CN112091380B - 一种低活化马氏体钢tig焊接方法 - Google Patents

一种低活化马氏体钢tig焊接方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种低活化马氏体钢TIG焊接方法，该方法通过使用低活化马氏体钢母材制成的焊丝，以使焊丝和焊接试板的材料一致，提高焊接匹配性；将焊丝的直径设为Ф1.6mm～2.4mm，采用TIG焊接工艺对焊接试板进行单面焊双面成型，通过控制焊接和热处理对应的工艺参数，以使低活化马氏体钢的焊接接头平整美观、无裂纹和气孔，保证焊接接头的性能良好。

Description

一种低活化马氏体钢TIG焊接方法
技术领域
本发明属于焊接技术领域，具体涉及一种低活化马氏体钢TIG焊接方法，应用在聚变堆固态增殖剂包层研制中。
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。低活化马氏体钢具有较低的辐照肿胀和热膨胀系数、较高的热导率等优良的热物理、力学性能，是包层实验模块结构材料的首选结构材料，但该材料合金元素多，碳当量高，淬硬倾向大，冷裂纹敏感性大，可焊性差，焊接接头冲击韧性低。另外该材料焊接接头容易产生气孔和微裂纹等缺陷。合理的焊前预热、层间温度、焊接参数以及焊后热处理是控制和改善该钢焊接性能的重要手段。目前对低活化马氏体钢的焊接工艺研究很少，因此对低活化马氏体钢的焊接工艺研究对产氚包层的研制具有重要的基础意义。
发明内容
为解决低活化马氏体CLF-1钢可焊性差，容易产生气孔和微裂纹等问题，本发明提供一种低活化马氏体钢TIG焊接方法，将TIG焊接方法应用在低活化马氏体CLF-1钢的焊接中，并通过控制焊接和热处理对应的工艺参数，以使低活化马氏体CLF-1钢的焊接接头平整美观、无裂纹和气孔，保证焊接接头的性能良好。
为解决上述技术问题，本发明通过下述技术方案实现：
一种低活化马氏体钢TIG焊接方法，包括：
使用低活化马氏体钢母材制成的焊丝，采用TIG焊接工艺对焊接试板进行单面焊双面成型；所述焊接试板的材料为低活化马氏体钢；所述焊丝的直径为Ф1.6mm～Ф2.4mm。
进一步地，所述TIG焊接工艺包括如下步骤：
步骤1：将低活化马氏体钢的钢锻棒均匀拉制成直径为Ф1.6mm～Ф2.4mm的焊丝；
步骤2：对所述焊接试板加工15°～30°的单边V型坡口β，所述单边V型坡口β的钝边厚度c为1mm～2mm；
步骤3：在加工完所述单边V型坡口β后，分别对所述焊接试板和所述坡口进行缺陷检测；
步骤4：当所述焊接试板和所述坡口无缺陷后，对所述坡口及周边位置进行清洗；
步骤5：在清洗完成后，根据预先设置好的装配间隙e对所述焊接试板和氩气保护及防变形工装进行点焊装配，点焊间隔为50mm，并对所述点焊装配形成的焊缝背面通氩气保护10min以上；所述装配间隙e为1mm～3mm；
步骤6：点焊装配完成后，将装配好的焊接试板进炉预热，当预热温度达到200℃～250℃，保温30min～120min后，然后对所述焊接试板施焊；施焊的过程具体为：打底焊，焊接速度75mm/min～100mm/min，焊接电流120A～150A,焊接电压12V～18V,氩气流量10L/min～12L/min，钨极直径Ф1.6mm～Ф2.4mm，焊丝直径Ф1.6mm～Ф2.4mm，喷嘴孔直径Ф6mm～Ф10mm；中间层和盖面焊，焊接速度70mm/min～130mm/min，焊接电流120A～170A，焊接电压15V～20V,钨极直径Ф1.6mm～Ф2.4mm，焊丝直径Ф1.6mm～Ф2.4mm，喷嘴孔直径Ф6mm～Ф10mm，氩气流量10L/min～14L/min；所述中间层和盖面焊采用薄层多道摆动焊，层间温度控制在200℃～250℃范围，直流正接。
步骤7：施焊完成进炉消应，消应温度为710℃～740℃，保温2h，炉冷。
进一步地，所述焊接试板的厚度T范围为1.5mm～20mm。
进一步地，步骤3具体采用超声波对所述焊接试板进行缺陷检测；采用渗透检测对所述坡口进行表面缺陷检测。
进一步地，步骤4具体采用丙酮对所述坡口及周边1倍厚度位置进行清洗。
进一步地，步骤5具体采用氩气保护及防变形工装对所述点焊装配形成的焊缝背面通氩气保护。
进一步地，步骤6具体采用热处理炉对装配好的焊接试板整体进行预热。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
1、低活化马氏体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，本发明采用低活化马氏体钢母材拉制的焊丝进行焊接，使得焊丝和焊接试板的材料一致，可提高焊接匹配性。
3、采用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，使得焊接接头应力、变形和裂纹倾向小，非常适合焊接低活化马氏体CLF-1钢；且TIG焊接灵活、可操作性强、焊接结构不受限，可以进行全位置焊和单面焊双面成型。
4、采用TIG焊接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。
附图说明
图1为本发明一种低活化马氏体钢TIG焊接方法的流程图。
图2为本发明单边V型坡口β的一具体示意图。
图3为本发明氩气保护及防变形工装的一具体示意图。
图4为本发明焊接装配的示意图。
图5为本发明焊接试板焊接完成后的示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定，除低活化马氏体CLF-1钢外，其他型号的低活化马氏体钢也可通过本发明提供的低活化马氏体钢TIG焊接方法进行焊接。
实施例1
如图1-图5所示，本实施例以2mm*200mm*500mm的低活化马氏体CLF-1钢焊接试板1为例进行说明：首先，将低活化马氏体CLF-1钢锻棒拉制成直径为1.6mm的焊丝；然后对焊接试板1进行15°、钝边厚度c1mm的单边V型坡口β的机械加工；在加工完成后，对焊接试板1进行UT(Ultrasonic Test超声试验)探伤，对坡口表面进行PT(penetration testing,渗透探伤)探伤，当试板和坡口表面都合格后，则采用丙酮清洗坡口及周边1倍厚度位置和焊丝的表面上的油污、铁削和氧化膜，以保持金属光泽；在清洗完成后，根据预先设置好的1mm装配间隙e对焊接试板1和氩气保护及防变形工装2进行点焊装配，并通过氩气背保护气管3对点焊装配形成的焊缝背面通氩气保护10min以上，其中，氩气背保护气管3设置在氩气保护及防变形工装2的背面。然后整体入炉预热；当预热温度达到200℃～250℃，保温30min后，对焊接试板1施焊。具体为：先对焊接试板1进行打底焊，焊接速度100mm/min，焊接电流120A,焊接电压12V,氩气流量10L/min，钨极直径Ф1.6mm，焊丝直径Ф1.6mm，喷嘴孔直径Ф6mm；然后对焊接试板1进行盖面焊，焊接速度120mm/min，焊接电流140A，焊接电压14V,钨极直径Ф1.6mm，焊丝直径Ф1.6mm，喷嘴孔直径Ф6mm，氩气流量10L/min。进一步地，盖面焊采用薄层多道摆动焊，层间温度控制在200℃～250℃范围，直流正接。施焊完成过后立即进炉消应，消应温度为710℃～740℃，保温2h。通过上述焊接方法，焊接的接头宏观形貌平整美观，探伤合格，无裂纹、气孔和夹杂等缺陷。
通过本发明提供的低活化马氏体钢TIG焊接方法，焊接的接头抗拉强度平均值为631MPa，弯曲试验合格，满足相关设计要求。
实施例2
如图1-图5所示，本实施例以10mm*200mm*500mm的低活化马氏体CLF-1钢焊接试板1为例进行说明：首先，将低活化马氏体CLF-1钢锻棒拉制成直径为2.0mm的焊丝；然后对焊接试板1进行15°、钝边厚度c1mm的单边V型坡口β的机械加工；在加工完成后，对焊接试板1进行UT(Ultrasonic Test超声试验)探伤，对坡口表面进行PT(penetration testing,渗透探伤)探伤，当试板和坡口表面都合格后，则采用丙酮清洗坡口及周边1倍厚度位置和焊丝的表面上的油污、铁削和氧化膜，以保持金属光泽；在清洗完成后，根据预先设置好的2mm装配间隙e对焊接试板1和氩气保护及防变形工装2进行点焊装配，并通过氩气背保护气管3对点焊装配形成的焊缝背面通氩气保护10min以上，其中，氩气背保护气管3设置在氩气保护及防变形工装2的背面。然后整体入炉预热；当预热温度达到200℃～250℃，保温60min后，则对焊接试板1施焊。具体为：先对焊接试板1进行打底焊，焊接速度80mm/min，焊接电流120A,焊接电压15V,氩气流量10L/min，钨极直径Ф1.6mm，焊丝直径Ф2.0mm，喷嘴孔直径Ф6mm；然后对焊接试板1进行中间层和盖面焊，焊接速度70mm/min～100mm/min，焊接电流120A～150A，焊接电压15V～18V,钨极直径Ф2.0mm，焊丝直径Ф2.0mm，喷嘴孔直径Ф8mm，氩气流量10L/min～14L/min。进一步地，中间层和盖面焊采用薄层多道摆动焊，层间温度控制在200℃～250℃范围，直流正接。施焊完成过后立即进炉消应，消应温度为710℃～740℃，保温2h。通过上述焊接方法，焊接的接头宏观形貌平整美观，探伤合格，无裂纹、气孔和夹杂等缺陷。
通过本发明提供的低活化马氏体钢TIG焊接方法，焊接的接头抗拉强度平均值为648MPa，冲击功平均值93J，弯曲试验合格，满足相关设计要求。
实施例3
如图1-图5所示，本实施例以20mm*200mm*500mm的低活化马氏体CLF-1钢焊接试板1为例进行说明：首先，将低活化马氏体CLF-1钢锻棒拉制成直径为Ф2.4mm的焊丝；然后对焊接试板1进行30°、钝边厚度c2mm的单边V型坡口β的机械加工；在加工完成后，对焊接试板1进行UT(Ultrasonic Test超声试验)探伤，对坡口表面进行PT(penetration testing,渗透探伤)探伤，当试板和坡口表面都合格后，则采用丙酮清洗坡口及周边1倍厚度位置和焊丝的表面上的油污、铁削和氧化膜，以保持金属光泽；在清洗完成后，根据预先设置好的3mm装配间隙e对焊接试板1和氩气保护及防变形工装2进行点焊装配，并通过氩气背保护气管3对点焊装配形成的焊缝背面通氩气保护10min以上，其中，氩气背保护气管3设置在氩气保护及防变形工装2的背面。然后整体入炉预热；当预热温度达到200℃～250℃，保温120min后，对焊接试板1施焊。具体为：先对焊接试板1进行打底焊，焊接速度70mm/min，焊接电流150A,焊接电压17V,氩气流量10L/min，钨极直径Ф1.6mm，焊丝直径Ф2.4mm，喷嘴孔直径Ф6mm；然后对焊接试板1进行中间层和盖面焊，焊接速度70/min～130/min，焊接电流140A～170A，焊接电压16V～18V,钨极直径Ф2.4mm，焊丝直径Ф2.4mm，喷嘴孔直径Ф8mm，氩气流量12L/min～14L/min，进一步地，中间层和盖面焊采用薄层多道摆动焊，层间温度控制在200℃～250℃范围，直流正接。施焊完成过后立即进炉消应，消应温度为710℃～740℃，保温2h。通过上述焊接方法，焊接的接头宏观形貌平整美观，探伤合格，无裂纹、气孔和夹杂等缺陷。
通过本发明提供的低活化马氏体钢TIG焊接方法，焊接的接头抗拉强度平均值为657MPa，冲击功平均值143J，弯曲试验合格，满足相关设计要求。
具体地，以上所述具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种低活化马氏体钢TIG焊接方法，其特征在于，包括：
使用低活化马氏体钢母材制成的焊丝，采用TIG焊接工艺对焊接试板(1)进行单面焊双面成型；所述焊接试板(1)的材料为低活化马氏体钢；所述焊丝的直径为Ф1.6mm～Ф2.4mm；
其中，所述TIG焊接工艺包括如下步骤：
步骤1：将低活化马氏体钢的钢锻棒均匀拉制成直径为Ф1.6mm～Ф2.4mm的焊丝；
步骤2：对所述焊接试板(1)加工15°～30°的单边V型坡口β，所述单边V型坡口β的钝边厚度c为1mm～2mm；
步骤3：在加工完所述单边V型坡口β后，分别对所述焊接试板(1)和所述坡口进行缺陷检测；其中，步骤3具体采用超声波对所述焊接试板(1)进行缺陷检测；采用渗透检测对所述坡口进行表面缺陷检测；
步骤4：当所述焊接试板(1)和所述坡口无缺陷后，对所述坡口及周边位置进行清洗；
步骤5：在清洗完成后，根据预先设置好的装配间隙e对所述焊接试板(1)和氩气保护及防变形工装(2)进行点焊装配，点焊间距为50mm，并对所述点焊装配形成的焊缝背面通氩气保护10min以上；所述装配间隙e为1mm～3mm；
步骤6：点焊装配完成后，将装配好的焊接试板(1)进炉预热，当预热温度达到200℃～250℃时，保温30min～120min，然后对所述焊接试板(1)施焊；施焊的过程具体为：打底焊，焊接速度75mm/min～100mm/min，焊接电流120A～150A,焊接电压12V～18V,氩气流量10L/min～12L/min，钨极直径Ф1.6mm～Ф2.4mm，焊丝直径Ф1.6mm～Ф2.4mm，喷嘴孔直径Ф6mm～Ф10mm；中间层和盖面焊，焊接速度70mm/min～130mm/min，焊接电流120A～170A，焊接电压15V～20V,钨极直径Ф1.6mm～Ф2.4mm，焊丝直径Ф1.6mm～Ф2.4mm，喷嘴孔直径Ф6mm～Ф10mm，氩气流量10L/min～14L/min；所述中间层和盖面焊采用薄层多道摆动焊，层间温度控制在200℃～250℃范围，直流正接；
步骤7：施焊完成后立即进炉消应，消应温度为710℃～740℃，保温2h，炉冷。
2.根据权利要求1所述的一种低活化马氏体钢TIG焊接方法，其特征在于，所述焊接试板(1)的厚度T范围为1.5mm～20mm。
3.根据权利要求1所述的一种低活化马氏体钢TIG焊接方法，其特征在于，步骤4具体采用丙酮对所述坡口及周边1倍厚度位置进行清洗。
4.根据权利要求1所述的一种低活化马氏体钢TIG焊接方法，其特征在于，步骤5具体采用氩气保护及防变形工装(2)对所述点焊装配形成的焊缝背面通氩气保护。
5.根据权利要求1所述的一种低活化马氏体钢TIG焊接方法，其特征在于，步骤6具体采用热处理炉对装配好的焊接试板(1)整体进行预热。
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