[发明专利]一种提高304LN奥氏体不锈钢埋弧焊焊接接头超低温韧性的焊接方法

说明书

本发明公开了一种提高304LN奥氏体不锈钢埋弧焊焊接接头超低温韧性的焊接方法，采用双面钨极氩弧焊双面填丝进行打底焊接，焊丝采用φ2.0mm的ER385，采用埋弧焊进行填充盖面焊接，焊丝采用φ3.2～4.0mm的ER317L Mod，其中埋弧焊丝型号为ER317L改良型，提高了Mn和Ni含量的下限和上限，为全奥氏体焊丝。坡口采用双面对称V‑V组合型坡口或是双面对称单V‑单V组合型坡口，减小坡口角度。焊接过程中控制道间温度在80℃以下，氩弧焊保护气体采Ar+1～3％N₂。采用以上工艺可以使焊接接头热处理后‑196℃冲击功由原来的十几焦提高到50J以上。

技术领域

本发明属于焊接技术领域，涉及一种不锈钢焊接技术，具体涉及一种提高304LN奥氏体不锈钢埋弧焊焊接接头超低温韧性的焊接方法。

背景技术

304LN奥氏体不锈钢具有较高的强度及优良的超低温韧性和塑形，由于碳含量低，具有优良的耐腐蚀性。与304L相比，加入了0.1～0.16％的N，提高了强度，特别是在低温环境下，更重要的是增加了耐点蚀和耐隙缝腐蚀能力。304LN于2015年首次被列入国家标准(GB/T4237-2015和GB/T 3280-2015)，牌号为022Cr19Ni10N，304LN常常被用做核级超低温用钢，使用温度通常为-196～-183℃，最低可达-269℃。

按照化学元素匹配原则，用于焊接304LN的焊材中应含有少量N，与304L相匹配的焊材型号为308L，理所当然的与304LN配套的焊材型号应为308LN(与308L相比添加了少量N)，然而在国家不锈钢焊材标准(GB/T 983、GB/T 29713、GB/T17853等)中没有类似型号。目前，国内对于304LN的焊接选用的是常规308L焊材或是镍基焊材，例如，沈子豪，李扬，刘奎周等人的论文《深冷处理对304LN不锈钢板焊接接头组织和力学性能的影响》中对于304LN采用ER308L焊丝进行焊接，郭宝超，薛松，米大为等人的论文《304LN不锈钢与Inconel690合金厚板光纤激光超窄间隙焊接的研究》中采用镍基焊材ER NiCrFe-7A焊丝进行焊接304LN。镍基焊材熔敷金属具有较高的抗拉强度及良好的超低温韧性，但是价格昂贵，经济性差，同时对于304LN来说属于高匹配的填充材料，母材与焊缝之间会形成“电池腐蚀”效应，对母材造成一定程度的腐蚀。308L焊材熔敷金属抗拉强度一般为530～580MPa，304LN由于加入了少量N，抗拉强度一般为570～610MPa，按照抗拉强度匹配原则，308L焊材在强度上并不匹配，但国内标准规定304LN焊接接头抗拉强度在515MPa以上即合格，因此目前国内仍然采用308L焊材焊接304LN。

埋弧焊由于焊缝成型好，焊接缺陷少、效率高，广泛应用于304LN压力容器、超低温设备结构件的焊接上。常规的308L焊丝及配套焊剂熔敷金属-196℃冲击功平均为33J左右，能够满足一般民用产品的使用要求。然而对于一些高、精、尖项目或军工产品，要求焊接接头-196℃低温冲击功到达50J以上甚至更高，采用常规的埋弧焊工艺无法达到要求。同时对于中厚板，为保证结构稳定性，一般采用焊后热处理消除残余应力，而热处理会极大降低焊接接头的超低温韧性，如果采用308L焊丝及配套焊剂和常规焊接工艺，无法提高304LN焊接接头的超低温韧性，满足产品的超低温性能。目前国内对于这方面的研究成果几乎没有，鉴于这一现状，有必要深入研究提高304LN奥氏体不锈钢埋弧焊焊接接头超低温韧性的焊接工艺。

发明内容

本发明在现有埋弧焊焊接工艺基础上针对其不足，提供一种新型304LN埋弧焊焊接工艺，从改变焊接材料和改善焊接工艺方面入手来提高304LN奥氏体不锈钢埋弧焊焊接接头超低温韧性。

为了解决上述技术问题，本发明采用下列技术方案来实现：

一种提高304LN奥氏体不锈钢埋弧焊焊接接头超低温韧性的焊接方法，其特征在于，包括以下步骤：