CN112222655A - 15-5ph不锈钢强化后焊接方法 - Google Patents

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徐晶
孙绍功
王治标
戚居良
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Abstract

本发明提供15‑5PH不锈钢强化后焊接方法，首先下料、进行零件粗加工、去应力退火处理；然后进行零件精加工、清洗并检查精加工后的零件是否合格；装配前、后封头并焊接；然后进行固溶处理、时效处理；然后将其他部件装配焊接到瓶体上并进行焊缝探伤，焊接后充气并封针，进行密封性检测；最后对充气嘴处焊接，将针焊死后将检测合格产品包装入库。本发明解决了沉淀硬化不锈钢强化后焊接裂纹问题，保证了焊缝的质量满足设计要求；为气瓶类产品在新材料上的应用，开辟了新的领域，为后续同类型号产品生产打下了基础。该技术在国内并无类似研究，对于该材料在航天高压气瓶成型领域应用具有十分重要的价值。

Description

15-5PH不锈钢强化后焊接方法
技术领域
本发明属于航天产品气路系统焊接技术领域，特别涉及一种15-5PH不锈钢强化后焊接方法。
背景技术
某型号气瓶组合内胆使用的材料为高强钢F175，其价格昂贵、抗腐蚀性较差，在液压试验后锈蚀严重，在生产过程中需反复清理和控制锈蚀，造成生产节点拖期，影响型号产品交付进度。拟选用高强度、高耐蚀性的沉淀硬化不锈钢15-5PH替代高强钢F175，实现该型号产品的应用。由于该产品的特殊性，需在15-5PH沉淀硬化不锈钢热处理强化后进行焊接，目前的技术无法有效避免焊接裂纹，保证焊缝质量。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了15-5PH不锈钢强化后焊接方法，解决该材料强化后焊缝缺陷问题。
本发明采用的技术方案是：15-5PH不锈钢强化后焊接方法，包括如下步骤：
步骤1、下料、进行零件粗加工；
步骤2、去应力退火处理；
步骤3、零件精加工；
步骤4、清洗并检查精加工后的零件是否合格；
步骤5、装配前、后封头；
步骤6、瓶体前、后封头焊接；
步骤7、固溶处理、时效处理；
步骤8、对瓶体进行性能测试；
步骤9、装配固定架、活门和充气嘴；
步骤10、固定架、管、活门和充气嘴焊接，将固定架、管、活门和充气嘴分别焊接到瓶体上，焊接后进行焊缝探伤；
步骤11、充气；
步骤12、封针，将针通过外力嵌入充气嘴小孔处；
步骤13、密封性检测；
步骤14、充气嘴处焊接，将步骤12所嵌入的针焊死；
步骤15、对步骤14的焊缝性能检测及密封性能检测；
步骤16、将合格产品包装入库。
进一步优化，瓶体和充气嘴的材质为15-5PH不锈钢，固定架、活门和管的材质为1Cr18Ni9Ti不锈钢。
进一步优化，步骤2中，去应力退火温度为600～650℃，保温4小时，随炉冷却。
进一步优化，步骤6和步骤10，采用高镍的奥氏体钢焊接材料焊接，选用焊丝牌号为H0Cr21Ni10。
进一步优化，步骤7中，采用真空固溶1000～1050℃，保温1小时，200KPa高纯氮气冷却到室温，然后重新升温到480℃进行真空时效，保温4小时，200KPa高纯氮气冷却到室温。
进一步优化，步骤11中，充入气体为氮气。
本发明的有益效果是：
1、本发明提出的方法解决了沉淀硬化不锈钢强化后焊接裂纹问题，保证了焊缝的质量满足设计要求；
2、本发明提出的方法降低了生产成本，提高生产效率。
3、为气瓶类产品在新材料上的应用，开辟了新的领域，为后续同类型号产品生产打下了基础。该技术在国内并无类似研究，对于该材料在航天高压气瓶成型领域应用具有十分重要的价值。
附图说明
图1为气瓶组合结构示意图；
图2为气瓶组合成型工艺流程图。
附图标记：1-瓶体 2-充气嘴 3-活门 4-管 5-固定架
具体实施方式
下面将参考图1和图2并结合具体实施例来详细说明本发明。具体实施例通过解释本发明的方式提供而非限制本发明。实际上，本领域的技术人员将清楚，在不脱离本发明的范围的情况下，可在本发明中进行修改和变形。例如，描述为一个实施例的一部分的特征可用于另一个实施例，以产生又一个实施例。因此，所期望的是，本发明包含归入所附权利要求及其等同物的范围内的此类修改和变形。
本发明是一种高压气瓶的制作工艺，高压气瓶的结构如图1所示，高压气瓶瓶体1和充气嘴2的材质为15-5PH不锈钢，活门3、管4和固定架5的材质为1Cr18Ni9Ti不锈钢。由于该产品的特殊性，无法将活门3、管4、固定架5等异种金属先行焊接到瓶体1上，再进行固溶时效处理，只能将瓶体1先行进行强化后再进行焊接。
由于瓶体经历了强化处理，有效消除焊接裂纹也是本发明的关键技术点，对与焊接材料的选择是一个关键。瓶体1与活门3的材质分别是15-5PH不锈钢和1Cr18Ni9Ti不锈钢，为异种钢焊接。为了保证使用性能的要求，焊缝的化学成分应力求接近母材的成分，即选用与母材成分接近的焊接材料，如GHS 15-5。但是在这种情况下，焊缝和热影响区容易硬化变脆。为了防止开裂，焊后一般要进行热处理,由于该产品结合特殊，无法进行瓶体与或门焊后热处理。为解决该问题，焊丝方面就要采用高镍的奥氏体钢焊接材料焊接，如25-13型焊丝，以形成奥氏体焊缝，松弛焊接应力，并能较多地固溶氢，降低冷裂倾向。经筛选，焊丝牌号为H0Cr21Ni10的焊丝成分接近25-13型焊丝，通过焊接验证，各项指标满足要求。
另一个关键点是对焊接参数的选定，为了达到良好的焊接效果，对1Cr18Ni9Ti不锈钢材料的活门3支架和15-5PH不锈钢材料的瓶体1做了模拟焊接，模拟产品尺寸加工了1Cr18Ni9Ti不锈钢材料的φ20环以及15-5PH不锈钢材料φ20棒，模拟产品状态进行了热处理后焊接，焊接参数如下：
表1试件焊接参数表
Figure BDA0002675534440000031
关于热处理参数的确定，根据15-5PH不锈钢材料特点，开展了不同热处理制度下的工艺验证工作，包括退火温度及时间、固溶温度及时间、固溶冷却方式、回火温度及时间、回火冷却方式等。
经验证，选取一组参数作为具体实施例：
去应力退火温度：630℃±10℃，保温4h，随炉冷却。
真空固溶1040℃±10℃，保温1h，200KPa高纯氮气冷却到室温，重新升温到480℃进行真空时效，保温4小时，200KPa高纯氮气冷却到室温，性能指标满足要求。本发明所述性能指标：Rm≥1280MPa、RmH≥1152MPa、A≥10％、α≥40°。具体热处理工艺制度见表2。
表2 15-5PH热处理工艺制度
Figure BDA0002675534440000032
焊接材料、焊接工艺以及热处理工艺参数确定后进行具体的15-5PH不锈钢强化后焊接方法，包括如下步骤：
步骤1、下料、进行零件粗加工；
步骤2、去应力退火处理，去应力退火温度控制在630℃±10℃，保温4小时，随炉冷却；
步骤3、零件精加工；
步骤4、清洗并检查精加工后的零件是否合格；
步骤5、装配瓶体1的前、后封头；
步骤6、瓶体1前、后封头焊接；
步骤7、固溶处理、时效处理，采用真空固溶，温度1040℃±10℃，保温1小时，200KPa高纯氮气冷却到室温，然后重新升温到480℃进行真空时效，保温4小时，200KPa高纯氮气冷却到室温；
步骤8、对瓶体1进行性能测试；
步骤9、装配固定架5、活门3和充气嘴2；
步骤10、固定架5、管4、活门3和充气嘴2焊接，将固定架5、管4、活门3和充气嘴2分别焊接到瓶体上，焊接后进行焊缝探伤；
步骤11、将气瓶内充入35Mpa氮气；
步骤12、封针，将针通过外力嵌入充气嘴2小孔处；
步骤13、气瓶密封性检测；
步骤14、充气嘴2位置焊接，将步骤12所嵌入的针焊死，将35Mpa氮气封堵在气瓶内；
步骤15、对步骤14的焊缝性能检测及密封性能检测；
步骤16、将合格产品包装入库。
本发明公开了15-5PH不锈钢强化后焊接方法，根据上述方法进行了7台气瓶组合产品焊接成型工作，焊缝质量均满足设计要求。同时，抽取了一台气瓶组合进行了强度试验，最高耐压指标达到95Mpa，满足设计要求。

Claims (6)

1.一种15-5PH不锈钢强化后焊接方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
步骤1、下料、进行零件粗加工；
步骤2、去应力退火处理；
步骤3、零件精加工；
步骤4、清洗并检查精加工后的零件是否合格；
步骤5、装配前、后封头；
步骤6、瓶体前、后封头焊接；
步骤7、固溶处理、时效处理；
步骤8、对瓶体进行性能测试；
步骤9、装配固定架、活门和充气嘴；
步骤10、固定架、管、活门和充气嘴焊接，将固定架、管、活门和充气嘴分别焊接到瓶体上，焊接后进行焊缝探伤；
步骤11、充气；
步骤12、封针，将针通过外力嵌入充气嘴小孔处；
步骤13、密封性检测；
步骤14、充气嘴处焊接，将步骤12所嵌入的针焊死；
步骤15、对步骤14的焊缝性能检测及密封性能检测；
步骤16、将合格产品包装入库。
2.根据权利要求1所述15-5PH不锈钢强化后焊接方法，其特征在于：所述瓶体和充气嘴的材质为15-5PH不锈钢，固定架、活门和管的材质为1Cr18Ni9Ti不锈钢。
3.根据权利要求1所述15-5PH不锈钢强化后焊接方法，其特征在于：所述步骤2中，去应力退火温度为600～650℃，保温4小时，随炉冷却。
4.根据权利要求1所述15-5PH不锈钢强化后焊接方法，其特征在于：所述步骤6和步骤10中，采用高镍的奥氏体钢焊接材料焊接，选用焊丝牌号为H0Cr21Ni10。
5.根据权利要求1所述15-5PH不锈钢强化后焊接方法，其特征在于：所述步骤7中，采用真空固溶1000～1050℃，保温1小时，200KPa高纯氮气冷却到室温，然后重新升温到480℃进行真空时效，保温4小时，200KPa高纯氮气冷却到室温。
6.根据权利要求1所述15-5PH不锈钢强化后焊接方法，其特征在于：所述步骤11中，充入气体为氮气。
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