CN113770535B - 一种不锈钢复合钢制件端部焊接工艺 - Google Patents

一种不锈钢复合钢制件端部焊接工艺 Download PDF

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Abstract

本发明提出了一种不锈钢复合钢制件端部焊接工艺，包括以下焊接步骤：对待焊接钢制件进行清洗，端部开坡口，清洗后对坡口进行活化处理；选取焊条，采用全位置多层多道焊接；采用YAG‑MAG激光电弧复合焊，依次进行打底焊、过渡层焊接、外层焊接；将焊接后的产品进行退火处理，然后酸洗得成品，本申请合理优化焊接工艺步骤和参数设置，焊缝致密平整，无气孔、咬边等缺陷，形成的焊缝金属结构均匀稳定，焊接头处力学性能显著提高，高效实用。

Description

一种不锈钢复合钢制件端部焊接工艺
技术领域
本发明涉及不锈钢复合钢制件生产加工技术领域，具体的为一种不锈钢复合钢制件端部焊接工艺。
背景技术
不锈钢是在普通碳钢的基础上，加入12％以上的Cr,它在空气的作用下能保持金属光泽，也就是具有不生锈的特性，在空气或弱介质中能抵抗侵蚀的钢为普通不锈钢，而在某些强腐蚀介质中能抵抗侵蚀的钢为耐蚀钢。
奥氏体不锈钢是不锈钢中最重要的钢种，生产量和使用量约占不锈钢总产量及用量的70％，该类钢是一种十分优良的材料，有极好的抗腐蚀性和生物相容性，因而在化学工业、沿海、食品、生物医学、石油化工等领域中得到广泛应用。奥氏体不锈钢的类型常用的奥氏体型不锈钢根据其主要合金元素Cr、Ni的含量不同，可分为三类，18-8型奥氏体不锈钢是应用最广泛的一类奥氏体不锈钢，也是奥氏体型不锈钢的基本钢种，其他奥氏体钢的钢号都是根据不同使用要求而衍生出来的。
当今随着石油、化工、医药及其它工业的不断发展，对耐腐蚀性的设备需求越来越多，更多的不锈钢设备在化工企业得以广泛应用，特别是18-8型奥氏体不锈钢，以其良好的耐腐蚀性和热稳定性，在工业应用上呈逐年上升的趋势。然而因其膨胀系数大、导热性差，焊接过程易变性，极易产生晶间腐蚀、应力腐蚀、过热裂纹等问题，为了提高18-8型奥氏体不锈钢的焊接性、耐腐蚀性，防止裂纹的产生，控制焊接变形，本申请提出了一种不锈钢复合钢制件的焊接工艺，大大提高了焊缝质量。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种不锈钢复合钢制件端部焊接工艺，合理优化焊接工艺步骤和参数设置，焊缝致密平整，无气孔、咬边等缺陷，形成的焊缝金属结构均匀稳定，焊接头处力学性能显著提高，高效实用。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种不锈钢复合钢制件端部焊接工艺，包括以下焊接步骤：
1)对待焊接钢制件进行清洗，端部开坡口，清洗后对坡口进行活化处理；
2)选取焊条，采用全位置多层多道焊接；
3)采用YAG-MAG激光电弧复合焊，先进行打底焊，焊接参数为，激光功率1400-1600W，电弧电流100-120A,焊丝倾角45-50°；然后进行过渡层焊接，焊接参数为，激光功率1300-1500W，电弧电流90-120A，焊丝倾角45-50°；最后进行外层焊接，焊接参数为，激光功率1300-1500W，电弧电流90-100A，焊丝倾角45-50°；
4)将焊接后的产品进行退火处理，然后酸洗得成品。
作为本发明进一步优选，步骤1)开坡口，坡口底端开口距离为0-2mm，底端开口等距深度0-3mm，坡口夹角40°-70°。
作为本发明进一步优选，步骤1)中活化处理为向坡口涂覆活化剂，然后于外层包覆二氧化硅薄膜，并于惰性氛围下60-120℃处理10-60min。
作为本发明进一步优选，活化剂为摩尔比1:0.2-1:0.2-1：0-0.5的氧化钛、氧化硅、水玻璃、氟化钠的组合物。
作为本发明进一步优选，二氧化硅薄膜粒径分布为5-100nm，惰性氛围为体积比2:1的Ar、N2混合气。
作为本发明进一步优选，步骤3)中打底焊采用YJ502CrNiCu(Q)为焊芯，过渡焊采用DY-YA309(Q)为焊芯，最外层焊接采用DY-YA309(Q)或DY-YA308L(Q)为焊芯。
作为本发明进一步优选，焊条药皮包括以下重量份数组分：氟化钙35-45份、水玻璃10-25份、钛白粉14-20份、氟石3-5份、碳酸镁5-8份、碳酸钡5-8份、还原钛铁矿5-8份、锰铁3-5份、铝粉2-5份、硅砂8-12份和金红石1-2份。
作为本发明进一步优选，步骤3)焊接过程中选用Ar(80vt％)+N2(10vt％)+CO2(10vt％)的混合气流作保护气体，且气流量为15-20L/min。
作为本发明进一步优选，步骤4)中退火处理具体为一次退火780-850℃、1-3h，二次退火850-1050℃、1-4h，三次退火900-1000℃、1-3h。
本发明的有益效果在于：本发明不锈钢复合钢制件端部焊接工艺，合理优化焊接工艺步骤和参数设置，焊缝致密平整，无气孔、咬边等缺陷，形成的焊缝金属结构均匀稳定，焊接头处力学性能显著提高，高效实用。
本申请对坡口结构进行优化设计，并配制活化剂预处理，对坡口面具有优异的活化效果，并针对性覆盖二氧化硅薄膜，一方面有效截留活性剂均匀涂覆，有效利用率高，并持效久，另一方面形成附着的过渡层，在焊接过程中，于焊接界面软化渗透，与药皮组分形成高效分散的促进液，大大提高焊接的熔深，焊接头热影响区组织结构均匀相溶，有效消除了残余应力，相界面过渡均匀，有效降低了晶界间侵蚀性，并为不锈钢结构的塑性形变提高了促进效果，配合后期的退火处理，抗晶间腐蚀性能显著提高，有效了改善力学性能，综合效益明显改善，值得推广应用。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。基于本发明的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
一种不锈钢复合钢制件端部焊接工艺，包括以下焊接步骤：
1)对待焊接钢制件进行清洗，端部开坡口，坡口底端开口距离为2mm，底端开口等距深度2mm，坡口夹角60°，清洗后对坡口进行活化处理；
2)选取焊条，采用全位置多层多道焊接；
3)采用YAG-MAG激光电弧复合焊，先进行打底焊，采用YJ502CrNiCu(Q)为焊芯，焊芯与药皮质量比为65:35，焊接参数为，激光功率1600W，电弧电流110A,焊丝倾角45°；
然后进行过渡层焊接，采用DY-YA309(Q)为焊芯，焊芯与药皮质量比为65:35，焊接参数为，激光功率1400W，电弧电流100A，焊丝倾角45°；
最后进行外层焊接，采用DY-YA309(Q)为焊芯，焊芯与药皮质量比为62:38，焊接参数为，激光功率1400W，电弧电流100A，焊丝倾角50°；
4)将焊接后的产品进行退火处理，具体为一次退火820℃、2h，二次退火1050℃、3h，三次退火1000℃、2h，然后酸洗得成品。
具体的：
步骤1)中活化处理为向坡口涂覆活化剂，然后于外层包覆二氧化硅薄膜，并于惰性氛围下100℃处理30min。
活化剂为摩尔比1:0.5:1：0.2的氧化钛、氧化硅、水玻璃、氟化钠的组合物。二氧化硅薄膜粒径分布为5-100nm，惰性氛围为体积比2:1的Ar、N2混合气。
步骤3)中焊条药皮包括以下重量份数组分：氟化钙40份、水玻璃25份、钛白粉20份、氟石4份、碳酸镁5份、碳酸钡5份、还原钛铁矿6份、锰铁3份、铝粉3份、硅砂10份和金红石2份。
且，步骤3)焊接过程中选用Ar(80vt％)+N2(10vt％)+CO2(10vt％)的混合气流作保护气体，气流量为15L/min。
实施例2：
一种不锈钢复合钢制件端部焊接工艺，包括以下焊接步骤：
1)对待焊接钢制件进行清洗，端部开坡口，坡口底端开口距离为2mm，底端开口等距深度3mm，坡口夹角60°，清洗后对坡口进行活化处理；
2)选取焊条，采用全位置多层多道焊接；
3)采用YAG-MAG激光电弧复合焊，先进行打底焊，采用YJ502CrNiCu(Q)为焊芯，焊芯与药皮质量比为65:35，焊接参数为，激光功率1500W，电弧电流120A,焊丝倾角50°；
然后进行过渡层焊接，采用DY-YA309(Q)为焊芯，焊芯与药皮质量比为65:35，焊接参数为，激光功率1400W，电弧电流120A，焊丝倾角50°；
最后进行外层焊接，采用DY-YA309(Q)为焊芯，焊芯与药皮质量比为62:38，焊接参数为，激光功率1500W，电弧电流100A，焊丝倾角45°；
4)将焊接后的产品进行退火处理，具体为一次退火850℃、3h，二次退火1000℃、3h，三次退火950℃、3h，然后酸洗得成品。
具体的：
步骤1)中活化处理为向坡口涂覆活化剂，然后于外层包覆二氧化硅薄膜，并于惰性氛围下120℃处理30min。
活化剂为摩尔比1:0.2:0.5：0.1的氧化钛、氧化硅、水玻璃、氟化钠的组合物。二氧化硅薄膜粒径分布为5-100nm，惰性氛围为体积比2:1的Ar、N2混合气。
步骤3)中焊条药皮包括以下重量份数组分：氟化钙40份、水玻璃25份、钛白粉18份、氟石4份、碳酸镁5份、碳酸钡6份、还原钛铁矿7份、锰铁5份、铝粉3份、硅砂12份和金红石1份。
且，步骤3)焊接过程中选用Ar(80vt％)+N2(10vt％)+CO2(10vt％)的混合气流作保护气体，气流量为15L/min。
实施例3：
一种不锈钢复合钢制件端部焊接工艺，包括以下焊接步骤：
1)对待焊接钢制件进行清洗，端部开坡口，坡口底端开口距离为2mm，底端开口等距深度2mm，坡口夹角50°，清洗后对坡口进行活化处理；
2)选取焊条，采用全位置多层多道焊接；
3)采用YAG-MAG激光电弧复合焊，先进行打底焊，采用YJ502CrNiCu(Q)为焊芯，焊芯与药皮质量比为65:38，焊接参数为，激光功率1400W，电弧电流100A,焊丝倾角50°；
然后进行过渡层焊接，采用DY-YA309(Q)为焊芯，焊芯与药皮质量比为65:35，焊接参数为，激光功率1300W，电弧电流120A，焊丝倾角50°；
最后进行外层焊接，采用DY-YA308L(Q)为焊芯，焊芯与药皮质量比为62:38，焊接参数为，激光功率1400W，电弧电流90A，焊丝倾角50°；
4)将焊接后的产品进行退火处理，具体为一次退火780℃、2h，二次退火1050℃、3h，三次退火900℃、3h，然后酸洗得成品。
具体的：
步骤1)中活化处理为向坡口涂覆活化剂，然后于外层包覆二氧化硅薄膜，并于惰性氛围下80℃处理60min。
活化剂为摩尔比1:1:1：0的氧化钛、氧化硅、水玻璃、氟化钠的组合物。二氧化硅薄膜粒径分布为5-100nm，惰性氛围为体积比2:1的Ar、N2混合气。
步骤3)中焊条药皮包括以下重量份数组分：氟化钙35份、水玻璃20份、钛白粉16份、氟石5份、碳酸镁5份、碳酸钡8份、还原钛铁矿5份、锰铁5份、铝粉2份、硅砂8份和金红石2份。
且，步骤3)焊接过程中选用Ar(80vt％)+N2(10vt％)+CO2(10vt％)的混合气流作保护气体，气流量20L/min。
实施例4：
一种不锈钢复合钢制件端部焊接工艺，包括以下焊接步骤：
1)对待焊接钢制件进行清洗，端部开坡口，坡口底端开口距离为1mm，底端开口等距深度2mm，坡口夹角60°，清洗后对坡口进行活化处理；
2)选取焊条，采用全位置多层多道焊接；
3)采用YAG-MAG激光电弧复合焊，先进行打底焊，采用YJ502CrNiCu(Q)为焊芯，焊芯与药皮质量比为62:38，焊接参数为，激光功率1400W，电弧电流100A,焊丝倾角45°；
然后进行过渡层焊接，采用DY-YA309(Q)为焊芯，焊芯与药皮质量比为65:35，焊接参数为，激光功率1450W，电弧电流110A，焊丝倾角50°；
最后进行外层焊接，采用DY-YA308L(Q)为焊芯，焊芯与药皮质量比为62:32，焊接参数为，激光功率1400W，电弧电流95A，焊丝倾角45°；
4)将焊接后的产品进行退火处理，具体为一次退火800℃、2h，二次退火1000℃、2h，三次退火950℃、2h，然后酸洗得成品。
具体的：
步骤1)中活化处理为向坡口涂覆活化剂，然后于外层包覆二氧化硅薄膜，并于惰性氛围下60℃处理60min。
活化剂为摩尔比1:0.5:0.5：0.5的氧化钛、氧化硅、水玻璃、氟化钠的组合物。二氧化硅薄膜粒径分布为5-100nm，惰性氛围为体积比2:1的Ar、N2混合气。
步骤3)中焊条药皮包括以下重量份数组分：氟化钙40份、水玻璃15份、钛白粉15份、氟石5份、碳酸镁5份、碳酸钡6份、还原钛铁矿8份、锰铁3份、铝粉5份、硅砂10份和金红石2份。
且，步骤3)焊接过程中选用Ar(80vt％)+N2(10vt％)+CO2(10vt％)的混合气流作保护气体，气流量为20L/min。
实施例5：
一种不锈钢复合钢制件端部焊接工艺，包括以下焊接步骤：
1)对待焊接钢制件进行清洗，端部开坡口，坡口底端开口距离为1mm，底端开口等距深度1mm，坡口夹角70°，清洗后对坡口进行活化处理；
2)选取焊条，采用全位置多层多道焊接；
3)采用YAG-MAG激光电弧复合焊，先进行打底焊，采用YJ502CrNiCu(Q)为焊芯，焊芯与药皮质量比为62:35，焊接参数为，激光功率1400W，电弧电流100A,焊丝倾角45°；
然后进行过渡层焊接，采用DY-YA309(Q)为焊芯，焊芯与药皮质量比为62:38，焊接参数为，激光功率1300W，电弧电流90A，焊丝倾角20°；
最后进行外层焊接，采用DY-YA309(Q)为焊芯，焊芯与药皮质量比为65:35，焊接参数为，激光功率1400W，电弧电流100A，焊丝倾角45°；
4)将焊接后的产品进行退火处理，具体为一次退火830℃、1h，二次退火950℃、3h，三次退火1000℃、2h，然后酸洗得成品。
具体的：
步骤1)中活化处理为向坡口涂覆活化剂，然后于外层包覆二氧化硅薄膜，并于惰性氛围下100℃处理40min。
活化剂为摩尔比1:0.5:1：0.2的氧化钛、氧化硅、水玻璃、氟化钠的组合物。二氧化硅薄膜粒径分布为5-100nm，惰性氛围为体积比2:1的Ar、N2混合气。
步骤3)中焊条药皮包括以下重量份数组分：氟化钙35份、水玻璃10份、钛白粉20份、氟石5份、碳酸镁6份、碳酸钡6份、还原钛铁矿8份、锰铁4份、铝粉3份、硅砂10份和金红石1份。
且，步骤3)焊接过程中选用Ar(80vt％)+N2(10vt％)+CO2(10vt％)的混合气流作保护气体，气流量为20L/min。
将本发明实施例焊接的不锈钢复合钢制件进行性能测试，结果如下：
焊接接头实测的铁素体含量为6.2-7.4Wt％，面弯与背弯180°均合格，焊接接头焊缝区耐冲击功大于150J，热影响区耐冲击功大于240J(母材平均冲击功为175J)。
焊接头焊缝区拉伸强度大于640MPa，屈服程度大于310MPa，断裂伸长率大于86％。
且具有良好的抗氯离子腐蚀性能；酸腐蚀(pH2)性小于1.4％；焊接接头没有出现氢脆现象，无裂纹、气孔。
本发明不锈钢复合钢制件端部焊接工艺，合理优化焊接工艺步骤和参数设置，焊缝致密平整，无气孔、咬边等缺陷，形成的焊缝金属结构均匀稳定，焊接头处力学性能显著提高，高效实用。
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。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上实施例仅用以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 (1)

1.一种不锈钢复合钢制件端部焊接工艺，其特征在于，包括以下焊接步骤：
1)对待焊接钢制件进行清洗，端部开坡口，清洗后对坡口进行活化处理；
2)选取焊条，采用全位置多层多道焊接；
3)采用YAG-MAG激光电弧复合焊，先进行打底焊，焊接参数为，激光功率1400-1600W，电弧电流100-120A,焊丝倾角45-50°；然后进行过渡层焊接，焊接参数为，激光功率1300-1500W，电弧电流90-120A，焊丝倾角45-50°；最后进行外层焊接，焊接参数为，激光功率1300-1500W，电弧电流90-100A，焊丝倾角45-50°；
4)将焊接后的产品进行退火处理，然后酸洗得成品；
步骤1)开坡口，坡口底端开口距离为0-2mm，底端开口等距深度0-3mm，坡口夹角40°-70°；
步骤1)中活化处理为向坡口涂覆活化剂，然后于外层包覆二氧化硅薄膜，并于惰性氛围下60-120℃处理10-60min；
活化剂为摩尔比1:0.2-1:0.2-1：0-0.5的氧化钛、氧化硅、水玻璃、氟化钠的组合物；
所述二氧化硅薄膜粒径分布为5-100nm，惰性氛围为体积比2:1的Ar、N2混合气；
步骤3)中打底焊采用YJ502CrNiCu(Q)为焊芯，过渡焊采用DY-YA309(Q)为焊芯，最外层焊接采用DY-YA309(Q)或DY-YA308L(Q)为焊芯；
所述焊条的药皮包括以下重量份数组分：氟化钙35-45份、水玻璃10-25份、钛白粉14-20份、氟石3-5份、碳酸镁5-8份、碳酸钡5-8份、还原钛铁矿5-8份、锰铁3-5份、铝粉2-5份、硅砂8-12份和金红石1-2份；
步骤3)焊接过程中选用80vt％Ar+10vt％N2+10vt％CO2的混合气流作保护气体，且气流量为15-20L/min；
步骤4)中退火处理具体为一次退火780-850℃、1-3h，二次退火850-1050℃、1-4h，三次退火900-1000℃、1-3h。
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