用於不鏽鋼單面焊雙面成型的焊接方法

2023-06-02 01:24:26 2

用於不鏽鋼單面焊雙面成型的焊接方法
【專利摘要】本發明提供一種用於不鏽鋼單面焊雙面成型的焊接方法，該方法包括以下步驟：1）不鏽鋼板坡口採用單邊V型坡口，坡口角度為60°，坡口間隙為4mm；坡口背面貼陶瓷襯墊；2）坡口正面用帶藥皮的自保護氬弧焊絲進行氬弧焊打底，然後焊條電弧焊填充蓋面；所述氬弧焊焊接工藝參數為焊接電流125～130A，電弧電壓12～14V，焊接速度14cm/min、焊接熱輸入量8KJ/cm；所述焊條電弧焊的工藝參數為焊接電流150～160A，電弧電壓22～24V，焊接速度8cm/min、焊接熱輸入量25KJ/cm，焊條烘焙制度為350℃×2h。本方法得到的焊接接頭背面成型優良，焊接接頭各區域具有較高的衝擊韌性儲備及安全富裕度。
【專利說明】用於不鏽鋼單面焊雙面成型的焊接方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及鋼鐵焊接領域，尤其是涉及一種用於不鏽鋼單面焊雙面成型的焊接方法。
【背景技術】
[0002]S30408奧氏體不鏽鋼具有全面的和良好的綜合性能，在各行各業中得到廣泛的應用，尤其是近幾年用於建造低溫深冷的LNG儲罐。
[0003]S30408不鏽鋼導熱係數小，熱膨脹係數大，焊接過程中的大量輸入易導致焊接變形，接頭部位產生較大的內應力；當焊縫在400~485°C停留時間過長，易造成焊接區Cr與C反應，造成貧Cr，形成晶間腐蝕。傳統的焊接方法為焊條電弧焊，正面焊完後反面再採用碳弧氣刨清根，氣刨過程中不僅有大量的熱輸入還會對焊縫滲碳，後期需要大量時間打磨焊縫去除滲碳層。若採用雙人同步氬弧焊工藝雖能減小變形和避免清根，但焊接過程中投入的設備、人工，以及氣體等輔材均造成成本過高。

【發明內容】

[0004]本發明要解決的技術問題是:提供一種能保證不鏽鋼焊接接頭質量的用於不鏽鋼單面焊雙面成型的焊接方法。
[0005]本發明為解決上述技術問題所採取的技術方案為:
[0006]用於不鏽鋼單面焊雙面成型的焊接方法，該方法包括以下步驟:
[0007]I)不鏽鋼板的坡口採用單邊V型坡口，坡口角度為60°，坡口間隙為4mm ;坡口背面貼陶瓷襯墊；
[0008]2)坡口正面用氬弧焊絲進行氬弧焊打底，然後焊條電弧焊填充蓋面；所述氬弧焊焊接工藝參數為焊接電流125~130A，電弧電壓12~14V，焊接速度14cm/min、焊接熱輸入量8KJ/cm ;所述焊條電弧焊的工藝參數為焊接電流150~160A，電弧電壓22~24V，焊接速度8cm/min、焊接熱輸入量25KJ/cm，焊條烘焙制度為350°C X2h。
[0009]上述方案中，所述步驟2)中的氬弧焊絲的型號為ER308L，其成分如下:C ≤ 0.03%，
0.30% ≤ Si ≤ 0.65%, 1.0% ≤ Mn ≤ 2.50%, P ≤ 0.025%, S ≤ 0.015%, 9.0% ^ Ni ^ 11.0%,19.5% ^ Cr ^ 22.0%, Mo ( 0.75%, Cu ( 0.75%，其他合金元素總量 ≤ 1.50%，餘量為 Fe 及不可避免的雜質。
[0010]上述方案中，所述步驟2)中所採用的焊條型號為E308L-16，其成分如下:C ≤ 0.04%, Si ( 0.9%, 0.5% ≤ Mn ≤ 2.50%, P ≤ 0.030%, S ≤ 0.020%, 9.0% ^ Ni ^ 11.0%,Mo ( 0.75%, 18.0% ^ Cr ^ 21.0%, Cu ( 0.75%,其他合金元素總量 ≤ 1.50%,餘量為 Fe 及不可避免的雜質，擴散氫含量水銀法小於5ml/100g。
[0011]上述方案中，所述焊條的熔敷金屬的力學性能:抗拉強度Rm ^ 520MPa ;屈服強度Rel ≥250MPa ;延伸率 A ≥ 35% ;_196°C衝擊功:Akv ≥ 31J。
[0012]上述方案中，所述S30408不鏽鋼鋼板的化學組份及質量百分比滿足以下條件:C ≤ 0.08%, Si ( 0.75%, Mn ( 2.0%, P ≤ 0.035%, S ≤ 0.020%, N ≤ 0.10%,18.0% ^ Cr ^ 20.0%,8.0% ^ Ni ^ 10.50%，餘量為Fe及不可避免的雜質。
[0013]上述方案中，所述S30408不鏽鋼鋼板的力學性能滿足:屈服強度Rel≤205MPa ；抗拉強度Rm≤520MPa ;延伸率A≤40% ;布氏硬度HBS≤201。
[0014]上述方案中，所述氬弧焊採用帶藥皮的自保護氬弧焊絲填充，焊條電弧焊採用多層多道焊接，層間溫度控制在不超過150°C。
[0015]本工藝方法經過多次試驗驗證，採用焊縫背面貼陶瓷襯墊，正面用帶藥皮的自保護氬弧焊絲進行氬弧焊打底，然後焊條電弧焊填充蓋面的方法，能實現不鏽鋼單面焊雙面成型，不僅避免了碳弧氣刨清根，還能大大節省成本，可作推廣使用。
[0016]與現有技術相比，本發明取得的技術效果是:
[0017]I)本發明方法通過多次試驗，在坡口背面未進行充氬保護的情況下，能實現S30408不鏽鋼單面焊雙面成型，陶瓷襯墊側焊縫成型美觀，無氣孔、夾渣等缺陷。
[0018]2)該方法適用範圍廣，可用於S30408不鏽鋼的平、立、橫位置的焊接，適用於儲罐和球罐。
[0019]3)本發明方法在是施焊不鏽鋼時，不需進行背面清根，能有效的降低焊接變形和滲碳，其接頭的低溫韌性遠遠大於技術指標要求。
[0020]4)本方法可作為其他奧氏體不鏽鋼焊接工藝的參考。
[0021]本發明方法通過多次試驗證明本焊接工藝方法能減小焊接變形。其次，採用所述方法焊接S30408鋼板，焊接接頭背面成型優良，焊接接頭各區域具有較高的衝擊韌性儲備及安全富裕度。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1為本發明實施例1提供的坡口的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0023]下面結合附圖和實施例對本發明作進一步的描述，當然下述實施例不應理解為對本發明的限制。
[0024]實施例1
[0025]本實施例提供一種用於S30408不鏽鋼單面焊雙面成型的焊接方法，該方法包括以下步驟:
[0026]I)坡口採用單邊V型坡口，坡口角度為60°，坡口間隙為4mm ;坡口背面採用陶瓷襯墊I ;
[0027]2 )坡口正面用帶藥皮的自保護氬弧焊絲進行氬弧焊打底，然後焊條電弧焊填充蓋面；所述氬弧焊焊接工藝參數為焊接電流125~130A，電弧電壓12~14V，焊接速度14cm/min、焊接熱輸入量8KJ/cm ;所述焊條電弧焊的工藝參數為焊接電流150~160A，電弧電壓22~24V，焊接速度8cm/min、焊接熱輸入量25KJ/cm，焊條烘焙制度為350°C X2h。
[0028]所述步驟2)中所採用的焊條型號為E308L-16，其成分如下:C≤0.04%,Si ( 0.9%, 0.5% ≤ Mn ≤ 2.50%, P ≤ 0.030%, S ≤ 0.020%, 9.0% ^ Ni ^ 11.0%, Mo ( 0.75%,
18.0% ^ Cr ^ 21.0%，Cu ( 0.75%。其他合金元素總量≤1.50%，餘量為Fe及不可避免的雜質，擴散氫含量(水銀法)小於5ml/100g。
[0029]所述步驟2)中的自保護氬弧焊絲的型號為ER308L，其成分如下:C < 0.03%，
0.30% ≤ Si ≤ 0.65%, 1.0% ≤ Mn ≤ 2.50%, P ≤ 0.025%, S ≤ 0.015%, 9.0% ^ Ni ^ 11.0%,
19.5% ^ Cr ^ 22.0%，Mo ( 0.75%, Cu ( 0.75%。其他合金元素總量≤ 1.50%，餘量為 Fe 及不可避免的雜質。
[0030]所述S30408不鏽鋼在焊接前不需要預熱，只需去除不鏽鋼板表面水分即可。
[0031]下面對該焊接工藝方法中的工藝參數進行具體說明:
[0032]I)層間溫度:
[0033]本實施例中採用14mm等厚的S30408不鏽鋼進行焊接，其試驗用的S30408的化學成分 C:0.04%, S1:0.40%, Mn:1.11%, P:0.033%, S:0.001%, Cr:18.01%, Mo:0.0584%, Cu:
0.0512%，N:0.054%,N1:8.04%，餘量為Fe及不可避免的雜質。不鏽鋼焊接過程中要儘量減少高溫停留時間，一般焊前不需要預熱，層溫要嚴格控制在150°C以下。
[0034]2)焊接材料:
[0035]本發明選用焊接材料為帶藥皮的自保護氬弧焊絲和E308L-16的焊條，氬弧焊絲的成分滿足 C:0.019%, S1:0.49%, Mn:1.83%, P:0.015%, S:0.001%, N1:9.6%, Cr:19.68%,Mo:0.01%, Cu:0.12%，其他合金元素總量≤1.50%, -196°C衝擊功=Akv≤31J。焊條的成分滿足 C:0.035%, S1:0.38%, Mn:0.85%, P:0.014%, S:0.004%, N1:10.6%, Cr:18.5%, Mo:
0.16%，Cu:0.02%，其他合金元素總量< 1.50%，焊條的熔敷金屬力學性能要滿足:抗拉強度Rm520MPa ;延伸率 A ≤ 35% ;_196°C衝擊功:Akv ≤ 31J。
[0036]3)坡口採用單邊V型坡口(如圖1所示)，坡口角度為60°，坡口間隙為4mm，所述材料的厚度14mm。
[0037]4)焊接工藝參數:選擇焊接工藝參數，焊縫中心、熱影響區處-196 °C衝擊功AKv ^ 31J的焊接熱輸入量的控制範圍是:≤30KJ/cm;施焊時不預熱，層間溫度控制在(1500C。氬弧焊焊接工藝參數為焊接電流125~130A，電弧電壓12~14V，焊接速度14cm/min、焊接熱輸入量8KJ/cm ;焊條電弧焊的工藝參數為焊接電流150~160A，電弧電壓22~24V，焊接速度8cm/min、焊接熱輸入量25KJ/cm，焊條烘焙制度為350°C X2h。焊條電弧焊採用多層多道連續施焊，直至焊縫填滿為止。
[0038]5)試驗結果:經對採用上述方法焊接的S30408不鏽鋼對接接頭進行力學性能檢驗，其試驗結果:抗拉強度Rm:564MPa，冷彎d=4a，180°合格。_196°C衝擊功:焊縫中心Akv2:39, 50，40J ;熱影響區 Akv2:70，72.5，77.5J。
[0039]對比例I
[0040]對比例I與實施例1大致相同，不同之處在於選用氬弧焊絲不同。對比例I選用的氬弧焊絲為普通的實心焊絲。
[0041]對比例I得到的焊接接頭背面氧化嚴重，出現大量氣孔夾渣缺陷。
[0042]對比例2
[0043]對比例2與實施例1大致相同，不同之處在於選用坡口的間隙不同。對比例I坡口間隙為2mm。
[0044]對比例I得到的焊接接頭背面未完全焊透，餘高超標。
[0045]對比例3[0046]對比例3與實施例1大致相同，不同之處在於選用的焊條電弧焊的工藝參數不同，具體為:焊接電流180~200A，電弧電壓26~30V，焊接速度8cm/min，焊接熱輸入量45KJ/cm，焊條烘焙制度為350°C X2h。
[0047]對比例4
[0048]對比例4與實施例1大致相同，不同之處在於選用的層間溫度不同，具體為:對比例4的層間溫度為300 C。
[0049]對比例3和對比例4得到的不鏽鋼接頭抗拉強度的測試結果如表1所示。
[0050]表1
【權利要求】
1.用於不鏽鋼單面焊雙面成型的焊接方法，其特徵在於，該方法包括以下步驟: 1)不鏽鋼板的坡口採用單邊V型坡口，坡口角度為60°，坡口間隙為4mm;坡口背面貼陶瓷襯墊； 2)坡口正面用氬弧焊絲進行氬弧焊打底，然後焊條電弧焊填充蓋面；所述氬弧焊焊接工藝參數為焊接電流125~130A，電弧電壓12~14V，焊接速度14cm/min、焊接熱輸入量8KJ/cm ;所述焊條電弧焊的工藝參數為焊接電流150~160A，電弧電壓22~24V，焊接速度8cm/min、焊接熱輸入量25KJ/cm，焊條烘焙制度為350°C X2h。
2.如權利要求1所述的焊接方法，其特徵在於，所述步驟2)中的氬弧焊絲的型號為ER308L,其成分如下:C ≤0.03%, 0.30% ≤ Si ≤ 0.65%, 1.0% ≤ Mn ≤ 2.50%, P ≤ 0.025%,S ≤ 0.015%, 9.0% ≤ Ni ≤ 11.0%, 19.5% ≤ Cr ≤ 22.0%，Mo ≤0.75%, Cu ≤0.75%,其他合金元素總量≤ 1.50%，餘量為Fe及不可避免的雜質。
3.如權利要求1所述的焊接方法，其特徵在於，所述步驟2)中所採用的焊條型號為E308L-16，其成分如下:C ≤ 0.04%, Si ≤ 0.9%, 0.5% ≤ Mn ≤ 2.50%, P ≤0.030%, S ≤ 0.020%,9.0% ≤ Ni ≤ 11.0%, Mo ≤0.75%, 18.0% ≤Cr ≤21.0%, Cu≤ 0.75%,其他合金元素總量(1.50%，餘量為Fe及不可避免的雜質，擴散氫含量水銀法小於5ml/100g。
4.如權利要求3所述的焊接方法，其特徵在於，所述焊條的熔敷金屬的力學性能:抗拉強度Rm≥520MPa ;屈服強度Rel≥250MPa ;延伸率A≥35% ;-196°C衝擊功=Akv≥31J。
5.如權利要求1所述的焊接方法，其特徵在於，所述S30408不鏽鋼鋼板的化學組份及質量百分比滿足以下條件:c ≤( 0.08%, Si ≤ 0.75%, Mn ≤ 2.0%, P ≤ 0.035%, S ≤ 0.020%,N ≤ 0.10%, 18.0% ≤Cr ≤ 20.0%,8.0% ≤Ni ≤10.50%，餘量為 Fe 及不可避免的雜質。
6.如權利要求1所述的焊接方法，其特徵在於，所述S30408不鏽鋼鋼板的力學性能滿足:屈服強度Rel≥205MPa ;抗拉強度Rm≥520MPa ;延伸率A≥40% ;布氏硬度HBS≤201。
7.如權利要求1所述的焊接方法，其特徵在於，所述氬弧焊採用帶藥皮的自保護氬弧焊絲填充，焊條電弧焊採用多層多道焊接，層間溫度控制在不超過150°C。
【文檔編號】B23K35/30GK103521886SQ201310513814
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年10月25日 優先權日:2013年10月25日
【發明者】潘伍覃, 黃金祥, 宋朝文, 肖濤濤, 韓東波 申請人:武漢一冶鋼結構有限責任公司