[发明专利]奥氏体不锈钢氩弧焊水冷焊接法

说明书

技术领域

本发明是一种用于奥氏体不锈钢材料的焊接方法，适用于奥氏体不锈钢的焊接施工。

背景技术

在国内奥氏体不锈钢板材、管材焊接时现在大多采用氩弧焊，在保护措施上只是用氩气进行保护，进行空冷焊接。这种焊接方法存在以下几个缺点：1、焊接应力大，材料表面变形严重；2、焊缝处一形成贫Cr区，耐腐蚀性减弱；3、焊缝金属晶粒粗大，易形成晶间腐蚀。本发明就解决了以上问题。

发明内容

本发明的目的就在于提供一种可有效提高奥氏体不锈钢板材或管材焊接产品质量尤其是可有效消除贫Cr区、减小焊接残余应力且可大幅提高焊接效率的焊接方法。

其技术解决方案如下：

一种奥氏体不锈钢氩弧焊水冷焊接法，其是在工件焊缝处完成打底焊后，在对焊缝进行填充和盖面焊接的同时在焊缝的背面通以冷却水进行冷却。

通常在对奥氏体不锈钢施焊时，大都采用在自然条件下的空冷焊接工艺。但在焊接材料一定的前提下，采用普通自然冷却焊接工艺，对焊接工艺参数——焊接电流、焊接速度、道间温度及施焊层、道数等有较严格的要求和限制。由于奥氏体不锈钢本身的物理特性(热导率小、热膨胀系数大)及焊接热循环等因素的影响，难免使焊接接头金属晶粒粗大和Cr的碳化物在晶界析出(Cr的碳化物析出对不含稳定性元素Ti和Nb的钢种尤为明显)，并产生较大的焊接残余应力，使得焊缝有裂纹倾向，在设备运行时受到介质等外界条件的作用下，焊缝及热影响区金属有较大的晶间腐蚀和应力腐蚀开裂倾向，使设备在长时间运行中存在着较大的安全隐患。采用水冷焊接工艺，由干冷却速度很大，其强制冷却的结果使得熔池热度大幅度降低，焊接接头受热范围明显减小，道间温度也可得到很好的控制，并可连续进行焊接。经试验及工程实际应用，采用水冷焊接工艺不但可以使焊缝金属晶粒细密、组织均匀、焊接残余应力小而且可以得到理想的焊接接头，还可提高焊接生产效率。母材越厚，需要施焊的层道数越多，其效果越为明显。

水冷焊工艺特点：

由于Cr-Ni奥氏体不锈钢在使用前或出厂交货状态多为固溶处理状态。此时，当Cr-Ni奥氏体不锈钢中含碳量在0.02％～0.03％以上时(随钢中的含Ni量而异)，碳在钢中便处于过饱和状态。随后，在不锈钢的焊接过程中要经过450～850℃的敏化温度加热，则钢中过饱和的碳就会向晶界扩散，析出并与其附近的铬形成铬的碳合物。在常用的Cr-Ni奥氏体不锈钢中，这种碳化物一般为Cr23C[M23C6].由于这种碳化物含有较高的Cr，所以铬碳化物沿晶界沉淀就导致了碳化物周围钢的基体中Cr浓度的降低，形成所谓“贫铬区”。当铬碳化物沿晶界沉淀呈网状时，贫铬区亦呈网状。不锈钢耐腐蚀是因为在介质作用下，钢中含有足以使钢在此介质中钝化的铬量。贫铬区铬量不足，使钝化能力降低，甚至消失，而奥氏体晶粒本身仍具有足够钝化(耐蚀)能力，因此，在腐蚀介质作用下晶界附近连成网状的贫铬区便优先溶解而产生晶间腐蚀。奥氏体不锈钢焊接时，不仅在焊缝和热影响区易造成晶间腐蚀，而且在焊接接头近缝区的一个狭带上也会发生晶间腐蚀。其原因是焊接时焊缝在450～850℃温度范围内反复加热，使溶于奥氏体的碳以较快的扩散速度析出，聚集在晶界处的碳和铬形成碳化铬，在晶粒边界形成贫Cr层所致。采用水冷焊法可以很好的解决这个问题，由于水冷焊法是一人在板材的一面进行焊接，而同时另一人在板材的另一面用水浇，这样可以降低焊接热量，加快焊缝冷却速度，减小焊缝在危险温度区内的停留时间，使其不致形成贫Cr区，同时由于焊接热量的降低，可以减小焊接的变形。经过对比试验我们发现：水冷焊与正常焊接的金相组织没有变化，但晶粒更加细小。如果在使用水冷焊法的同时再使用摇把焊法，可以使焊缝更加的美观。

水冷焊时焊接电流可比非水冷焊时提高10％～30％，并且由于冷速很快，电弧过后熔池很快冷凝，接头温度很快下降，可连续进行焊接，不必考虑道间温度过热的影响(在空冷条件下焊接时，一般要待道间温度降到150℃以下后才可施焊下一道)。

由于冷速较大，熔池过热程度小，使得晶粒细密，同时焊接残余应力小，因而提高了焊接接头的力学性能和耐腐蚀能力，保证了设备的使用寿命。

综上所述，本发明使奥氏体不锈钢焊缝金属晶粒细密、组织均匀、焊接残余应力小而且可以得到理想的焊接接头，还可提高焊接生产效率。

具体实施方式：

管材焊接：(1)、将需焊接的的管段对接并封堵两端留有进、出水口。(2)、连接水源向焊件内注水，并控制注水后的水流量。(3)、依次进行焊道的填充焊、盖面焊。