一種奧氏體不銹鋼中厚板的組合焊接方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于焊接技術領域，具體涉及一種奧氏體不銹鋼中厚板的組合焊接方法。
【背景技術】
[0002]目前，不銹鋼在生產制造中的需求量日益增長，尤其是不銹鋼中厚板焊接結構在運輸管道、容器儲罐、船舶制造以及核電建設等領域發揮著越來越重要的作用。但奧氏體不銹鋼對焊接熱輸入特別敏感，易造成嚴重的晶間腐蝕，難以進行大熱輸入下的高效焊接，傳統的鎢極氬弧焊+手工電弧焊組合焊接方法需要在前道焊縫冷卻后再進行后道焊縫的焊接，造成生產效率低，消耗焊材較多，人工勞動強度大，生產成本高，接頭性能難以滿足使用性能要求。不銹鋼中厚板焊接時，焊縫背面成形質量也是人們普遍關注的問題，特別是采用普通的組合焊接方法時，焊縫根部容易出現未焊透、未熔合等缺陷。
[0003]發明專利(201310396060.5和201310149268.7)提出的不銹鋼手工鎢極氬弧焊打底+填充鎢極氬弧焊蓋面組合焊接方法，在焊件坡口底部添加銅襯墊。但這項技術中需要拆除銅襯墊后才能進行根部焊道上的蓋面焊接，工藝繁瑣，打底焊、蓋面焊和封底焊不能同時進行。并且鎢極氬弧焊打底焊接難以實現不銹鋼中厚板的熔透，無法保證焊縫背面的成形，并且手工操作獲得焊接接頭質量不穩定。
[0004]本發明提出的脈沖等離子弧焊(PC-PAW) +脈動填絲鎢極氬弧焊(GTAW)組合焊接方法可實現不鎊鋼中厚板的快速、尚效、穩定的組合焊接，對于提尚焊接生廣效率和提尚廣品質量具有重要意義。
【發明內容】
[0005]本發明的目的是為了克服上述現有技術的不足，提出了一種不銹鋼中厚板的組合焊接方法。
[0006]為實現上述目的，本發明采用下述技術方案:
[0007]一種奧氏體不銹鋼中厚板的組合焊接方法，包括如下步驟:
[0008](I)在奧氏體不銹鋼的待焊對接面處開V形坡口，鈍邊5?8_ ;對待焊工件表面及V形坡口處進行打磨和清洗；打磨的目的是去除毛刺、油污及氧化皮，并保證工件表面及待焊對接坡口平整。
[0009](2)將工件無間隙緊密裝配固定，并對引弧板、熄弧板及焊接試板之間采用點焊固定。
[0010](3)對接焊接前預通保護氣體，確保不銹鋼坡口表面及焊縫底部形成充分的保護氣氛。
[0011](4)采用脈沖等離子弧焊進行打底焊接，焊接過程中無金屬填充；焊接過程通過調整焊接速度來控制焊接熱輸入和等離子弧的能量密度以形成貫穿工件的連續移動小孔；其中，鎢極直徑2.0?2.5mm，噴嘴孔徑3.0?3.5mm，噴嘴孔道比1.0?1.2。
[0012](5)采用超低碳CrfO-NilO-Si焊絲進行脈動填絲鎢極氬弧焊蓋面焊接，保證脈沖等離子弧進行的打底焊和脈動填絲鎢極氬弧焊進行的蓋面焊同時進行，控制前部等離子弧熱源與后部氬弧熱源的間隔距離為6?9cm，在焊接的同時，對工件進行冷卻。冷卻是為了避免打底蓋面前后同時焊接時高溫停留時間過長，降低熱影響區敏化傾向。
[0013]優選的，步驟(I)中，所述V形坡口的角度為60°，試板兩側各30°。
[0014]優選的，步驟⑴中，所述清洗是依次用丙酮和無水乙醇清洗V形坡口及工件表面。
[0015]優選的，步驟⑴所述的奧氏體不銹鋼，其厚度為9?13_，合金元素含量的質量百分數為:C 0.030%?0.080%，Si 0.40%?1.00%，Mnl.0%?2.00%，P 0.010%?
0.045%, S 0.010%?0.030%，Ni 8.00%?11.00%，Cr 18.00 ?20.00%，Fe 余量。固溶處理狀態下奧氏體不銹鋼的力學性能:抗拉強度Rm> 520MPa，屈服強度Rpa2彡205MPa，伸長率A5tl彡40%。
[0016]優選的，步驟(3)中，所述保護氣體為高純氬氣，通入保護氣體的時間為I?
1.5min0
[0017]優選的，步驟(4)中，焊接工藝參數為:基值電流60?80A，脈沖電流130?170A，脈沖頻率1.4?2.0Hz，脈寬比為12/21?21/35，焊接電壓29?32V，控制焊接熱輸入在9?15kJ/cm，等離子氣體流量5?12L/min，保護氣體流量13?22L/min。
[0018]優選的，步驟(4)中所述等離子氣體為高純氬氣；利于焊接過程中等離子弧的穩定，等離子氣體流量優選6?8L/min。
[0019]優選的，步驟(4)中，所述脈沖等離子弧焊，采用直流正接極性接法。直流正接極性接法利于等離子弧在穿透過程中形成小孔，保證單面焊雙面成形。
[0020]優選的，步驟(4)中，所述噴嘴孔徑為3.5mm，噴嘴到工件的距離為5?8mm。
[0021]優選的，步驟(5)中，所述的冷卻為在工件底部放置紫銅夾板滑塊，滑塊內通循環冷卻水進行冷卻，滑塊的U形槽內通氬氣對熔池底部保護，氬氣流量13?22L/min。U形槽內保護氣體對焊縫熔池起承托作用，利于脈沖等離子弧打底焊時背部焊縫成形。
[0022]優選的，步驟(5)中，脈動填絲鎢極氬弧焊選用的鎢極直徑為2.0?2.4mm，焊接工藝參數為:基值電流55?80A，脈沖電流100?130A，脈沖頻率1.6?2.0Hz，脈寬比12/21?21/35，焊接電壓19?24V，焊接熱輸入為7?llkj/cm，保護氣體流量13?22L/min，焊縫余高0.2?0.5mm。控制焊接熱輸入為7?llkj/cm，是為了避免二次加熱造成等離子弧焊縫組織粗大，控制焊縫余高為0.2?0.5mm，以防出現裂紋或較大焊接變形。
[0023]優選的，步驟(5)中，所述超低碳Cr20-Ni1-Si不銹鋼焊絲直徑為1.0?1.5mm，其化學成分的質量百分數為:c 0.01%?0.03%, Si 0.65%?1.00%, Mn 1.0?2.5%,P 0.01 % ?0.03 %，S 0.01 % ?0.03 %，Cr 19.5 % ?22.0 %，Ni 9.0%?11.0%，Mo 0.45%?0.75%，Cu 0.45 %?0.75 %，Fe余量。熔覆金屬拉伸性能為:抗拉強度Rni彡 510MPa，伸長率 A5。彡 25%。
[0024]優選的，步驟(5)中，脈動填絲鎢極氬弧焊采用“推進-抽回-推進”的脈動送絲方式，脈沖電流階段，停止送絲，熔滴在電弧燃燒過程中形成；基值電流階段，開始送絲，熔滴在送絲動量的推動作用下向熔池過渡。
[0025]本發明的有益技術效果為:
[0026](I)采用PC-PAW打底焊接，受控脈沖高能束的等離子弧對母材的熱影響較小，利用小孔效應實現中厚板的單面焊雙面自由成形，焊縫背面成形光滑平整，無裂紋及咬邊缺陷，工藝過程穩定且易于實現，質量可靠。
[0027](2)采用脈動填絲GTAW蓋面焊接，充分的純氬氣保護避免打底焊道受污染，超低碳CrfO-NilO-Si不銹鋼焊絲既能保證與母材的冶金相容性，又提高組合焊接頭的強韌性，脈動送絲與脈沖電流保持協調，控制較低熱輸入避免二次加熱造成等離子弧焊縫組織粗大，以防出現熱影響區敏化及較大焊接變形，焊縫表面成形光潔平滑，焊縫美觀。
[0028](3)PC-PAff打底焊和脈動填絲GTAW蓋面焊前后同時進行，控制兩熱源之間的間隔距離在合適范圍內，通過工件底部紫銅夾板滑塊內的通循環冷卻水對焊接過程中的工件進行冷卻，防止前后雙熱源雙熔池下的熱量累積，同時進行的前后雙熱源焊接大大提生產效率，節約生產成本。
[0029](4)對不銹鋼中厚板進行PC-PAW+脈動填絲GTAW組合焊接，克服了單一焊接方法較大熱輸入下的熱影響區敏化及焊接變形問題，同時焊縫余高較小避免接頭應力集中引起裂紋。
[0030](5)本發明的工藝過程簡便易行，低熱輸入下焊接變形小，獲得較小的焊縫余高可減緩應力集中，焊縫表面美光滑平整，焊縫背面自由成形光滑連續平整，無裂紋及咬邊缺陷，熱影響區較窄，不銹鋼中厚板組合焊接接頭的抗拉強度650?750MPa，伸長率達46 %?54%，不銹鋼組合焊接接頭焊縫金屬及熱影響區(薄弱區)在-196 °C的沖擊吸收功大于40J，符合使用性能要求，PC-PAff+脈動填絲GTAW前后同時組合焊接大大提高了生產效率。
【附圖說明】
[0031 ] 圖1為焊接工件裝配及冷卻裝置結構示意圖；
[0032]圖2為焊縫表面成形圖；
[0033]圖3為焊縫背面成形圖。
[0034]其中，1、V形坡口，2、奧氏體不銹鋼，3、循環冷卻槽，4、U形槽。
【具體實施方式】
[0035]下面結合實施例對本發明進一步說明。
[0036]實施例1:
[0037]厚度為1mm的304奧氏體不銹鋼板2，試板尺寸為180mmX 160mmX 12mm，其化學成分為 C 0.06%, Si 0.40%, Mn 1.62%, P 0.026%, S 0.012%, Ni 8.14%, Cr 18.03%,
Fe余量。
[0038](I)焊前準備
[0039]如圖1所示，待焊試板對接接頭處采用車床加工開V形坡口 1，V形坡口 I角度為60°，兩側各30°，鈍邊7_。利用電動角磨機對待焊工件表面及坡口處進行打磨，去除毛刺、油污及氧化皮，依次用丙酮和無水乙醇清洗坡口及工件表面。使用夾具將工件無間隙緊密裝配固定，采用手工鎢極氬弧焊點焊固定引弧板、熄弧板及進行試板之間的點焊固定。選用德國伊達高科EWM-422型脈沖等離子弧焊機和WSM-400逆變式脈沖氬弧焊機，焊前預通Imin保護氣體，確保不銹鋼坡口表面形成充分的保護氣氛。
[0040](2) PC-PAW 打底焊接
[0041]采用穿孔型PC-PAW進行打底焊接，采用直流正接極性接法，利于等離子弧在穿透過程中形成小孔，保證單面焊雙面成形；焊接過程中無金屬填充，噴嘴孔徑優選3.0mm，壓縮角60°，噴嘴到工件的距離5mm。焊接工藝參數為:基值電流60A，脈沖電流130A，脈沖頻率1.4Hz，脈寬比為12/21，焊接電壓29V，焊接熱輸入9?13kJ/cm，等離子氣體采用與保護氣體相同的純氬氣，利于焊接過程中等離子弧的穩定，氬氣純度為99.99%，等離子氣體流量5?8L/min，保護氣體流量13?16L/min ;工件底部紫銅夾板滑塊的循環冷卻槽3內通循環冷卻水對焊接過程中的工件進行冷卻，紫銅滑塊U形槽4內通氬氣對熔池底部進行保護；焊接過程通過調整焊接速度來控制焊接熱輸入和等離子弧的能量密度以形成貫穿工件的連