一種雙相不銹鋼埋弧自動(dòng)焊焊接方法及其應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種22Cr型雙相不銹鋼埋弧自動(dòng)焊焊接方法，尤其是10~20_厚的雙 相不銹鋼埋弧自動(dòng)焊焊接方法。
【背景技術(shù)】
[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(zhǎng)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(qiáng)度、抗晶間腐蝕和應(yīng)力腐蝕能力。所以，雙相不銹鋼具有高強(qiáng)度、高韌性的同時(shí)，還保持有 高的抗應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂、抗點(diǎn)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(yīng)力腐蝕開(kāi)裂的能力。
[0003] 22Cr型雙相不銹鋼的焊接質(zhì)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(guò)程中，金屬?gòu)娜廴诘嚼鋮s，從凝固點(diǎn)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(huì)引起合金元素 Cr、Ni、Μο的燒損，導(dǎo)致材料 的耐腐蝕性能下降、機(jī)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(shí)，與奧 氏體不銹鋼的焊接相比，2205雙相不銹鋼的焊接對(duì)污染更敏感，特別是對(duì)濕氣和水分。任何 類型的油污、油脂和水分等污染物都會(huì)影響材料的抗腐蝕性及力學(xué)性能。
[0004] 傳統(tǒng)的雙相不銹鋼焊接一般選用鎢極氬弧焊、手弧焊條焊進(jìn)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(guò)低，當(dāng)設(shè)備直徑較大 時(shí)，這兩種施焊方法均會(huì)耗時(shí)嚴(yán)重，耽誤設(shè)備的制作進(jìn)度。同時(shí)，因鎢極氬弧焊、手弧焊條焊 這兩種方法的焊接質(zhì)量對(duì)操作者的技能水平依賴性較大，隨著施焊過(guò)程的增長(zhǎng)，操作者精 力、體力的下降、責(zé)任心的下降等主觀因素對(duì)焊接質(zhì)量的負(fù)面影響越大，因操作原因產(chǎn)生缺 陷的可能性就越大;設(shè)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(yán)重的缺點(diǎn)就越明顯。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明提供一種雙相不銹鋼埋弧自動(dòng)焊焊接方法 及其應(yīng)用，解決了雙相不銹鋼在焊接過(guò)程中線能量控制不到位影響耐蝕性能及力學(xué)性能的 難題，實(shí)現(xiàn)了雙相不銹鋼埋弧自動(dòng)焊焊接，減少了焊工勞動(dòng)強(qiáng)度、提高焊接質(zhì)量的同時(shí)極大 地提高了施焊效率。
[0006] 為了解決以上技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的技術(shù)方案為：
[0007] -種雙相不銹鋼埋弧自動(dòng)焊焊接方法，包括如下步驟：
[0008] 對(duì)焊接處進(jìn)行坡口加工，然后清理坡口表面及坡口兩側(cè)，采用鎢極氬弧焊進(jìn)行打 底焊接，焊絲為ER2209實(shí)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(jìn)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(dòng)焊，來(lái)提高施焊效率及質(zhì)量(埋弧自 動(dòng)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(kāi)始采用埋弧自動(dòng)焊，則焊縫背面成型質(zhì)量對(duì)焊工的操作能力要求極高，一般 焊工無(wú)法直接采用埋弧自動(dòng)焊實(shí)現(xiàn)單面焊雙面成型；若采用厚鈍邊坡口形式，進(jìn)行埋弧自 動(dòng)焊打底，為了保證焊接質(zhì)量則只能采用碳弧氣刨進(jìn)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(zhì)量較高的氬弧焊進(jìn)行打底實(shí)現(xiàn)單面焊雙面 成型。同時(shí)，埋弧自動(dòng)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(dòng)焊融深而出現(xiàn)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(dāng)設(shè)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(shí)保證單面焊雙面成型焊接 質(zhì)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(shí)增加打底層厚度，滿足下一 步進(jìn)彳丁埋弧自動(dòng)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(kāi)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(shù)。焊縫成形系數(shù)較小 時(shí)，會(huì)形成窄而深的焊縫，容易產(chǎn)生焊接缺陷，一般要求焊縫成形系數(shù)為1~2;當(dāng)坡口角度 為60°時(shí)，焊縫成形系數(shù)為1.15，因此在無(wú)對(duì)焊材填充量有特殊控制要求時(shí)，坡口角度一般 不小于60°。
[0013]優(yōu)選的，打底焊接過(guò)程中的焊絲的直徑為2.4mm。
[0014] 優(yōu)選的，打底焊接過(guò)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(chǎn)生夾鎢，最大限度保證焊接質(zhì)量。
[0015] 高頻引弧為利用高壓擊穿火花氣隙，使之產(chǎn)生LC振蕩，然后將高頻振蕩電壓經(jīng)耦 合，升壓加到電極與工件之間，達(dá)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?shù)膱A錐形，焊接時(shí)鎢極端部電流密 度極大，鎢極直徑需要根據(jù)焊接電流進(jìn)行選擇，若鎢極直徑過(guò)小則端部容易過(guò)熱融化并增 加燒損，同時(shí)導(dǎo)致端部電弧無(wú)法集中、不穩(wěn)定，影響焊接質(zhì)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(guò)大、保護(hù)氣流量過(guò)小，導(dǎo) 致無(wú)法將空氣有效隔絕，影響保護(hù)效果;噴嘴直徑過(guò)小、保護(hù)氣流量過(guò)大，導(dǎo)致形成紊流，將 空氣絞入同時(shí)影響電弧穩(wěn)定性，影響焊接質(zhì)量。根據(jù)本工藝單道焊縫寬度，8mm孔徑噴嘴足 夠保護(hù)焊道，配以合適的保護(hù)氣流速足夠保證焊接質(zhì)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(shù)，可將焊接熱輸入量控制在10~12kJ/cm， 保證了焊接質(zhì)量。
[0019]優(yōu)選的，鎢極氬弧焊的焊縫的背面采用液氬進(jìn)行保護(hù)，保護(hù)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(guò)高會(huì)導(dǎo)致焊縫及焊縫熱影響 區(qū)(尤其是熱影響區(qū)中的過(guò)熱區(qū)）奧氏體晶粒長(zhǎng)大，對(duì)焊縫的耐腐蝕性、塑性、韌性均會(huì)負(fù)面 影響。
[0021 ]對(duì)焊件進(jìn)行多層多道焊時(shí)，當(dāng)焊接后道焊縫時(shí)，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(dāng)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(guò)程中焊條會(huì)發(fā)紅、藥皮剝落而影響焊接質(zhì)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(shù)，可將焊接熱輸入量控制在10~16kJ/ cm，保證了焊接質(zhì)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(shù)，可將焊接熱輸入量控制在10~ISkJ/cm，在《承壓設(shè)備焊接工 程師培訓(xùn)教程》(全國(guó)鍋爐壓力容器標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)編制)推薦的10~25kJ/cm范圍內(nèi)。 [00 26] 進(jìn)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(guò)高會(huì)導(dǎo)致焊縫及焊縫熱影響區(qū) (尤其是熱影響區(qū)中的過(guò)熱區(qū)）奧氏體晶粒長(zhǎng)大，對(duì)焊縫的耐腐蝕性、塑性、韌性均會(huì)負(fù)面影 響。
[0028] 上述雙相不銹鋼埋弧自動(dòng)焊焊接方法在雙相不銹鋼焊接中的應(yīng)用，尤其在