一種雙相不銹鋼埋弧自動焊焊接方法及其應用

　　【技術領域】

　　[0001] 本發(fā)明涉及一種22Cr型雙相不銹鋼埋弧自動焊焊接方法，尤其是10~20_厚的雙 相不銹鋼埋弧自動焊焊接方法。

　　【背景技術】

　　[0002] 雙相不銹鋼具有奧氏體和鐵素體混合組織，奧氏體的存在降低了高鉻鐵素體的脆 性、氫脆和晶粒長大的傾向，提高了可焊性和韌性。而富鉻鐵素體則又提高了奧氏體的屈服 強度、抗晶間腐蝕和應力腐蝕能力。所以，雙相不銹鋼具有高強度、高韌性的同時，還保持有 高的抗應力腐蝕開裂、抗點蝕、抗縫隙腐蝕的能力，尤其是在氯化物、硫化物中具有高的抗 應力腐蝕開裂的能力。

　　[0003] 22Cr型雙相不銹鋼的焊接質量，決定于其焊縫和熱影響區(qū)的鐵素體和奧氏體含量 的平衡和兩相組織的均勻性。在焊接過程中，金屬從熔融到冷卻，從凝固點到1200°C為鐵素 體組織；1200~800 °C奧氏體從鐵素體中析出；800~475 °C將可能有中間相(〇相、碳化物、氮 化物)析出。因此，焊接線能量的輸入大小，直接影響著焊縫和熱影響區(qū)中鐵素體的含量。線 能量太小，不利于奧氏體析出；線能量太大，貝 1J會引起合金元素 Cr、Ni、Μο的燒損，導致材料 的耐腐蝕性能下降、機械性能劣化，不能得到良好的相組織，更容易析出中間相。同時，與奧 氏體不銹鋼的焊接相比，2205雙相不銹鋼的焊接對污染更敏感，特別是對濕氣和水分。任何 類型的油污、油脂和水分等污染物都會影響材料的抗腐蝕性及力學性能。

　　[0004] 傳統的雙相不銹鋼焊接一般選用鎢極氬弧焊、手弧焊條焊進行焊接，便于控制熱 輸入量。但是，鎢極氬弧焊、手弧焊條焊這兩種焊接方法的施焊效率過低，當設備直徑較大 時，這兩種施焊方法均會耗時嚴重，耽誤設備的制作進度。同時，因鎢極氬弧焊、手弧焊條焊 這兩種方法的焊接質量對操作者的技能水平依賴性較大，隨著施焊過程的增長，操作者精 力、體力的下降、責任心的下降等主觀因素對焊接質量的負面影響越大，因操作原因產生缺 陷的可能性就越大;設備的直徑越大、施焊工作量越大鎢極氬弧焊、手弧焊條焊這兩種方法 的效率低下、人為因素干擾嚴重的缺點就越明顯。

　　【發(fā)明內容】

　　[0005] 針對上述現有技術存在的不足，本發(fā)明提供一種雙相不銹鋼埋弧自動焊焊接方法 及其應用，解決了雙相不銹鋼在焊接過程中線能量控制不到位影響耐蝕性能及力學性能的 難題，實現了雙相不銹鋼埋弧自動焊焊接，減少了焊工勞動強度、提高焊接質量的同時極大 地提高了施焊效率。

　　[0006] 為了解決以上技術問題，本發(fā)明的技術方案為：

　　[0007] -種雙相不銹鋼埋弧自動焊焊接方法，包括如下步驟：

　　[0008] 對焊接處進行坡口加工，然后清理坡口表面及坡口兩側，采用鎢極氬弧焊進行打 底焊接，焊絲為ER2209實心氬弧焊絲，采用焊條電弧焊加厚打底層，焊條為ER2209焊條，最 后采用埋弧焊進行填充和蓋面層焊接，焊絲為ER2209埋弧焊絲。

　　[0009]本發(fā)明的焊接方法重心在于采用了埋弧自動焊，來提高施焊效率及質量(埋弧自 動焊施焊速度分別是氬弧焊、焊條焊的8-10倍、4-5倍，熔敷效率是焊條電弧焊的2倍）。但 是，若從打底開始采用埋弧自動焊，則焊縫背面成型質量對焊工的操作能力要求極高，一般 焊工無法直接采用埋弧自動焊實現單面焊雙面成型；若采用厚鈍邊坡口形式，進行埋弧自 動焊打底，為了保證焊接質量則只能采用碳弧氣刨進行背面清根，而碳弧氣刨屬于高熱能 輸入后快速冷卻操作，不利于雙相不銹鋼奧氏體、鐵素體形成比例控制，影響雙相不銹鋼性 能。

　　[0010]因此，為了規(guī)避碳弧氣刨，選用焊接質量較高的氬弧焊進行打底實現單面焊雙面 成型。同時，埋弧自動焊融深大約為5-6mm，氬弧焊單層厚度約為3mm，一遍氬弧打底不足以 支撐埋弧自動焊融深而出現焊漏的情況，但若用氬弧焊打兩遍底，則整體施焊效率就大大 降低，尤其是當設備直徑較大的環(huán)縫焊接。

　　[0011]所以，第一遍打底采用氬弧焊，在規(guī)避碳弧氣刨的同時保證單面焊雙面成型焊接 質量;第二遍采用焊條電弧焊代替氬弧焊，提高施焊效率的同時增加打底層厚度，滿足下一 步進彳丁埋弧自動焊焊接。

　　[0012]優(yōu)選的，所述坡口采用V形坡口，坡口角度取60~70°。焊縫開坡口，是為了保證焊 透。單道焊縫橫截面上焊縫寬度與焊縫厚度的比值稱為焊縫成形系數。焊縫成形系數較小 時，會形成窄而深的焊縫，容易產生焊接缺陷，一般要求焊縫成形系數為1~2;當坡口角度 為60°時，焊縫成形系數為1.15，因此在無對焊材填充量有特殊控制要求時，坡口角度一般 不小于60°。

　　[0013]優(yōu)選的，打底焊接過程中的焊絲的直徑為2.4mm。

　　[0014] 優(yōu)選的，打底焊接過程中采用高頻脈沖引弧。氬弧焊接引弧方式分為兩種:接觸式 弓丨弧及非接觸式引弧。高頻脈沖引弧屬于非接觸式引弧，即鎢極不與焊件接觸，靠高頻脈沖 電壓直接引弧，避免了因鎢極與焊件接觸產生夾鎢，最大限度保證焊接質量。

　　[0015] 高頻引弧為利用高壓擊穿火花氣隙，使之產生LC振蕩，然后將高頻振蕩電壓經耦 合，升壓加到電極與工件之間，達到引弧的目的。

　　[0016] 優(yōu)選的，鎢極氬弧焊的鎢極直徑為3.2mm，噴嘴孔徑為8mm。1.鎢極直徑:鎢極在使 用前為保證電弧集中，端部需要加工成尖錐形或帶平頂的圓錐形，焊接時鎢極端部電流密 度極大，鎢極直徑需要根據焊接電流進行選擇，若鎢極直徑過小則端部容易過熱融化并增 加燒損，同時導致端部電弧無法集中、不穩(wěn)定，影響焊接質量。因此選取承受電流較大的 3.2mm媽極。2.噴嘴直徑:噴嘴直徑一般有5~20mm多種，噴嘴直徑過大、保護氣流量過小，導 致無法將空氣有效隔絕，影響保護效果;噴嘴直徑過小、保護氣流量過大，導致形成紊流，將 空氣絞入同時影響電弧穩(wěn)定性，影響焊接質量。根據本工藝單道焊縫寬度，8mm孔徑噴嘴足 夠保護焊道，配以合適的保護氣流速足夠保證焊接質量。

　　[0017] 優(yōu)選的，鎢極氬弧焊的焊接電流90~110A。

　　[0018] 優(yōu)選的，媽極氬弧焊的氬氣流量8~10L/min，施焊速度60~80mm/min。焊接電流、 焊接速度直接影響熱輸入量，采用以上焊接參數，可將焊接熱輸入量控制在10~12kJ/cm， 保證了焊接質量。

　　[0019]優(yōu)選的，鎢極氬弧焊的焊縫的背面采用液氬進行保護，保護氣體流量20~25L/ min〇

　　[0020]優(yōu)選的，鎢極氬弧焊的層間溫度<10(TC。層間溫度過高會導致焊縫及焊縫熱影響 區(qū)(尤其是熱影響區(qū)中的過熱區(qū)）奧氏體晶粒長大，對焊縫的耐腐蝕性、塑性、韌性均會負面 影響。

　　[0021 ]對焊件進行多層多道焊時，當焊接后道焊縫時，前道焊縫的最低溫度稱為層間溫 度。

　　[0022]優(yōu)選的，焊條電弧焊中的焊條的直徑為3.2_。不同的焊條直徑適用的電流范圍不 同，適用電流隨著焊條直徑的增大而增大。當一種規(guī)格的焊條適用的電流超出其適用范圍 后，在施焊過程中焊條會發(fā)紅、藥皮剝落而影響焊接質量。選用3.2mm焊條目的在于其適用 電流較4. Omm及以上直徑的焊條小，便于控制熱輸入量。

　　[0023] 優(yōu)選的，焊條電弧焊的焊接電流為90~120A，施焊速度100~120mm/min。焊接電 流、焊接速度直接影響熱輸入量，采用以上焊接參數，可將焊接熱輸入量控制在10~16kJ/ cm，保證了焊接質量。

　　[0024] 優(yōu)選的，埋弧焊的焊絲直徑為2.4mm。

　　[0025] 優(yōu)選的，埋弧焊的電流為220-260A，電壓為26-30V。焊接電流、焊接速度直接影響 熱輸入量，采用以上焊接參數，可將焊接熱輸入量控制在10~ISkJ/cm，在《承壓設備焊接工 程師培訓教程》(全國鍋爐壓力容器標準化技術委員會編制)推薦的10~25kJ/cm范圍內。 [00 26] 進一步優(yōu)選的，埋弧焊的焊接速度為25~35cm/min。

　　[0027] 優(yōu)選的，埋弧焊的層間溫度<10(TC。層間溫度過高會導致焊縫及焊縫熱影響區(qū) (尤其是熱影響區(qū)中的過熱區(qū)）奧氏體晶粒長大，對焊縫的耐腐蝕性、塑性、韌性均會負面影 響。

　　[0028] 上述雙相不銹鋼埋弧自動焊焊接方法在雙相不銹鋼焊接中的應用，尤其在

　　10~ 20_厚的雙相不銹鋼焊接中的應用。

　　[0029] 上述焊接方法焊接得到的焊接接頭，包括依次疊加的打底層、打底加厚層、填充層 以及蓋面層，鈍邊為I -3mm，組對間隙為3+Imm。

　　[0030] 本發(fā)明的有益技術效果為：

　　[0031] 本發(fā)明根據雙相不銹鋼的焊接特點，合理選配焊材的型號及規(guī)格，確定最佳的焊 接參數，打底焊采用氬弧焊，有利于實現單面焊雙面成形，避免了采用碳弧氣刨對焊縫背面 進行清根時由于碳弧氣刨的高熱輸入量對焊縫成分造成不良影響，且將打底焊熱輸入量控 制在15kJ/cm以內，將填充、蓋面層熱輸入量控制在205kJ/cm以內，實現了雙相不銹鋼的埋 弧自動焊焊接，經核算，采用埋弧自動焊焊接的施焊效率是采用手弧焊條焊的4~5倍、是采 用鎢極氬弧焊的8~10倍，極大地提高了施焊效率，減少了焊工勞動強度、提高焊接質量。

　　【附圖說明】

　　[0032]圖1為本發(fā)明的坡口的結構示意圖；

　　[0033] 圖2本發(fā)明的焊接接頭各層填充的結構示意圖；

　　[0034] 圖3為本發(fā)明實施例1的坡口結構示意圖。

　　[0035] 其中，1、打底層，2、打底加厚層，3、填充層，4、蓋面層。

　　【具體實施方式】

　　[0036] 下面結合具體實施例和附圖對本發(fā)明作進一步說明。

　　[0037] 如圖2所示，本發(fā)明的焊接方法焊接得到的焊接接頭，包括依次疊加的打底層1、打 底加厚層2、填充層3以及蓋面層4,鈍邊為卜3mm，組對間隙為3+lmm。如圖1所示，坡□的角度 為60~70°。

　　[0038] 實施例1

　　[0039] 一種厚度為16mm、牌號為S22053的雙相不銹鋼焊接工藝。其中，坡口形式如圖3所 示，采用V形坡口，坡口角度選用60°，鈍邊2± 1mm，組對間隙3+lmm〇 [0040] 焊前準備：

　　[0041] 1)采用不銹鋼鋼絲刷將焊絲、坡口表面及坡口兩側20mm范圍內進行清理，可根據 表面污染程度，必要時選用乙醇清洗；

　　[0042] 焊接的工藝參數如表1所示，焊接過程控制：

　　[0043] 2)打底層焊接時，確保焊縫背面氬氣保護能覆蓋焊縫及熱影響區(qū)；

　　[0044] 3)焊接接頭處采用砂輪進行修磨，再用不銹鋼鋼絲輪清理干凈后再繼續(xù)焊接；

　　[0045] 4)必須嚴格控制層間溫度< 100°C，焊接過程中必須對層間溫度進行測量、記錄。

　　[0046] 表 1

　　[0048]經對試板理化檢驗，各項數據符合標準要求，具體數據如表2所示：

　　[0049]表 2

　　[0051] 采用該方法的壓力容器自2014年03月投產運行至今，運行正常。

　　[0052] 實施例2

　　[0053] 一種厚度為20mm的雙相不銹鋼焊接工藝。其中，采用V形坡口，坡口角度選用70°， 鈍邊2 ± Imm，組對間隙3+Imm。

　　[0054] 焊前準備：

　　[0055] 1)采用不銹鋼鋼絲刷將焊絲、坡口表面及坡口兩側25mm范圍內進行清理，可根據 表面污染程度，必要時選用乙醇清洗；

　　[0056] 焊接的工藝參數如表3所示，焊接過程控制：

　　[0057] 2)打底層焊接時，確保焊縫背面氬氣保護能覆蓋焊縫及熱影響區(qū)；

　　[0058] 3)焊接接頭處采用砂輪進行修磨，再用不銹鋼鋼絲輪清理干凈后再繼續(xù)焊接；

　　[0059] 4)必須嚴格控制層間溫度< 100°C，焊接過程中必須對層間溫度進行測量、記錄。

　　[0060] 表 3

　　[0062] 采用該方法的壓力容器自2014年03月投產運行至今，運行正常。

　　[0063] 實施例3

　　[0064] 一種厚度為20mm的雙相不銹鋼焊接工藝。其中，采用V形坡口，坡口角度選用65°，

　　[0065] 鈍邊2 ± 1謹，組對間隙3+1謹。

　　[0066] 表 4

　　[0068] 焊前準備：

　　[0069] 1)采用不銹鋼鋼絲刷將焊絲、坡口表面及坡口兩側25mm范圍內進行清理，可根據 表面污染程度，必要時選用乙醇清洗；

　　[0070] 焊接的工藝參數如表4所示，焊接過程控制：

　　[0071] 2)打底層焊接時，確保焊縫背面氬氣保護能覆蓋焊縫及熱影響區(qū)；

　　[0072] 3)焊接接頭處采用砂輪進行修磨，再用不銹鋼鋼絲輪清理干凈后再繼續(xù)焊接；

　　[0073] 4)必須嚴格控制層間溫度< 100°C，焊接過程中必須對層間溫度進行測量、記錄。

　　[0074] 采用該方法的壓力容器自2014年03月投產運行至今，運行正常。

　　[0075]上述雖然結合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】進行了描述，但并非對發(fā)明保護范圍 的限制，所屬領域技術人員應該明白，在本發(fā)明的技術方案的基礎上，本領域技術人員不需 要付出創(chuàng)造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本發(fā)明的保護范圍內。

　　【主權項】

　　1. 一種雙相不銹鋼埋弧自動焊焊接方法，其特征在于:包括如下步驟： 對焊接處進行坡口加工，然后清理坡口表面及坡口兩側，采用鎢極氬弧焊進行打底焊 接，焊絲為ER2209實心氬弧焊絲，采用焊條電弧焊加厚打底層，焊條為ER2209焊條，最后采 用埋弧焊進行填充和蓋面層焊接，焊絲為ER2209埋弧焊絲。2. 根據權利要求1所述的焊接方法，其特征在于:所述坡口采用V形坡口，坡口角度取60 ~70。； 或打底焊接過程中的焊絲的直徑為2.4_;或打底焊接過程中采用高頻脈沖引弧； 或鎢極氬弧焊的鎢極直徑為3.2mm，噴嘴孔徑為8mm。3. 根據權利要求1所述的焊接方法，其特征在于:鎢極氬弧焊的焊接電流90~110A; 或媽極氬弧焊的氬氣流量8~10L/min，施焊速度60~80mm/min。4. 根據權利要求1所述的焊接方法，其特征在于:鎢極氬弧焊的焊縫的背面采用液氬進 行保護，保護氣體流量20~25L/min。5. 根據權利要求1所述的焊接方法，其特征在于:鎢極氬弧焊的層間溫度< 100°C。6. 根據權利要求1所述的焊接方法，其特征在于:焊條電弧焊中的焊條的直徑為3.2mm; 或焊條電弧焊的焊接電流為90~120A，施焊速度100~120mm/min。7. 根據權利要求1所述的焊接方法，其特征在于:埋弧焊的焊絲直徑為2.4mm; 或埋弧焊的電流為220-260A，電壓為26-30V; 或埋弧焊的焊接速度為25~35cm/min。8. 根據權利要求1所述的焊接方法，其特征在于:埋弧焊的層間溫度< 100°C。9. 權利要求1-8任一所述雙相不銹鋼埋弧自動焊焊接方法在雙相不銹鋼焊接中的應 用，尤其在10~20_厚的雙相不銹鋼焊接中的應用。10. 權利要求1-8任一所述焊接方法焊接得到的焊接接頭，包括依次疊加的打底層、打 底加厚層、填充層以及蓋面層，鈍邊為1 -3mm，組對間隙為3+1mm。

　　【專利摘要】本發(fā)明公開了一種雙相不銹鋼埋弧自動焊焊接方法及其應用，包括如下步驟：對焊接處進行坡口加工，然后清理坡口表面及坡口兩側，采用鎢極氬弧焊進行打底焊接，焊絲為ER2209實心氬弧焊絲，采用焊條電弧焊加厚打底層，焊條為ER2209焊條，最后采用埋弧焊進行填充和蓋面層焊接，焊絲為ER2209埋弧焊絲。打底焊采用氬弧焊，有利于實現單面焊雙面成形，避免了采用碳弧氣刨對焊縫背面進行清根時由于碳弧氣刨的高熱輸入量對焊縫成分造成不良影響，將打底焊熱輸入量控制在15kJ/cm以內，將填充、蓋面層熱輸入量控制在205kJ/cm以內，實現了雙相不銹鋼的埋弧自動焊焊接，施焊效率是采用手弧焊條焊的4～5倍、是采用鎢極氬弧焊的8～10倍。

　　【IPC分類】B23K9/235, B23K103/04, B23K9/18, B23K9/028, B23K9/013, B23K9/167

　　【公開號】CN105665897

　　【申請?zhí)枴緾N201610172714

　　【發(fā)明人】黃孝鵬, 周忠文, 梁兆鵬, 鄒偉, 陳景利

　　【申請人】魯西工業(yè)裝備有限公司

　　【公開日】2016年6月15日

　　【申請日】2016年3月24日