檩条的宽度为其厚度的1.2倍；在焊缝两侧针对同一坡口根部同一时间同一速度分别焊接，焊丝选用ER308L，直径为2.4mm，焊接时保护气体为氩气；在平焊位置进行填丝焊，焊接电流为110A，电弧电压为12V，气体流量为20L/min；在仰焊位置进行熔融保护，焊接电流为125A，电弧电压为12V，气体流量为25L/min；钨极直径为3mm，瓷嘴为10#大体瓷嘴配合3.2大体带筛网连接体及大体垫圈使用，钨极伸出长度为15mm；

使用焊条电弧焊填充、盖面焊接。焊条电弧焊焊接时采用直流反接电源，焊条型号为京群E308L-16；平焊时填充第一层采用直径为2.5mm的焊条进行焊接，采用摆动焊进行焊接，当摆动到坡口侧时，停留时间为3s；仰焊时填充第一层和第二层采用伊萨E308L-15焊条，直径为3.2mm，焊接电流为95A，电弧电压为20V，控制线能量≤18kJ/cm，后续的填充层和盖面层采用京群E308L-16焊条，直径为4.0mm，焊接电流为115A，电弧电压为24V，控制线能量≤20kJ/cm；焊接过程中控制层间温度≤80℃。

以上所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

Claims

1.一种304L不锈钢T型加强圈腹板与壳体全熔透焊接方法，其特征在于，包括以下步骤：

在T型加强圈腹板上开设K型非对称坡口；当所述T型加强圈腹板的厚度为10~40mm时，平焊位置为大坡口且角度为35~40°，大坡口单面高度为板厚的2/3，仰焊位置为小坡口且角度为40°，小坡口单面高度为板厚的1/3，钝边为0mm；当所述T型加强圈腹板的厚度为40~60mm时，平焊位置为大坡口且角度为25~30°，大坡口单面高度为板厚的3/5，仰焊位置为小坡口且角度为30°，小坡口单面高度为板厚的2/5，钝边为0mm；当所述T型加强圈腹板的厚度为10~40mm时，拼装所述T型加强圈腹板和所述壳体的组对间隙为3~4mm；当所述T型加强圈腹板的厚度为40~60mm时，拼装所述T型加强圈腹板和所述壳体的组对间隙为6~7mm；

拼装T型加强圈腹板和壳体，使用双面钨极氩弧焊点固、打底焊接所述T型加强圈腹板和所述壳体，随后使用焊条电弧焊填充、盖面焊接；使用双面钨极氩弧焊点固焊接所述T型加强圈腹板和壳体时，点固焊缝长度为60~80mm，间隔为450~550mm；每隔550~600mm在所述T型加强圈腹板与所述壳体之间焊接一个防变形檩条，所述防变形檩条的一端焊接在所述T型加强圈腹板的外弧边边缘处，另外一端焊接在所述壳体上；所述防变形檩条的厚度为30~35mm，所述防变形檩条的宽度为其厚度的1.2~1.3倍；使用双面钨极氩弧焊打底焊接所述T型加强圈腹板和壳体时，在焊缝两侧针对同一坡口根部同一时间同一速度分别焊接，焊丝选用ER308L，直径为2.4mm，焊接时保护气体为氩气；在平焊位置进行填丝焊，焊接电流为110~115A，电弧电压为10~12V，气体流量为17~20L/min；在仰焊位置进行熔融保护，焊接电流为120~125A，电弧电压为10~12V，气体流量为22~25L/min，所述T型加强圈腹板的厚度为10~30mm时，钨极直径为3mm，瓷嘴为10#大体瓷嘴配合3.2大体带筛网连接体及大体垫圈使用，钨极伸出长度为4~23mm；所述T型加强圈腹板的厚度为30~40mm时，钨极直径为3mm，瓷嘴为12#大体瓷嘴配合3.2大体带筛网连接体及大体垫圈使用，钨极伸出长度为15~28mm；所述T型加强圈腹板的厚度为40~60mm时，钨极直径为3mm，瓷嘴为6#大体瓷嘴配合3.2大体带筛网连接体及大体垫圈使用，钨极伸出长度为5~15mm。

2.根据权利要求1所述的304L不锈钢T型加强圈腹板与壳体全熔透焊接方法，其特征在于，使用焊条电弧焊填充、盖面焊接时，焊条型号为E308L-XX；平焊时填充第一层采用直径为2.5mm的焊条进行焊接，采用摆动焊进行焊接，当摆动到坡口侧时，停留时间≥3s；仰焊时填充第一层和第二层采用伊萨E308L-15或伯乐E308L-16焊条，直径为3.2mm，焊接电流为95~102A，电弧电压为18~22V，控制线能量≤18kJ/cm，后续的填充层和盖面层采用京群E308L-16焊条，直径为4.0mm，焊接电流为105~120A，电弧电压为20~24V，控制线能量≤20kJ/cm；焊接过程中控制层间温度≤80℃。

3.根据权利要求1所述的304L不锈钢T型加强圈腹板与壳体全熔透焊接方法，其特征在于，所述双面钨极氩弧焊采用直流正接电源；所述焊条电弧焊采用直流反接电源。