CN103418891A - 不锈钢焊件加衬垫的组合焊接方法 - Google Patents

Abstract

不锈钢焊件加衬垫的组合焊接方法包括以下步骤：a、对两焊件待焊部位分别进行坡口加工、组对，组对时，保持两焊件内壁齐平，两焊件坡口相对组成夹角为α的“V”形口，两焊件坡口底部保持2～4mm间隙L；b、在两焊件坡口底部间隙L处安装铜衬垫，铜衬垫与两焊件内壁紧密贴合；c、对“V”形口进行手工钨极氩弧焊焊接，焊接时，焊枪与“V”形口中心线呈40～50°夹角，焊接电弧正对“V”形口两侧的焊件坡口并与铜衬垫保持间隙，焊丝置于“V”形口中心线处，焊接电流90～120A，电压12～15V，焊接速度70～90mm/min，焊枪喷嘴氩气流量10～16L/min；d、拆除铜衬垫，在根部焊道上进行填充焊接形成盖面焊道。

Description

不锈钢焊件加衬垫的组合焊接方法

技术领域

本发明涉及不锈钢焊接领域，特别是涉及一种用于不锈钢设备或管道的对接焊工艺方法，适用于根部焊道的成形焊接。

背景技术

不锈钢焊件在焊接时，由于其高的合金成分使得焊接过程中的熔池金属流动性差，易产生多种焊接缺陷，特别是不锈钢设备或管道的根部焊缝焊接，当不能进行清根处理时，根部焊缝易产生未焊透、未熔合等缺陷以及焊缝背面被氧化的问题。

现有技术中，采用焊条电弧焊和钨极氩弧焊方法可解决焊缝背面氧化问题，但焊条电弧焊的焊缝背面成形困难，电流大，会导致熔池低，容易将焊件焊透或在焊缝背面形成突瘤，电流小，容易导致熔深浅，未焊透、未熔合等缺陷；钨极氩弧焊虽然能够较好地实现单面焊双面成形，但焊缝背面要充氩保护，否则焊缝就会被氧化，使焊缝的强度降低，耐腐蚀性减低，还会使外观变黑，采用钨极氩弧焊方法和焊缝背面充氩保护都会大大增加焊接成本，特别是在细长管道的对接焊中尤其高，且也会对焊工的健康安全和工作环境产生较大影响。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种不锈钢焊件加衬垫的组合焊接方法，避免采用钨极氩弧焊方法时出现的背面氧化问题，省去焊件内壁的充氩保护工序，节约氩气，降低焊接成本，同时改善焊接作业环境，利于焊工身体健康。

本发明不锈钢焊件加衬垫的组合焊接方法，包括以下步骤：

a、对两焊件的待焊部位分别进行坡口加工、组对，其中组对时，保持两焊件内壁齐平，两焊件坡口相对组成夹角为α的“V”形口，两焊件坡口底部保持2～4mm的间隙L；

b、在两焊件坡口底部间隙L处安装铜衬垫，所述铜衬垫与两焊件内壁紧密贴合；

c、对“V”形口进行手工钨极氩弧焊焊接，焊接时，焊枪喷嘴先在“V”形口一侧的焊件坡口上引弧形成熔池，添加焊丝形成熔滴与该侧焊件相熔，然后将焊枪喷嘴弧形摆动到“V”形口另一侧的焊件坡口上，同时将焊丝形成的熔滴快速牵引到该另一侧焊件与其相熔，如此往复摆动形成整个根部焊道，焊接过程中，焊枪与“V”形口的中心线呈40～50°夹角，焊接电弧正对“V”形口两侧的焊件坡口并与所述铜衬垫保持间隙，焊丝置于“V”形口的中心线处，焊接电流为90～120A，焊接电压为12～15V，焊接速度为70～90mm/min，焊枪喷嘴的氩气流量为10～16L/min，距离熔池约100mm的“V”形口两侧焊件和铜衬垫的温度≦60℃；

d、拆除铜衬垫，在根部焊道上进行填充焊接形成盖面焊道。

本发明不锈钢焊件加衬垫的组合焊接方法，其中所述铜衬垫沿整条焊缝或整个焊口圆周安装，铜衬垫的厚度为2mm，宽度为20-30mm，长度与焊缝或焊口等长，所述铜衬垫通过夹具固定在两焊件内壁上。

本发明不锈钢焊件加衬垫的组合焊接方法，其中所述铜衬垫的厚度为2mm，宽度为20-30mm，长度为100-200mm，所述铜衬垫由人工从两焊件外侧穿过坡口底部间隙伸入焊件内侧贴紧在两焊件内壁上，人工把持铜衬垫随着焊接电弧同步移动。

本发明不锈钢焊件加衬垫的组合焊接方法，其中整条焊缝或整个焊口的最终收弧处留有豁口，所述豁口的大小适于取出铜衬垫。

本发明不锈钢焊件加衬垫的组合焊接方法，其中所述两焊件坡口相对组成的α夹角为60°。

本发明不锈钢焊件加衬垫的组合焊接方法，其中所述根部焊道厚度为2～3mm。

本发明不锈钢焊件加衬垫的组合焊接方法与现有技术不同之处在于本发明不锈钢焊件加衬垫的组合焊接方法利用铜与不锈钢不能焊接互熔的特性，用铜板（条）制作成衬垫，安装在两焊件坡口底部间隙L处紧贴在焊件内壁上作为焊接衬托，在铜衬垫上对“V”形口进行焊接，采用手工钨极氩弧焊接方法，控制焊接电流、电压、焊接速度、焊枪与“V”形口的中心线夹角、焊接电弧及焊丝的位置，确保焊缝背面成形平整，铜衬垫封闭焊缝背面，使得焊缝不需要进行充氩保护也不会被氧化，降低了成本，改善了焊接作业环境，有利于焊工身体健康，且采用本发明焊接方法获得的焊缝接头性能经各项检测，均优良。

下面结合附图对本发明的不锈钢焊件加衬垫的组合焊接方法作进一步说明。

附图说明

图1为本发明不锈钢焊件的组合焊接方法中铜衬垫固定安装的结构示意图，图为沿垂直于焊缝剖开的剖视图；

图2为本发明不锈钢焊件的组合焊接方法中铜衬垫可移动的结构示意图，图为沿焊缝剖开的剖视图。

具体实施方式

实施例1：

A、B焊件母材：TP316L，规格φ88.9×5.49mm

焊接材料：焊丝H03Cr19Ni12Mo2Si(YB/T5092-2005)，规格φ2.4mm

铜衬垫规格：厚度2mm，宽度20mm

本实施例不锈钢焊件的组合焊接方法包括以下步骤：

a、对A焊件12和B焊件13的待焊部位分别进行坡口加工、组对，其中组对时，保持A、B两焊件内壁齐平，A、B焊件坡口相对组成夹角为α的“V”形口，α角为60°，A、B焊件坡口底部保持2～4mm的间隙L；

b、在A、B焊件坡口底部间隙L处安装铜衬垫11，铜衬垫11与A、B焊件内壁紧密贴合；

c、对“V”形口进行焊接形成根部焊道14，采用手工钨极氩弧焊方法焊接，焊接时，焊接电流90A，焊接电压12V，焊接速度70～80mm/min，氩气流量10L/min，焊枪与“V”形口中心线呈40°夹角，焊接电弧正对“V”形口两侧的焊件坡口并与铜衬垫保持间隙，焊丝置于“V”形口的中心线处，焊枪喷嘴先在“V”形口一侧的A焊件坡口上引弧形成熔池，添加焊丝形成熔滴与A焊件相熔，然后将焊枪喷嘴弧形摆动到“V”形口另一侧的B焊件坡口上，同时将焊丝形成的熔滴快速牵引到B焊件与其相熔，如此往复摆动形成整个根部焊道，形成的焊道熔敷厚度为3.0mm，其中，距离熔池约100mm的“V”形口两侧焊件和铜衬垫的温度需≦60℃，当超过60℃时，要停止焊接或采取冷却措施，如施以湿布或冷却水等；

d、拆除铜衬垫，在根部焊道上14进行填充焊接形成盖面焊道15。

对于焊后方便拆除铜衬垫的焊缝或焊口（如转动焊口），如图1所示，铜衬垫11沿整条焊缝或整个焊口圆周安装，长度与焊缝或焊口等长，铜衬垫11通过夹具16固定在A、B焊件12、13内壁上。

对于焊后不方便拆除铜衬垫的焊缝或焊口（如现场固定焊口），如图2所示，铜衬垫21的长度为100-200mm，铜衬垫21由人工从A、B焊件外侧穿过坡口底部间隙L伸入焊件内侧，保持铜衬垫21贴紧在A焊件22和B焊件（图中未示出）内壁上，当焊工在衬有铜衬垫21的“V”形口内焊接时，随着根部焊道24的形成，焊接电弧不断向前移动，另一人手持铜衬垫21同步向前移动，在将近该条焊缝或焊口的最终收弧处停止，留下大小方便于取出铜衬垫21的豁口，将铜衬垫21从该豁口处取出，然后将该豁口采用焊条电弧焊方法或采用防止焊缝背面氧化的专用打底焊丝钨极氩弧焊接方法进行封口焊，完成全部焊缝的根部焊道。

如此形成的焊缝质量经检验，各项指标均优良：

外观检查：焊缝内、外表面成型良好，根部焊道无氧化现象，无气孔、裂纹、未焊透等缺陷，铜衬垫拆除容易，表面光滑平整，无熔化现象；

X射线检验：底片评定等级为JB4730-2005标准的Ⅱ级，无裂纹、未焊透、未熔合等缺陷，焊缝内在质量合格；

焊接接头性能检验：

——拉伸试验：塑断母材，其抗拉强度值为620MPa，大于母材标准规定的下限值；

——弯曲试验：试样经过4倍母材厚度的弯芯直径，弯曲角度达到180°，未见裂纹，检验结果合格；

——根部焊道晶间腐蚀试验：经硫酸-硫酸铜腐蚀试验后，弯曲180°，放大10×观察，未发现晶间腐蚀倾向；

——根部焊道含铜量测定：含铜量分别为0.55%、0.40%、0.60%，均不超过0.75%，证明在焊接过程中铜衬垫基本没有熔融渗透到焊缝中；

——根部焊道的金相检验：金相组织为奥氏体+铁素体，铁素体含量为5.6%；

——根部焊道的硬度检验：布氏硬度值分别为150HB、155HB、165HB。

实施例2：

A、B焊件母材：0Cr18Ni9，规格φ159×6mm

焊接材料：焊丝H08Cr21Ni10Si(YB/T5092-2005)，规格φ2.5mm

铜衬垫规格：厚度2mm，宽度25mm

本实施例不锈钢焊件的组合焊接方法的步骤与实施例1的区别在于采用手工钨极氩弧焊方法进行根部焊道焊接时，焊接电流105A，焊接电压15V，焊接速度75～85mm/min，氩气流量13L/min，焊枪与“V”形口中心线呈45°夹角，形成的焊道熔敷厚度为2.5mm。

如此形成的焊缝质量经检验，各项指标均优良：

外观检查：焊缝内、外表面成型良好，根部焊道无氧化现象，无气孔、裂纹、未焊透等缺陷，铜衬垫拆除容易，表面光滑平整，无熔化现象；

X射线检验：底片评定等级为JB4730-2005标准的Ⅱ级，无裂纹、未焊透、未熔合等缺陷，焊缝内在质量合格；

焊接接头性能检验：

——拉伸试验：塑断母材，其抗拉强度值为640MPa，大于母材标准规定的下限值；

——弯曲试验：试样经过4倍母材厚度的弯芯直径，弯曲角度达到180°，未见裂纹，检验结果合格；

——焊缝-196℃低温冲击试验：焊缝冲击值是36J/cm2、28J/cm2、30J/cm2，热影响区冲击值是70J/cm2、38J/cm2、44J/cm2；

——根部焊道晶间腐蚀试验：经硫酸-硫酸铜腐蚀试验后，弯曲180°，放大10×观察，未发现晶间腐蚀倾向；

——根部焊道含铜量测定：含铜量分别为0.35%、0.45%、0.50%，均不超过0.75%，证明在焊接过程中铜衬垫基本没有熔融渗透到焊缝中；

——根部焊道的金相检验：金相组织为奥氏体+铁素体，铁素体含量为5.0%；

——根部焊道的硬度检验：布氏硬度值分别为156HB、162HB、170HB。

实施例3：

A、B焊件母材：00Cr19Ni10，规格φ159×6mm

焊接材料：焊丝H00Cr21Ni10(YB/T5092-2005)，规格φ2.5mm

铜衬垫规格：厚度2mm，宽度30mm

本实施例不锈钢焊件的组合焊接方法的步骤与实施例1的区别在于采用手工钨极氩弧焊方法进行根部焊道焊接时，焊接电流120A，焊接电压15V，焊接速度80～90mm/min，氩气流量16L/min，焊枪与“V”形口中心线呈50°夹角，形成的焊道熔敷厚度为2.0mm。

如此形成的焊缝质量经检验，各项指标均优良：

外观检查：焊缝内、外表面成型良好，根部焊道无氧化现象，无气孔、裂纹、未焊透等缺陷，铜衬垫拆除容易，表面光滑平整，无熔化现象；

X射线检验：底片评定等级为JB4730-2005标准的Ⅱ级，无裂纹、未焊透、未熔合等缺陷，焊缝内在质量合格；

焊接接头性能检验：

——拉伸试验：塑断母材，其抗拉强度值为630MPa，大于母材标准规定的下限值；

——弯曲试验：试样经过4倍母材厚度的弯芯直径，弯曲角度达到180°，未见裂纹，检验结果合格；

——根部焊道晶间腐蚀试验：经硫酸-硫酸铜腐蚀试验后，弯曲180°，放大10×观察，未发现晶间腐蚀倾向；

——根部焊道含铜量测定：含铜量分别为0.50%、0.45%、0.60%，均不超过0.75%，证明在焊接过程中铜衬垫基本没有熔融渗透到焊缝中；

——根部焊道的金相检验：金相组织为奥氏体+铁素体，铁素体含量为6%。

——根部焊道的硬度检验：布氏硬度值分别为172HB、155HB、179HBW。

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (6)

1.一种不锈钢焊件加衬垫的组合焊接方法，包括以下步骤：

a、对两焊件的待焊部位分别进行坡口加工、组对，其中组对时，保持两焊件内壁齐平，两焊件坡口相对组成夹角为α的“V”形口，两焊件坡口底部保持2～4mm的间隙L；

b、在两焊件坡口底部间隙L处安装铜衬垫，所述铜衬垫与两焊件内壁紧密贴合；

c、对“V”形口进行手工钨极氩弧焊焊接，焊接时，焊枪喷嘴先在“V”形口一侧的焊件坡口上引弧形成熔池，添加焊丝形成熔滴与该侧焊件相熔，然后将焊枪喷嘴弧形摆动到“V”形口另一侧的焊件坡口上，同时将焊丝形成的熔滴快速牵引到该另一侧焊件与其相熔，如此往复摆动形成整个根部焊道，焊接过程中，焊枪与“V”形口的中心线呈40～50°夹角，焊接电弧正对“V”形口两侧的焊件坡口并与所述铜衬垫保持间隙，焊丝置于“V”形口的中心线处，焊接电流为90～120A，焊接电压为12～15V，焊接速度为70～90mm/min，焊枪喷嘴的氩气流量为10～16L/min，距离熔池约100mm的“V”形口两侧焊件和铜衬垫的温度≦60℃；

d、拆除铜衬垫，在根部焊道上进行填充焊接形成盖面焊道。

2.根据权利要求1所述的不锈钢焊件加衬垫的组合焊接方法，其特征在于：所述铜衬垫沿整条焊缝或整个焊口圆周安装，铜衬垫的厚度为2mm，宽度为20-30mm，长度与焊缝或焊口等长，所述铜衬垫通过夹具固定在两焊件内壁上。

3.根据权利要求1所述的不锈钢焊件加衬垫的组合焊接方法，其特征在于：所述铜衬垫的厚度为2mm，宽度为20-30mm，长度为100-200mm，所述铜衬垫由人工从两焊件外侧穿过坡口底部间隙伸入焊件内侧贴紧在两焊件内壁上，人工把持铜衬垫随着焊接电弧同步移动。

4.根据权利要求3所述的不锈钢焊件加衬垫的组合焊接方法，其特征在于：整条焊缝或整个焊口的最终收弧处留有豁口，所述豁口的大小适于取出铜衬垫。

5.根据权利要求1至4任一项所述的不锈钢焊件加衬垫的组合焊接方法，其特征在于：所述两焊件坡口相对组成的α夹角为60°。

6.根据权利要求1至4任一项所述的不锈钢焊件加衬垫的组合焊接方法，其特征在于：所述根部焊道厚度为2～3mm。

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