CN110026647A - 单面复合板的对接焊方法及对接件 - Google Patents

单面复合板的对接焊方法及对接件 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种单面复合板的对接焊方法及对接件，对接焊方法包括：S1、分别在两个单面复合板的对接处开坡口；S2、将两个单面复合板以坡口进行对接，坡口对接形成X形坡口；S3、采用第一低合金钢焊条在X形坡口内最窄处施焊，形成打底层；S4、采用第二低合金焊条轮流在打底层相对两侧上施焊，形成第一连接焊层将正对的低合金钢层连接；S5、采用第一奥氏体不锈钢焊条在第一连接焊层上施焊，形成过渡焊层；S6、采用第二奥氏体不锈钢焊条在过渡焊层上施焊，形成第二连接焊层将正对的奥氏体不锈钢层连接。本发明采用X形坡口的手工电弧焊方式实现单面复合板之间的对接，满足在不同位置、不同焊接场所、有限的操作空间对复合板的焊接需求。

Description

单面复合板的对接焊方法及对接件
技术领域
本发明涉及金属复合板技术领域，尤其涉及一种单面复合板的对接焊方法及对接件。
背景技术
304L不锈钢(典型的超低碳奥氏体不锈钢)是一种通用性的标准型号的超低碳奥氏体不锈钢，广泛地用于要求具备耐腐蚀和良好成型性等综合性能的设备和机件的制造中。304L不锈钢的晶体结构是面心立方晶体结构，不大于0.030％的碳含量使得304L奥氏体不锈钢具有良好的焊接性能。较低的碳含量使得在靠近焊缝的热影响区中所析出的碳化铬减少到最小(而碳化铬的析出，会导致不锈钢贫铬，产生晶间腐蚀)。
10CrNi3MoV低合金钢为调质热处理钢，经过淬火+回火热处理获得高强高韧机械性能。实际生产的10CrNi3MoV低合金钢板典型力学性能为：屈服强度为650Mpa，抗拉强度为700Mpa，-84℃冲击功为200J，纤维断面率在90％以上。同时，10CrNi3MoV低合金钢属于低碳可焊接的合金结构钢，适用于耐压壳体结构。10CrNi3MoV低合金钢主要应用场合为：耐压壳、舰船钢结构等。
过去常规核电设施中，抑压池构件原材料均选择了碳钢板+防腐涂层的方法。采用此种方法不利的是，由于防腐涂层的使用寿命较短，需要不定期的检查和维护来保证防腐涂层的完整性和耐蚀性，这对于长期安置应用在海洋平台的小型核反应堆有诸多不利。因此，有必要研发出一种304L奥氏体不锈钢与10CrNi3MoV低合金钢结合的复合板及其焊接方法，用于抑压池构件等的制造，这对提升设备寿命、减小相关人员核辐照损伤、降低设备制造成本、缩短设备制造周期起到重要意义。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，提供一种实现不同焊接位置的焊接且易于操作的单面复合板的对接焊方法及该对接焊方法制成的对接件。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种单面复合板的对接焊方法，包括以下步骤：
S1、分别在两个单面复合板的对接处开坡口；
所述单面复合板包括低合金钢层以及通过***焊接复合在所述低合金钢层一面上的奥氏体不锈钢层；
S2、将两个所述单面复合板以坡口进行对接，两个所述单面复合板的坡口对接形成X形坡口；
在X形坡口内两侧，奥氏体不锈钢层与奥氏体不锈钢层正对，低合金钢层与低合金钢层正对；
S3、采用第一低合金钢焊条在所述X形坡口内最窄处施焊，形成打底层；
S4、采用第二低合金钢焊条轮流在所述打底层相对两侧上施焊，形成第一连接焊层将正对的低合金钢层连接；
S5、采用第一奥氏体不锈钢焊条在所述第一连接焊层上施焊，形成过渡焊层，覆盖所述X形坡口内奥氏体不锈钢层与低合金钢层的连接界面；
S6、采用第二奥氏体不锈钢焊条在所述过渡焊层上施焊，形成第二连接焊层将正对的奥氏体不锈钢层连接。
优选地，步骤S1中，所述单面复合板对接处上设置的坡口具有钝边；所述钝边长度为1mm-2mm；
步骤S2中，对接后，两个所述单面复合板的坡口的钝边相对形成所述X形坡口内的最窄处；所述X形坡口内最窄处的宽度为1mm-3mm。
优选地，步骤S2中，两个所述单面复合板对接的错边量≤0.5mm。
优选地，步骤S2中，所述X形坡口的角度为60°±10°。
优选地，所述单面复合板中，低合金钢层的厚度为10-35mm，所述奥氏体不锈钢层的厚度为3-6mm。
优选地，所述单面复合板中，奥氏体不锈钢层为304L不锈钢板，低合金钢层为10CrNi3MoV低合金钢板；
所述第一低合金钢焊条和第二低合金钢焊条均为10CrNi3MoV低合金钢焊条；所述第一奥氏体不锈钢焊条为E309L奥氏体不锈钢焊条，所述第二奥氏体不锈钢焊条E308L奥氏体不锈钢焊条。
优选地，步骤S3中，施焊所述打底层的焊接电流为90-120A，焊接速度为200-210mm/min；
步骤S4中，施焊所述第一连接焊层的焊接电流为150-170A，焊接速度为190-195mm/min；
步骤S5中，施焊所述过渡焊层的焊接电流为90-120A，焊接速度为230-240mm/min；
步骤S6中，施焊所述第二连接焊层的焊接电流为150-170A，焊接速度为170-175mm/min。
优选地，步骤S4中，在所述X形坡口内，所述第一连接焊层填充所述X形坡口第一端至靠近低合金钢层的表面，以及填充所述X形坡口相对的第二端至靠近奥氏体不锈钢层；
在焊接所述第一连接焊层后，采用第二低合金钢焊条在所述X形坡口第一端的所述第一连接焊层上施焊，形成盖面焊层将相对的两低合金层的表面连接。
优选地，施焊所述盖面焊层的焊接电流为160-180A，焊接速度为170-175mm/min。
优选地，所述单面复合板的对接焊方法还包括：
S7、对两个所述单面复合板进行表面处理和热处理。
本发明还提供一种对接件，包括通过上述任一项所述的对接焊方法连接为一体的两个单面复合板。
本发明的单面复合板的对接焊方法，单面复合板为奥氏体不锈钢-低合金钢复合板，属于高强高韧性复合钢板；采用X形坡口的手工电弧焊(SMAW)方式实现单面复合板之间的对接，满足在不同位置、不同焊接场所、有限的操作空间对复合板的焊接需求，同时使对接处具有不亚于母材(奥氏体不锈钢、低合金钢)的高强度、耐蚀性能，保证对接处具有足够的可靠性和安全性，适用于抑压池构件等的加工制造，满足核电、化学工业、船舶工业和高端装备的发展需要。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明一实施例的单面复合板的对接焊方法中两单面复合板对接时(焊接前)的结构示意图；
图2是本发明一实施例的单面复合板的对接焊方法中两单面复合板对接(焊接后)结构示意图。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。
参考图1、2，本发明一实施例的单面复合板的对接焊方法，包括以下步骤：
S1、分别在两个单面复合板100的对接处开坡口。
两个单面复合板100均为奥氏体不锈钢-低合金钢复合板，在结构层上包括低合金钢层101、通过***焊接复合在低合金钢层101一面上的奥氏体不锈钢层102。低合金钢层101的厚度可为10-35mm，奥氏体不锈钢层102的厚度可为3-6mm。
具体地，低合金钢层101为10CrNi3MoV低合金钢板，奥氏体不锈钢层102为304L奥氏体不锈钢板。
S2、将两个单面复合板100以坡口进行对接，两个单面复合板100的坡口对接形成X形坡口20。
其中，每一单面复合板100上通过机械加工形成的坡口为具有钝边21的倒V形(“＞”形)，两个倒V形坡口对接形成X形坡口20。在X形坡口20内相对两侧，奥氏体不锈钢层102与奥氏体不锈钢层102正对，低合金钢层101与低合金钢层101正对。
每一单面复合板100上坡口的钝边21长度为1mm-2mm。两个倒V形坡口的钝边21相对形成X形坡口200的最窄处，该最窄处的宽度为1mm-3mm。此外，由于低合金钢层101的厚度大于奥氏体不锈钢层102的厚度，坡口的钝边21位于低合金钢层101上。
为便于后续的焊接，每一单面复合板100的坡口的表面粗糙度为6.3μm，表面粗糙度可根据情况增减。
两个单面复合板100对接的错边量应严格控制≤0.5mm。
此外，作为选择，X形坡口200的角度α可为60°±10°，其单边坡口的角度即可为30°±5°。
S3、采用第一低合金钢焊条在X形坡口200内最窄处施焊，形成打底层。打底层可以是一层或以上，其整体的厚度可≥钝边21的长度。打底层在X形坡口200中的位置如图2中所示序号1、2。
根据打底层施焊在X形坡口200的最窄处，焊接时，采用直径较小的第一低合金钢焊条以较低的焊接电流进行，月牙形运弧，先在正面打底，再在反面清根后焊接。
作为选择，施焊打底层的焊接电流为90-120A，焊接速度为200-210mm/min。
S4、采用第二低合金钢焊条轮流在打底层相对两侧上施焊，形成第一连接焊层将正对的低合金钢层101连接。
在两侧轮流施焊(跳跃焊接)的目的在于实现两面焊接所产生的变形尽可能互相抵消，降低焊接变形尤其是角变形，并减少残余应力。
X形坡口200包括相对的第一端和第二端。施焊时，轮流从X形坡口200两端开口在打底层两侧上施焊，将X形坡口200的第一端和第二端填充。
具体地，在X形坡口200内，第一连接焊层填充X形坡口200第一端至靠近低合金钢层101的表面(如图2中所示序号3、7、8)，以及填充X形坡口200第二端至靠近奥氏体不锈钢层102(如图2中所示序号4、5、6)。
X形坡口200每一端内的第一连接焊层为多层。
作为选择，施焊第一连接焊层的焊接电流为150-170A，焊接速度为190-195mm/min。
在X形坡口200的第二端内，第一连接焊层靠近奥氏体不锈钢层102，第一连接焊层的表面和奥氏体不锈钢层102之间预留出适当的间隔，以进行后续过渡焊层的焊接。
在焊接第一连接焊层后，采用第二低合金钢焊条在X形坡口第一端的第一连接焊层上施焊，形成盖面焊层(如图2中所示序号11、12)将相对的两低合金层101的表面连接。
施焊盖面焊层的焊接电流为160-180A，焊接速度为170-175mm/min。
第一低合金钢焊条和第二低合金钢焊条施焊的位置主要是低合金钢层101，因此选择与其一致材料的焊条进行施焊。例如，对应单面复合板100的低合金钢层101为10CrNi3MoV低合金钢，第一低合金钢焊条和第二低合金钢焊条均为10CrNi3MoV低合金钢焊条。
根据打底层和第一连接焊层施焊位置的宽度不同，第一低合金钢焊条的直径较于第二低合金钢焊条的直径小。例如，第一低合金钢焊条的直径为3.2mm，第二低合金钢焊条的直径为4mm。
焊接第一连接焊层时，焊接其第一层、清根后和最后一层，均进行PT(液体渗透检测)。
S5、采用第一奥氏体不锈钢焊条在第一连接焊层上施焊，形成过渡焊层，覆盖X形坡口200内奥氏体不锈钢层102与低合金钢层101的连接界面(如图2中所示序号9、10)。焊后进行PT。
作为选择，施焊过渡焊层的焊接电流为90-120A，焊接速度为230-240mm/min。
上述盖面焊层的焊接形成可以在过渡焊层之前进行，也可以在过渡焊层之后进行。
S6、采用第二奥氏体不锈钢焊条在过渡焊层上施焊，形成第二连接焊层将正对的奥氏体不锈钢层102连接(如图2中所示序号13、14)。焊后进行PT。
作为选择，施焊第二连接焊层的焊接电流为150-170A，焊接速度为170-175mm/min。
第二奥氏体不锈钢焊条施焊的位置主要是奥氏体不锈钢层102，对应奥氏体不锈钢层102为304L奥氏体不锈钢板，第二奥氏体不锈钢焊条采用E308L奥氏体不锈钢焊条。第一奥氏体不锈钢焊条施焊形成过渡焊层，其采用E309L奥氏体不锈钢焊条，起到对第一连接焊层和第二连接焊层的过渡连接作用。
上述的对接焊过程中，在进行打底层、第一连接焊层、第二连接焊层、过渡焊层以及盖面焊层各层的焊接均月牙形运弧，焊接中控制层间温度≤120℃。
上述步骤S1-S6完成后，两个单面复合板100对接为一体。
进一步地，本发明的单面复合板的对接焊方法还包括：
S7、对两个单面复合板100进行表面处理和热处理。
表面处理主要将两个单面复合板100对接处进行抛光磨平处理，使得对接处的表面两个单面复合板100的表面平齐。
退火处理主要用于消除两个单面复合板100在焊接后残余应力。退火处理时，退火温度为550℃-650℃。具体的，将对接的两个单面复合板100缓慢加热到550℃-650℃，并保温一定的时间，再以适宜速度冷却。
结合图2，本实施的单面复合板的对接焊方法中各层施焊过程具体参数如下表1至表3所示。
表1.打底层、第一连接层和盖面焊层的焊接参数
1、2层及清根后均进行PT，每道焊前需用钢丝刷对上一道焊缝进行清理。焊道5与6、7与8焊后进行PT。
表2.过渡焊层的焊接参数
每道焊前需用钢丝刷对上一道焊缝进行清理。焊后进行PT。
表3.第二连接焊层的焊接参数
每道焊前需用钢丝刷对上一道焊缝进行清理。焊后进行PT和RT。
对本实施例对接焊后的单面复合板进行性能测试，结果如下表4所示。
表4.
其中，单面复合板奥氏体不锈钢层复层参与强度计算，对接处抗拉强度按下列公式1-1计算为≥636MPa：
式中：Rm1—低合金层抗拉强度下限标准值，MPa；GJB1663A标准值655MPa。
Rm2—奥氏体不锈钢层抗拉强度下限标准值，MPa；SA-240标准值485MPa。
t1—低合金层厚度，mm；低合金层名义厚度32mm。
t2—奥氏体不锈钢层厚度，mm；奥氏体不锈钢层名义厚度4mm。
根据GJB1663A，母材冲击功下限值为80J。
参考图2，本发明的单面复合板的对接焊方法制得的对接件，包括呈一字形连接的两个单面复合板100。对接的两个单面复合板100，分别以低合金钢层101彼此相对接、奥氏体不锈钢层102彼此相对接。
两个单面复合板100的对接焊实现两者的高强度冶金结合，适用于反应堆中抑压池结构件等，也可广泛的应用于化学工业、海洋船舶、核电其他设备制造领域。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (11)

1.一种单面复合板的对接焊方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、分别在两个单面复合板的对接处开坡口；
所述单面复合板包括低合金钢层以及通过***焊接复合在所述低合金钢层一面上的奥氏体不锈钢层；
S2、将两个所述单面复合板以坡口进行对接，两个所述单面复合板的坡口对接形成X形坡口；
在 X形坡口内两侧，奥氏体不锈钢层与奥氏体不锈钢层正对，低合金钢层与低合金钢层正对；
S3、采用第一低合金钢焊条在所述X形坡口内最窄处施焊，形成打底层；
S4、采用第二低合金钢焊条轮流在所述打底层相对两侧上施焊，形成第一连接焊层将正对的低合金钢层连接；
S5、采用第一奥氏体不锈钢焊条在所述第一连接焊层上施焊，形成过渡焊层，覆盖所述X形坡口内奥氏体不锈钢层与低合金钢层的连接界面；
S6、采用第二奥氏体不锈钢焊条在所述过渡焊层上施焊，形成第二连接焊层将正对的奥氏体不锈钢层连接。
2.根据权利要求1所述的单面复合板的对接焊方法，其特征在于，步骤S1中，所述单面复合板对接处上设置的坡口具有钝边；所述钝边长度为1mm-2mm；
步骤S2中，对接后，两个所述单面复合板的坡口的钝边相对形成所述X形坡口内的最窄处；所述X形坡口内最窄处的宽度为1mm-3mm。
3.根据权利要求1所述的单面复合板的对接焊方法，其特征在于，步骤S2中，两个所述单面复合板对接的错边量≤0.5mm。
4.根据权利要求1所述的单面复合板的对接焊方法，其特征在于，步骤S2中，所述X形坡口的角度为60°±10°。
5.根据权利要求1所述的单面复合板的对接焊方法，其特征在于，所述单面复合板中，低合金钢层的厚度为10-35mm ，所述奥氏体不锈钢层的厚度为3-6mm。
6.根据权利要求1所述的单面复合板的对接焊方法，其特征在于，所述单面复合板中，奥氏体不锈钢层为304L不锈钢板，低合金钢层为10CrNi3MoV低合金钢板；
所述第一低合金钢焊条和第二低合金钢焊条均为10CrNi3MoV低合金钢焊条；所述第一奥氏体不锈钢焊条为E309L奥氏体不锈钢焊条，所述第二奥氏体不锈钢焊条E308L奥氏体不锈钢焊条。
7.根据权利要求1所述的单面复合板的对接焊方法，其特征在于，步骤S3中，施焊所述打底层的焊接电流为90-120A，焊接速度为200-210mm/min；
步骤S4中，施焊所述第一连接焊层的焊接电流为150-170A，焊接速度为190-195mm/min；
步骤S5中，施焊所述过渡焊层的焊接电流为90-120A，焊接速度为230-240mm/min；
步骤S6中，施焊所述第二连接焊层的焊接电流为150-170A，焊接速度为170-175mm/min。
8.根据权利要求1所述的单面复合板的对接焊方法，其特征在于，步骤S4中，在所述X形坡口内，所述第一连接焊层填充所述X形坡口第一端至靠近低合金钢层的表面，以及填充所述X形坡口相对的第二端至靠近奥氏体不锈钢层；
在焊接所述第一连接焊层后，采用第二低合金钢焊条在所述X形坡口第一端的所述第一连接焊层上施焊，形成盖面焊层将相对的两低合金层的表面连接。
9.根据权利要求8所述的单面复合板的对接焊方法，其特征在于，施焊所述盖面焊层的焊接电流为160-180A，焊接速度为170-175mm/min。
10.根据权利要求1-9任一项所述的单面复合板的对接焊方法，其特征在于，所述单面复合板的对接焊方法还包括：
S7、对两个所述单面复合板进行表面处理和热处理。
11.一种对接件，其特征在于，包括通过权利要求1-10任一项所述的对接焊方法连接为一体的两个单面复合板。
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