CN100548561C - 0Cr13Ni5Mo低碳马氏体不锈钢焊接方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及低碳马氏体不锈钢焊接技术领域，特别是一种0Cr13Ni5Mo低碳马氏体不锈钢焊接方法，包括下述步骤：焊接过程控制，严格控制焊接过程中的碳弧气刨刨制坡口、清根后打磨质量及焊前预热温度80-100℃、层间温度控制在150-200℃以下和焊后缓冷，保护气体配比：采用Ar 94-96%，CO26-4%，流量控制在15-22L/min，焊丝成份的重量百分比为：C 0.013-0.015%，Si 0.54-0.56%，Mn 0.73-0.75%，P≤0.020%，S≤0.004%，Ni 4.90-5.50%，Cr 13.25-13.35%，Mo 0.45-0.53%。本发明通过对以上过程的严格控制，有效地避免了因焊缝含碳量偏高及预热温度过低或偏高引起的焊接冷、热裂纹缺陷，使焊缝UT探伤的一次合格率从一开始的不足50%提高到80%以上。
Description
技术领域
本发明涉及低碳马氏体不锈钢焊接技术领域，特别是一种0Cr13Ni5Mo低碳马氏体不锈钢焊接方法。
背景技术
马氏体不锈钢不是常用的焊接用钢种，焊接性较差，有较强的裂纹倾向，焊接质量很难确保，而因焊缝返修又会造成较大的焊接变形，修复困难。竹拉兰马氏体不锈钢转轮室的结构复杂，精度要求高，其中的0Cr13Ni5Mo低碳马氏体不锈钢球形衬板的成型精度和焊接质量是此产品制作的关键所在。目前即使是水电设备专业制造厂，在制作过程中，也不同程度存在着因马氏体不锈钢球形衬板的焊接质量不过关，焊缝大量返修造成球形衬板成型精度差，以致于转轮室整体焊接后，修形困难，产品尺寸公差超差的问题。理论上0Cr13Ni5Mo低碳马氏体不锈钢的焊接，可采用HS13/5L焊丝，但实际上在制作前焊接实验及初期焊接实践中，经焊缝100％UT探伤检查，发现合格率不足50％，存在不同程度的气孔、夹渣、裂纹等缺陷，尤其以裂纹缺陷居多且不易修复。通过反复试验和不断研究发现，此钢种的焊接对焊前预热温度、层间温度、坡口及清根后的打磨、焊后缓冷等焊接过程控制和保护气体成份及焊丝成份都非常敏感，稍有偏差就会不同程度地影响焊接质量，为避免上述问题的出现，应从焊接过程控制、保护气体成份、焊丝成份等各个方面进行研究，以形成一套有效确保0Cr13Ni5Mo低碳马氏体不锈钢焊接质量的焊接方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种0Cr13Ni5Mo低碳马氏体不锈钢焊接方法，是一种针对焊接实验和施焊过程中出现的焊接缺陷，对焊接过程、保护气体成份和焊丝成份进行控制的有效确保0Cr13Ni5Mo低碳马氏体不锈钢焊接质量的焊接方法。
本发明的目的是通过下述技术方案来实现的：
本发明的0Cr13Ni5Mo低碳马氏体不锈钢焊接方法，其特征在于包括下述步骤：。
1)焊接过程控制
严格控制焊接过程中的碳弧气刨刨制坡口、清根后打磨质量及预热温度、层间温度和焊后缓冷：
a)由于问题焊缝区的含碳量明显高于母材和焊丝，因此采用碳弧气刨刨制坡口及清根后的金属面，必须采用打磨机具将碳棒气刨产生的渗碳层彻底打磨掉，露出金属光泽，
b)焊前预热：焊前采用煤气均匀加热，确认焊接区，包括坡口两侧100mm范围内的温度在80-100℃后方可进行施焊，
c)层间温度控制在150-200℃，必须进行层间清理，除掉焊渣等杂物，
d)焊后缓冷：焊接后，采用保温材料进行保温处理，直至冷却至室温。
2)保护气体控制：
a)保护气体配比：保护气体为混合气体，此混合气体的体积百分比例采用Ar 94-96％，CO2 6％-4％，
b)施焊时弧长保持在10-15mm，弧长偏长降低保护效果，易产生气孔，
c)保护气体流量控制在15-20L/min，横焊时控制在18-22L/min，流量偏低会影响保护效果，易产生气孔，
d)严格控制保护气体的水份杂质，不允许存在水份，
3)焊丝成份控制：焊丝成份的重量百分比为：C 0.013-0.015％，Si0.54-0.56％，Mn 0.73-0.75％，P≤0.020％，S≤0.004％，Ni 4.90-5.50％，Cr 13.25-13.35％，Mo 0.45-0.53％。
所述的保护气体中的CO2的体积百分含量为5％。
所述的焊丝成份的重量百分比为：C 0.014％，Si 0.55％，Mn 0.74％，P≤0.020％，S≤0.004％，Ni 4.97％，Cr 13.31％，Mo 0.51％。
所述的打磨机具采用砂轮或旋转锉。
所述的进行保温处理的保温材料采用石棉毡。
本发明的焊接过程控制是针对焊接实验中出现的严重焊接裂纹缺陷，发现焊接过程中碳弧气刨刨制坡口、清根后打磨质量及预热温度、层间温度和焊后缓冷的控制，这对焊接质量都很重要，必须加以严格控制：
通过对问题焊缝进行化学成份化验(如表一)，发现焊缝区的含碳量明显高于母材和焊丝，因此采用碳弧气刨刨制坡口及清根后的金属面，必须采用砂轮或旋转锉将碳棒气刨产生的渗碳层彻底打磨掉，露出金属光泽，否则含碳量越高，冷裂倾向越大。
表一
焊前预热：焊前采用煤气管均匀加热，确认焊接区(包括坡口两侧100mm范围)温度在80-100℃后方可进行施焊。
焊后缓冷：焊接后，采用石棉毡进行保温处理，直至冷却至室温。
通过对以上过程的严格控制，有效地避免了因焊缝含碳量偏高及预热温度过低或偏高引起的焊接冷、热裂纹缺陷，使焊缝UT探伤的一次合格率从一开始的不足50％提高到75％以上。
本发明的保护气体控制是使保护气体配比CO2的含量应保证在4％-6％，通常为5％，随着CO2比例的提高，飞溅增多，表面氧化膜也明显增厚，氧化膜会产生崩裂现象，并且很难用钢丝刷去掉，易形成夹渣。但若采用纯Ar进行保护，电孤“挺度”差、不稳定，同时熔深浅，不利于实际焊接，极易产生未熔合现象。因此，通过综合比较，混台气体的比例采用Ar(94-96％)+CO2(6％-4％)比较合理。
施焊时，弧长偏长会降低保护效果，易产生气孔。
气体流量最好控制在15-20L/min，横焊时大一些，流量偏低会影响保护效果，易产生气孔。
严格控制保护气体的水份杂质，否则水电解的氢气渗入焊缝会导致氢致裂纹。
本发明的焊丝成份控制是针对实际生产伊始和焊接过程中，采用同种牌号不同批号焊丝焊接，焊缝质量出现的明显差异，对不同批号的焊丝成份进行了化验(如表二)，并对分别采用Ni含量4.56％和4.97％的试板进行了性能检验(如表三)。由此将焊丝Ni含量控制在4.9％以上，焊接质量得到明显改善，焊缝UT探伤一次合格率提高到75％以上，最终解决了0Cr13Ni5Mo马氏体不锈钢焊接难题，总结出一套有效确保0Cr13Ni5Mo马氏体不锈钢焊接质量的焊接方法。通过对以上过程的严格控制，有效地避免了因焊缝含碳量偏高及预热温度过低或偏高引起的焊接冷、热裂纹缺陷，使焊缝UT探伤的一次合格率从一开始的不足50％提高到75％以上。
表二
| C | Si | Mn | P | S | Ni | Cr | Mo | |
| 焊丝1 | 0.015 | 0.50 | 0.60 | 0.020 | 0.005 | 4.56 | 13.41 | 0.60 |
| 焊丝成份 | 0.014 | 0.55 | 0.74 | 0.020 | 0.004 | 4.97 | 13.31 | 0.51 |
通过严格控制焊前预热、层间温度、坡口及清根后的打磨、焊后缓冷等焊接过程及保护气体成份和焊丝成份，我厂最终很好地保证了0Cr13Ni5Mo低碳马氏体不锈钢的焊接质量，使焊缝UT探伤一次合格率从刚开始的不足50％提高到80％以上，达到同行业先进水平。
表三
具体实施方式
下面结合实施例进一步说明本发明的具体实施方式。
本发明的0Cr13Ni5Mo低碳马氏体不锈钢焊接方法，其特征在于包括下述步骤：。
1)焊接过程控制
严格控制焊接过程中的碳弧气刨刨制坡口、清根后打磨质量及预热温度、层间温度和焊后缓冷：
a)由于问题焊缝区的含碳量明显高于母材和焊丝，因此采用碳弧气刨刨制坡口及清根后的金属面，必须采用打磨机具将碳棒气刨产生的渗碳层彻底打磨掉，露出金属光泽，
b)焊前预热：焊前采用煤气管均匀加热，确认焊接区，包括坡口两侧100mm范围内的温度在80-100℃后方可进行施焊，
c)层间温度控制在150-200℃以下，必须进行层间清理，除掉焊渣等杂物，
d)焊后缓冷：焊接后，采用保温材料进行保温处理，直至冷却至室温。
2)保护气体控制：
a)保护气体配比：保护气体为混合气体，此混合气体的体积百分比例采用Ar 94-96％，CO2 6％-4％，
b)施焊时，弧长保持在10-15mm，弧长偏长会降低保护效果，易产生气孔，
c)保护气体流量控制在15-20L/min，横焊时控制在18-22L/min，流量偏低，影响保护效果易产生气孔，
d)严格控制保护气体的水份杂质，不允许存在水份，
3)焊丝成份控制：焊丝成份的重量百分比为：C 0.013-0.015％，Si0.54-0.56％，Mn 0.73-0.75％，P≤0.020％，S≤0.004％，Ni 4.90-5.50％，Cr 13.25-13.35％，Mo 0.45-0.53％。
所述的保护气体中的CO2的体积百分含为5％。
所述的焊丝成份的重量百分比为：C 0.014％，Si 0.55％，Mn 0.74％，P≤0.020％，S≤0.004％，Ni 4.97％，Cr 13.31％，Mo 0.51％。
所述的打磨机具采用砂轮或旋转锉。
所述的进行保温处理的保温材料采用石棉毡。
本发明的焊接过程控制是针对焊接实验中出现的严重焊接裂纹缺陷，发现焊接过程中碳弧气刨刨制坡口、清根后打磨质量及预热温度、层间温度和焊后缓冷的控制对焊接质量都很重要，必须加以严格控制，有效地避免因焊缝含碳量偏高及预热温度过低或偏高引起的焊接冷、热裂纹缺陷，使焊缝UT探伤的一次合格率从一开始的不足50％提高到80％以上。
通过将上述0Cr13Ni5Mo低碳马氏体不锈钢的成功焊接技术应用到竹拉兰转轮室的制作上，严格控制焊前预热、层间温度、坡口及清根后的打磨、焊后缓冷等焊接过程及保护气体成份和焊丝成份，使转轮室关键部位马氏体不锈钢球型衬板的焊缝质量得到了有效控制，大幅度地降低了焊缝返修率，从而也避免了其他专业水电产品制作厂经常出现的问题，即因焊缝大量返修造成的焊接变形，而最终导致产品尺寸超差，局部不够加工或减薄超差。通过下道工序机加过程反馈，实际制作6组竹拉兰转轮室，不论焊接质量还是尺寸公差都很好的达到了设计和相关标准要求，受到监造和用户的一致好评，在此基础上，又接连成功制作并正在制作相似结构的哈电大顶子山转轮室(5组)和炳灵转轮室(5组)，开阔了同类产品的经营市场，创造了可观的经济效益。
Claims (5)
1、一种0Cr13Ni5Mo低碳马氏体不锈钢焊接方法，其特征在于包括下述步骤：
1)焊接过程控制
严格控制焊接过程中的碳弧气刨刨制坡口、清根后打磨质量及预热温度、层间温度和焊后缓冷：
a)由于问题焊缝区的含碳量明显高于母材和焊丝，因此采用碳弧气刨刨制坡口及清根后的金属面，必须采用打磨机具将碳弧气刨产生的渗碳层彻底打磨掉，露出金属光泽，
b)焊前预热：焊前采用煤气管均匀加热，确认焊接区的温度在80-100℃后，方可进行施焊，
c)层间温度控制在150-200℃，必须进行层间清理，除掉杂物，
d)焊后缓冷：焊接后，采用保温材料进行保温处理，直至冷却至室温
2)保护气体控制：
a)保护气体配比：保护气体为混合气体，此混合气体的体积百分比例采用Ar 94-96％，CO2 6％-4％，
b)施焊时弧长保持在10-15mm，弧长偏长会降低保护效果，易产生气孔，
c)保护气体流量控制在15-20L/min，流量偏低，影响保护效果易产生气孔，
d)严格控制保护气体的水份杂质，不允许存在水份，
3)焊丝成份控制：焊丝成份的重量百分比为：C 0.013-0.015％，Si0.54-0.56％，Mn 0.73-0.75％，P≤0.020％，S≤0.004％，Ni 4.90-5.50％，Cr13.25-13.35％，Mo 0.45-0.53％。
2、根据权利要求1所述的0Cr13Ni5Mo低碳马氏体不锈钢焊接方法，其特征在于所述的保护气体中的CO2的体积百分含量为5％。
3、根据权利要求1所述的0Cr13Ni5Mo低碳马氏体不锈钢焊接方法，其特征在于所述的焊丝成份的重量百分比为：C 0.014％，Si 0.55％，Mn 0.74％，P≤0.020％，S≤0.004％，Ni 4.97％，Cr 13.31％，Mo 0.51％。
4、根据权利要求1所述的0Cr13Ni5Mo低碳马氏体不锈钢焊接方法，其特征在于所述的打磨机具采用砂轮或旋转锉。
5、根据权利要求1所述的0Cr13Ni5Mo低碳马氏体不锈钢焊接方法，其特征在于所述的进行保温处理的保温材料采用石棉毡。
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