CN112139638A - 铁素体不锈钢的焊接方法 - Google Patents

铁素体不锈钢的焊接方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种铁素体不锈钢的焊接方法，该方法包括：选取厚度为7mm以上的铁素体不锈钢，在低焊接热输入的条件下，在铁素体不锈钢坡口表面堆焊一层奥氏体不锈钢，打磨去除堆焊层表面氧化皮，在高焊接热输入的条件下，在铁素体不锈钢坡口的堆焊层上焊接填充层和盖面层。本发明的铁素体不锈钢的焊接方法，既能够避免铁素体不锈钢焊接热影响区的晶粒长大，提高焊接热影响区的韧性，同时又能兼顾焊接生产效率。

Description

铁素体不锈钢的焊接方法
技术领域
本发明涉及焊接技术领域，尤其涉及一种铁素体不锈钢的焊接方法。
背景技术
相比于奥氏体不锈钢，铁素体不锈钢具有优异的耐氯离子应力腐蚀能力，且由于铁素体不锈钢不含或少含镍元素，使其具有更低廉的价格。
不锈钢的耐点蚀性能可用点蚀指数PREN表示，PREN＝1*％Cr+3.3*％Mo+16*％N，与镍无关。所以铁素体不锈钢可以用于替代点蚀指数相当的奥氏体不锈钢。但是，铁素体不锈钢由于自身材料特性，从室温到熔点几乎无相变，导致其在1000℃以上会发生严重的晶粒长大。目前在采用常规焊接方法进行铁素体不锈钢焊接时，焊接热影响区内峰值温度通常都超过1000℃，而温度超过1000℃的区域晶粒会发生严重长大，导致冲击韧性大幅下降，严重限制了铁素体不锈钢在焊接结构中的使用。
发明内容
为解决上述现有技术中存在的技术问题，本发明提供一种铁素体不锈钢的焊接方法，能够避免铁素体不锈钢焊接热影响区的晶粒长大，提高焊接热影响区的韧性，同时兼顾焊接效率。
为此，本发明公开了一种铁素体不锈钢的焊接方法，所述方法包括：
选取厚度为7mm以上的铁素体不锈钢，在低焊接热输入的条件下，在铁素体不锈钢坡口表面堆焊一层奥氏体不锈钢，打磨去除堆焊层表面氧化皮，在高焊接热输入的条件下，在铁素体不锈钢坡口的堆焊层上焊接填充层和盖面层。
在一些可选的实施方式中，采用脉冲MAG焊机进行焊接，保护气体采用氩气和二氧化碳的混合气体或者氩气和氧气的混合气体；
其中，二氧化碳的含量为5％～6％，氧气的含量为3％～5％。
在一些可选的实施方式中，堆焊时，焊丝选用直径为1.0mm以下的奥氏体不锈钢实心焊丝，且选用的奥氏体不锈钢的耐蚀性能与铁素体不锈钢相匹配。
在一些可选的实施方式中，低焊接热输入为160-180J/mm。
在一些可选的实施方式中，堆焊时，采用短路过渡形式焊接，焊接电流采用脉冲电流。
在一些可选的实施方式中，堆焊层的厚度为2mm以上。
在一些可选的实施方式中，焊接填充层和盖面层时，焊丝选用直径为1.2mm以上的奥氏体不锈钢实心焊丝或药芯焊丝，且选用的奥氏体不锈钢的耐蚀性能与铁素体不锈钢相匹配。
在一些可选的实施方式中，高焊接热输入为1300-1600J/mm。
在一些可选的实施方式中，焊接填充层和盖面层时，采用射流过渡形式焊接。
在一些可选的实施方式中，若铁素体不锈钢为中铬铁素体不锈钢或高铬铁素体不锈钢，在完成填充层和盖面层焊接后，对铁素体不锈钢的焊接接头进行850℃保温和水冷淬火处理，保温时间t大于等于板厚*1min。
本发明技术方案的主要优点如下：
本发明的铁素体不锈钢的焊接方法，既能够避免铁素体不锈钢焊接热影响区的晶粒长大，提高焊接热影响区的韧性，同时又能兼顾焊接生产效率。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为采用本发明一实施例的铁素体不锈钢的焊接方法获得的焊接层的结构示意图；
图2为实施例1的铁素体不锈钢焊接热影响区金相图。
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，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
以下结合附图，详细说明本发明实施例提供的技术方案。
如图1所示，本发明一实施例提供了一种铁素体不锈钢的焊接方法，该方法包括：
选取厚度为7mm以上的铁素体不锈钢，在低焊接热输入的条件下，在铁素体不锈钢坡口表面堆焊一层奥氏体不锈钢，打磨去除堆焊层表面氧化皮，在高焊接热输入的条件下，在铁素体不锈钢坡口的堆焊层上焊接填充层和盖面层。
以下对本发明一实施例的铁素体不锈钢的焊接方法的原理及步骤进行具体说明。
本发明一实施例提供的铁素体不锈钢的焊接方法用于厚度为7mm以上的铁素体不锈钢的焊接，利用厚度为7mm以上的铁素体不锈钢具有较强的散热能力，首先在低焊接热输入的条件下，在铁素体不锈钢坡口表面堆焊一层奥氏体不锈钢，以作为热隔离层，能够使热隔离层下的焊接热影响区不发生晶粒长大；然后，对作为热隔离层的堆焊层进行轻微打磨以去除堆焊层表面氧化皮，能够避免后续焊接出现未熔合等焊接缺陷；最后，在高焊接热输入的条件下，在铁素体不锈钢坡口的堆焊层上焊接填充层和盖面层，由于此时焊接热量只能影响到热隔离层，不会影响到热隔离层下的铁素体不锈钢，铁素体不锈钢不会发生晶粒长大。
可选的，在进行堆焊层焊接、以及填充层和盖面层焊接时，采用脉冲MAG(MetalActive Gas Arc Welding)焊机进行焊接，同时焊接保护气体采用氩气和二氧化碳的混合气体或者氩气和氧气的混合气体，二氧化碳的含量为5％～6％，氧气的含量为3％～5％，％表示二氧化碳或氧气在混合气体中的质量分数。
本发明一实施例的铁素体不锈钢的焊接方法中，在采用脉冲MAG焊机进行焊接的基础上，采用氩气和二氧化碳的混合气体或者氩气和氧气的混合气体作为保护气体，并将二氧化碳的含量控制为5％～6％，将氧气的含量控制为3％～5％，能够增加电弧稳定性和焊道铺展状态。
可选的，堆焊时，焊丝选用直径为1.0mm以下的奥氏体不锈钢实心焊丝，且选用的奥氏体不锈钢的耐蚀性能与铁素体不锈钢相匹配。
由于在进行堆焊时采用低焊接热输入，通过选用直径为1.0mm以下的奥氏体不锈钢实心焊丝，能够保证焊缝成型。同时，使选用的奥氏体不锈钢的耐蚀性能与铁素体不锈钢相匹配，能够保证焊接前后的铁素体不锈钢的耐蚀性能基本保持一致。
可选的，在进行堆焊层焊接时，低焊接热输入为160-180J/mm。
本发明一实施例的铁素体不锈钢的焊接方法中，在进行堆焊层焊接时，若焊接热输入过大，则会导致铁素体不锈钢的焊接热影响区发生晶粒长大；若焊接热输入过小，焊缝位置两边缘加热不足，焊合点达不到合适的焊接温度，仍保持固态组织而焊不上，易形成虚焊、未熔合裂纹等缺陷。本发明一实施例的铁素体不锈钢的焊接方法中，将低焊接热输入控制为160-180J/mm，通过利用厚度为7mm以上的铁素体不锈钢具有的较强散热能力，在进行堆焊层焊接时，既能够保证焊缝成形，又能够避免焊接热影响区发生晶粒长大，以及避免出现未熔合等焊接缺陷。
可选的，在进行堆焊层焊接时，采用短路过渡形式焊接，焊接电流采用脉冲电流。
由于堆焊时采用低焊接热输入，在低焊接热输入的条件下，通过采用小电流的短路过渡形式，在保证焊缝成形的前提下配以较大的焊接速度，在铁素体不锈钢焊接坡口表面堆焊一层奥氏体不锈钢，既能够保证母材被焊区域充分熔化，避免未熔合等焊接缺陷，又能增加堆焊焊道的润湿角，避免给后续焊接造成焊道死角，同时能够使焊接热影响区晶粒几乎不发生长大。进一步地，在采用短路过渡形式焊接的同时，焊接电流采用脉冲电流，能够避免产生焊接飞溅。
可选的，在进行堆焊层焊接时，在采用低焊接热输入的同时，将层间温度控制为20～50℃。
本发明一实施例的铁素体不锈钢的焊接方法中，在采用低焊接热输入进行堆焊层焊接时，若层间温度过高，则会引起铁素体不锈钢的焊接热影响区发生晶粒长大，使焊缝强度和冲击韧性下降；若层间温度过低，则被焊材料表面可能存在水汽，使焊缝中含氢量增加，导致氢致裂纹等缺陷。本发明一实施例的铁素体不锈钢的焊接方法中，将层间温度控制为20～50℃，在采用低焊接热输入进行堆焊层焊接时，既能够保证焊缝成形，又能够避免焊接热影响区发生晶粒长大。
可选的，堆焊层的厚度控制为2mm以上。
由于在进行填充层和盖面层焊接时，焊接造成峰值温度超过1000℃的焊接热影响区一般不会超过2mm，为了使焊接热影响区处于堆焊层内，以保证铁素体不锈钢不会发生晶粒长大，本发明一实施例的铁素体不锈钢的焊接方法中，将堆焊层的厚度控制为2mm以上。
可选的，在焊接填充层和盖面层时，焊丝选用直径为1.2mm以上的奥氏体不锈钢实心焊丝或药芯焊丝，且选用的奥氏体不锈钢的耐蚀性能与铁素体不锈钢相匹配。
其中，当焊丝选用药芯焊丝时，保护气体可以采用二氧化碳气体。
由于在进行填充层和盖面层焊接时采用高焊接热输入，且填充层和盖面层的厚度较大，通过选用直径为1.2mm以上的奥氏体不锈钢实心焊丝或药芯焊丝，既能够保证焊缝成型，又能提高焊接效率。同时，使选用的奥氏体不锈钢的耐蚀性能与铁素体不锈钢相匹配，能够保证焊接前后的铁素体不锈钢的耐蚀性能基本保持一致。
可选的，高焊接热输入为1300-1600J/mm。
本发明一实施例的铁素体不锈钢的焊接方法中，在进行填充层和盖面层焊接时，若焊接热输入太大，则可能导致铁素体不锈钢的焊接热影响区增大而超出热隔离层，从而使铁素体不锈钢发生晶粒长大；若焊接热输入过小，则焊接效率低下，并且可能出现焊缝位置两边缘加热不足，焊合点就达不到合适的焊接温度，仍保持固态组织而焊不上，易形成虚焊、未熔合裂纹等缺陷。本发明一实施例的铁素体不锈钢的焊接方法中，将高焊接热输入控制为1300-1600J/mm，能够保证焊缝成形，提高焊接效率，避免焊接热影响区超出热隔离层而发生晶粒长大，避免出现未熔合等焊接缺陷。
可选的，在进行填充层和盖面层焊接时，采用射流过渡形式焊接。
由于进行填充层和盖面层焊接时采用高焊接热输入，在高焊接热输入的条件下，采用大电流的射流过渡形式，既能够保证被焊区域充分熔化，避免未熔合等焊接缺陷，又能避免焊接热影响区超出堆焊层，保证铁素体不锈钢不会发生晶粒长大，同时还能够提高焊接效率。
进一步地，本发明一实施例中，若铁素体不锈钢为中铬铁素体不锈钢或高铬铁素体不锈钢，可在完成填充层和盖面层焊接后，对铁素体不锈钢的焊接接头进行850℃保温和水冷淬火处理，保温时间t大于等于板厚*1min。
如此，通过对中铬铁素体不锈钢和高铬铁素体不锈钢进行850℃保温和水冷淬火处理，能够使析出物发生过时效，进一步提升焊接热影响区的冲击韧性。
为使本发明的上述技术方案更加清楚，下面将结合本发明具体实施例对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。
实施例1
本实施例1的材料是441超纯铁素体不锈钢，厚度规格为8.0mm。
本实施例1包括下述步骤：
(1)开坡口
开V形坡口，钝边1mm，间隙1mm。
(2)堆焊层焊接
采用直径为1.0mm的ER316L实心焊丝，使用松下YD-350AG2焊机，保护气体为Ar和CO2的混合气体，混合气体中CO2的含量为6％，流量为14L/min，焊接电流为130A，焊接电压为16.2V，焊接速度为75cm/min，即焊接热输入为168.48J/mm，层间温度为40～48℃，先焊接坡口间隙位置，然后沿着坡口向上逐道焊接，直至覆盖所有坡口。
(3)氧化皮打磨
使用角磨机打磨掉堆焊层表面氧化皮。
(4)填充层和盖面层焊接
采用直径为1.2mm的ER316L实心焊丝，使用松下YD-500AG2焊机，保护气体为Ar和CO2的混合气体，混合气体中CO2的含量为5％，流量为18L/min，焊接电流为300A，焊接电压为30V，焊接速度为40cm/min，即焊接热输入为1350J/mm，焊接填充和盖面焊道。
对焊接热影响区进行室温冲击韧性检测，可以得到如表1所示的检测结果。图2为实施例1的铁素体不锈钢焊接热影响区金相图，如图2所示，该铁素体不锈钢焊接热影响区基本不发生晶粒长大。
表1(实施例1检测结果)
Figure BDA0002642163080000061
实施例2
本实施例2的材料是444超纯铁素体不锈钢，厚度规格为20.0mm。
本实施例2包括下述依次的步骤：
(1)开坡口
开X形坡口，钝边1mm，间隙1mm。
(2)堆焊层焊接
采用直径为1.0mm的ER316L实心焊丝，使用松下YD-350AG2焊机，保护气体为Ar和O2的混合气体，混合气体中O2的含量为3％，流量为15L/min，焊接电流为160A，焊接电压为17.6V，焊接速度为100cm/min，即焊接热输入为168.96J/mm，层间温度为40～48℃，先焊接坡口间隙位置，然后沿着坡口向上逐道焊接，直至覆盖正反两面所有坡口。
(3)氧化皮打磨
使用角磨机打磨掉堆焊层表面氧化皮。
(4)填充层和盖面层焊接
采用直径为1.6mm的E316LT1-1药芯焊丝，使用松下YD-500AG2焊机，保护气体为CO2，流量为20L/min，焊接电流为300A，焊接电压为38V，焊接速度为45cm/min，即焊接热输入为1520J/mm，焊接填充和盖面焊道。
(5)焊后热处理
对焊接接头进行850℃保温30min的热处理，然后水淬至室温。
对焊接热影响区进行室温冲击韧性检测，可以得到如表2所示的检测结果。
表2(实施例2检测结果)
Figure BDA0002642163080000071
综上所述，利用本发明一实施例提供的铁素体不锈钢的焊接方法，既能够避免铁素体不锈钢焊接热影响区的晶粒长大，提高焊接热影响区的韧性，同时又能兼顾焊接生产效率。
需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。此外，本文中“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”均以附图中表示的放置状态为参照。
最后应说明的是：以上实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种铁素体不锈钢的焊接方法，其特征在于，包括：
选取厚度为7mm以上的铁素体不锈钢，在低焊接热输入的条件下，在铁素体不锈钢坡口表面堆焊一层奥氏体不锈钢，打磨去除堆焊层表面氧化皮，在高焊接热输入的条件下，在铁素体不锈钢坡口的堆焊层上焊接填充层和盖面层。
2.根据权利要求1所述的铁素体不锈钢的焊接方法，其特征在于，采用脉冲MAG焊机进行焊接，保护气体采用氩气和二氧化碳的混合气体或者氩气和氧气的混合气体；
其中，二氧化碳的含量为5％～6％，氧气的含量为3％～5％。
3.根据权利要求1所述的铁素体不锈钢的焊接方法，其特征在于，堆焊时，焊丝选用直径为1.0mm以下的奥氏体不锈钢实心焊丝，且选用的奥氏体不锈钢的耐蚀性能与铁素体不锈钢相匹配。
4.根据权利要求1所述的铁素体不锈钢的焊接方法，其特征在于，低焊接热输入为160-180J/mm。
5.根据权利要求1所述的铁素体不锈钢的焊接方法，其特征在于，堆焊时，采用短路过渡形式焊接，焊接电流采用脉冲电流。
6.根据权利要求1所述的铁素体不锈钢的焊接方法，其特征在于，堆焊层的厚度为2mm以上。
7.根据权利要求1所述的铁素体不锈钢的焊接方法，其特征在于，焊接填充层和盖面层时，焊丝选用直径为1.2mm以上的奥氏体不锈钢实心焊丝或药芯焊丝，且选用的奥氏体不锈钢的耐蚀性能与铁素体不锈钢相匹配。
8.根据权利要求1所述的铁素体不锈钢的焊接方法，其特征在于，高焊接热输入为1300-1600J/mm。
9.根据权利要求1所述的铁素体不锈钢的焊接方法，其特征在于，焊接填充层和盖面层时，采用射流过渡形式焊接。
10.根据权利要求1所述的铁素体不锈钢的焊接方法，其特征在于，若铁素体不锈钢为中铬铁素体不锈钢或高铬铁素体不锈钢，在完成填充层和盖面层焊接后，对铁素体不锈钢的焊接接头进行850℃保温和水冷淬火处理，保温时间t大于等于板厚*1min。
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