專利名稱：一種雙相不銹鋼的堆焊焊接方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種雙相不銹鋼堆焊焊接方法，特別涉及一種用于對(duì)升船機(jī)導(dǎo)向輪的雙相不銹鋼堆焊方法，屬于焊接技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
雙相不銹鋼是以鐵素體和奧氏體為基體的合金材料，在其金屬微觀組織中，鐵素體和奧氏體比例各占50%，故稱之為雙相不銹鋼。與普通不銹鋼相比，雙相不銹鋼的強(qiáng)度高、韌性好、綜合力學(xué)優(yōu)良，以及抗腐蝕性強(qiáng)，特別是在介質(zhì)環(huán)境較為惡劣(如Cl-含量較高)的條件下，雙相不銹鋼的抗點(diǎn)蝕、抗隙蝕、抗應(yīng)力腐蝕以及抗腐蝕疲勞性能均明顯優(yōu)于普通不銹鋼，因而在石油、化工、船舶等領(lǐng)域，已越來(lái)越廣泛采用在工件表面堆焊一層雙相不銹鋼 的方法，來(lái)提高工件的力學(xué)性能和抗腐蝕性。雙相不銹鋼的鐵素體和奧氏體兩種金相組織在一定溫度下可相互轉(zhuǎn)換，而其相比例改變將導(dǎo)致其綜合力學(xué)性能發(fā)生改變，因而雙相不銹鋼脆性相的析出要比奧氏體不銹鋼更加敏感。雙相不銹鋼的焊接溫度和焊后熱處理溫度過(guò)高或過(guò)低，都將直接導(dǎo)致雙相不銹鋼的脆性增加，一方面加劇堆焊層的開(kāi)裂，使堆焊開(kāi)裂的這一質(zhì)量通病更加難以克服，另一方面，脆性增加直接導(dǎo)致韌性和抗腐蝕性能的降低，從而失去雙相不銹鋼韌性好、耐腐蝕性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。因此，雙相不銹鋼堆焊必須嚴(yán)格控制焊接溫度和焊后熱處理溫度，以及相關(guān)焊接參數(shù)，包括一是焊接溫度和層間溫度不能超過(guò)雙相不銹鋼的脆性轉(zhuǎn)變溫度，特別是層間溫度需要時(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并加以控制；二是焊后熱處理消除應(yīng)處理時(shí)，必須合理控制熱處理溫度和時(shí)間，避免因脆性相的析出導(dǎo)致韌性和耐腐蝕性，尤其是耐局部腐蝕性能的下降問(wèn)題；三是合理設(shè)置焊接相關(guān)參數(shù)，包括焊接電流、電壓、速度等，控制焊接線能量在合理范圍，減少鐵素體和奧氏體的轉(zhuǎn)換，以保持雙相不銹鋼的合理相比例和綜合力學(xué)性能。作為三峽水利樞紐工程的主體設(shè)備之一的升船機(jī)，其導(dǎo)向輪由于承受較大荷載，且處于水體工作環(huán)境，需要具有較高的硬度、耐磨性和耐蝕性，因而通常在導(dǎo)向輪的環(huán)形表面堆焊一層雙相不銹鋼，其焊接方法通常采用藥芯焊絲氣體保護(hù)焊?，F(xiàn)有技術(shù)對(duì)升船機(jī)導(dǎo)向輪的藥芯焊絲氣體保護(hù)焊，由于對(duì)焊接溫度和溫度、焊后熱處理溫度、熱處理時(shí)間等相關(guān)焊接參數(shù)的選擇不盡合理，使導(dǎo)向輪的雙相不銹鋼堆焊層極易產(chǎn)生冷裂紋、熱裂紋、氣孔和焊渣等工藝缺陷，并且存在堆焊層硬度過(guò)高、脆性大、可加工性能差等問(wèn)題，嚴(yán)重影響升船機(jī)導(dǎo)向輪的使用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有雙相不銹鋼藥芯焊絲氣體保護(hù)焊存在的堆焊層易產(chǎn)生冷裂紋、熱裂紋、氣孔和焊渣等工藝缺陷，以及堆焊層硬度過(guò)高、脆性大、可加工性能差等缺陷與不足，提供一種雙相不銹鋼堆焊焊接方法，通過(guò)對(duì)焊接預(yù)熱溫度和層間溫度、焊后熱處理溫度、熱處理時(shí)間等焊接參數(shù)的合理選擇，顯著減少冷裂紋、熱裂紋、氣孔和焊渣等工藝缺陷，以及減小堆焊層硬度，提高其韌性及可加工性能，用于升船機(jī)導(dǎo)向輪的雙相不銹鋼堆焊，其各項(xiàng)性能指標(biāo)完全滿足導(dǎo)向輪的要求。本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)技術(shù)目的采用的技術(shù)方案是
一種雙相不銹鋼的堆焊焊接方法，包括以下步驟
A.對(duì)堆焊工件進(jìn)行整體預(yù)熱，預(yù)熱溫度為250 300°C，達(dá)到預(yù)熱溫度后保溫O.8 I. 2小時(shí)，工件厚度在40mm基礎(chǔ)上每增加40mm、增加保溫時(shí)間I小時(shí)；
B.對(duì)工件實(shí)施氣體保護(hù)焊，保護(hù)氣體為純二氧化碳，焊接電流為180 220A，焊接電壓為25 29V，焊接速度為350 450mm/min，層間溫度為250 300°C ；
C.焊接完成后，對(duì)工件進(jìn)行退火熱處理，熱處理初始溫度為200 30(TC，逐步升至700 750°C后，保溫I. 8 2. 5小時(shí)，堆焊厚度在IOmm基礎(chǔ)上、每增加10mm、增加保溫時(shí)間 2小時(shí)，工件厚度在40mm基礎(chǔ)上、每增加40mm、增加保溫時(shí)間I小時(shí)；
D.將退火熱處理完成的工件在爐內(nèi)冷卻至150°C以下，然后出爐在空氣中自然冷卻至室溫。一種雙相不銹鋼的堆焊焊接方法，所述步驟B中，焊絲的干伸長(zhǎng)度為15 25mm。一種雙相不銹鋼的堆焊焊接方法，所述步驟B還包括BI :焊接時(shí)用測(cè)溫儀測(cè)量焊接工件的層間溫度，當(dāng)層間溫度低于250°C或高于300°C時(shí)，通過(guò)加熱或冷卻的方式調(diào)節(jié)至250 300°C之間。一種對(duì)升船機(jī)導(dǎo)向輪的雙相不銹鋼的堆焊焊接方法，包括以下步驟
A.對(duì)導(dǎo)向輪進(jìn)行整體預(yù)熱，預(yù)熱溫度為250 300°C，達(dá)到預(yù)熱溫度后保溫O.8 I. 2小時(shí)，工件厚度在40mm基礎(chǔ)上每增加40mm、增加保溫時(shí)間I小時(shí)；
B.對(duì)導(dǎo)向輪實(shí)施氣體保護(hù)焊，保護(hù)氣體為純二氧化碳，焊接電流為180 220A，焊接電壓為25 29V，焊接速度為350 450mm/min，層間溫度為250 300°C ；
C.焊接完成后，對(duì)導(dǎo)向輪進(jìn)行退火熱處理，熱處理初始溫度為200 300°C，逐步升至700 750°C后，保溫I. 8 2. 5小時(shí)，堆焊厚度在IOmm基礎(chǔ)上每增加10mm、增加保溫時(shí)間2小時(shí)，工件厚度在40mm基礎(chǔ)上每增加40mm、增加保溫時(shí)間I小時(shí)；
D.將退火熱處理完成的導(dǎo)向輪在爐內(nèi)冷卻至150°C以下，然后出爐在空氣中自然冷卻至室溫。一種對(duì)升船機(jī)導(dǎo)向輪的雙相不銹鋼的堆焊焊接方法，所述步驟B中，焊絲的干伸長(zhǎng)度為15 25_。 一種對(duì)升船機(jī)導(dǎo)向輪的雙相不銹鋼的堆焊焊接方法，所述步驟B還包括BI :焊接時(shí)用測(cè)溫儀測(cè)量導(dǎo)向輪的層間溫度，當(dāng)層間溫度低于250°C或高于300°C時(shí)，通過(guò)加熱或冷卻的方式調(diào)節(jié)至250 300°C之間。一種對(duì)升船機(jī)導(dǎo)向輪的雙相不銹鋼的堆焊焊接方法，所述步驟B中，焊接路線為在始焊部位先沿圓周方向堆焊一周后，再沿導(dǎo)向輪的圓周方向進(jìn)行螺旋堆焊，最后在終焊部位沿圓周方向再堆焊一周。一種對(duì)升船機(jī)導(dǎo)向輪的雙相不銹鋼的堆焊焊接方法，所述步驟B中，上下相鄰兩層堆焊層的焊道位置沿焊道寬度方向錯(cuò)開(kāi)1/2焊道寬度。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的特點(diǎn)是
I.本發(fā)明采用焊前整體預(yù)熱，預(yù)熱溫度和層間溫度為250 300°C，且工件達(dá)到預(yù)熱溫度后仍在爐內(nèi)保溫O. 8 I. 2小時(shí)(工件厚度在40mm基礎(chǔ)上每增加40mm增加保溫時(shí)間I小時(shí))，以使工件內(nèi)部也達(dá)到規(guī)定預(yù)熱溫度。在此區(qū)間的預(yù)熱溫度和層間溫度，既保證工件具有足夠的溫度，防止堆焊層產(chǎn)生冷熱裂紋，其溫度又低于雙相不銹鋼的脆性轉(zhuǎn)變溫度，防止高溫導(dǎo)致雙相不銹鋼的脆性相析出。2.本發(fā)明焊接方法中焊接后的熱處理溫度為700 750°C，保溫時(shí)間為I. 8 2. 5小時(shí)，焊后熱處理溫度低于現(xiàn)有技術(shù)的800 850°C，采用較低的熱處理溫度，并合理控制熱處理時(shí)間，可減少雙相不銹鋼的脆性相析出，保證雙相不銹鋼堆焊層具有良好的韌性和耐蝕性。3.本發(fā)明采用的藥芯焊絲直徑為Φ I. 6mm，焊接電流180 220A，低于現(xiàn)有技術(shù)的260 300A，選用較小的焊接電流，可控制焊接線能量，避免形成局部過(guò)高的焊接溫度和層間溫度，防止雙相不銹鋼堆焊層的脆性析出。4.本發(fā)明的焊接路線采用沿導(dǎo)向輪的柱面螺旋堆焊，與現(xiàn)有的焊接路線采用沿導(dǎo)向輪柱面母線進(jìn)行的豎向多道堆焊相比，其單次焊接長(zhǎng)度顯著增加，能有效提高焊接質(zhì)量； 為防止在輥身兩端出現(xiàn)“缺肉”現(xiàn)象，在管坯表面的兩端(即始焊部位和終焊部位)先沿圓周方向堆焊一周；并且上下相鄰兩層堆焊層的焊道位置沿焊道寬度方向錯(cuò)開(kāi)1/2焊道寬度，保證各堆焊層間硬度的均勻性。5.本發(fā)明的焊接方法中，焊絲干伸長(zhǎng)度為15 25mm，大于現(xiàn)有焊接方法中焊絲干伸長(zhǎng)度10 20mm，較大的焊絲干伸長(zhǎng)度能夠保證焊絲的溶融、硬化過(guò)程完全在保護(hù)氣體氛圍內(nèi)完成，確保焊接質(zhì)量。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。本發(fā)明的雙相不銹鋼堆焊方法，選用一種2Crl7Mol的藥芯焊絲，德國(guó)(DIN8556)
焊絲，牌號(hào)I. 4115，焊絲成分如下表
牌號(hào) |c[Si [Mn IpIs[Cr [Mo[Ni
I. 4115 K O- 25% K 1%N I- 5% K O- 03% K O- 025% 丨15…18% |θ· 5^1. 5% K 1%
本發(fā)明的雙相不銹鋼堆焊，選擇C02氣體保護(hù)焊(FCAW)，保護(hù)氣體成分定為
100%C02。本發(fā)明的雙相不銹鋼的堆焊焊接方法，包括以下步驟
A.對(duì)堆焊工件進(jìn)行整體預(yù)熱，預(yù)熱溫度為250 300°C，達(dá)到預(yù)熱溫度后保溫O. 8
I.2小時(shí)，工件厚度在40mm基礎(chǔ)上每增加40mm、增加保溫時(shí)間I小時(shí)。B.對(duì)工件實(shí)施雙相不銹鋼氣體保護(hù)焊，保護(hù)氣體為純二氧化碳，焊接電流為180 220A，焊接電壓為25 29V，焊接速度為350 450mm/min，層間溫度為250 300°C。步驟B中，焊絲直徑一般選用I. 6mm。步驟B中，優(yōu)選將焊絲干伸長(zhǎng)度設(shè)為15 25mm,以確保焊絲的融溶、硬化全完全在保護(hù)氣體氛圍內(nèi)。步驟B中，還可以在焊接時(shí)用測(cè)溫儀測(cè)量工件的層間溫度，當(dāng)層間溫度低于250°C或高于300°C時(shí)，通過(guò)加熱或冷卻的方式調(diào)節(jié)至250 300°C之間。測(cè)量溫度工具優(yōu)選使用接觸式測(cè)溫儀，在工件表面中心以及兩端面進(jìn)行測(cè)溫來(lái)加以確定。C.焊接完成后，對(duì)工件進(jìn)行退火熱處理，熱處理初始溫度為200 300°C，逐步升至700 750°C后，保溫I. 8 2. 5小時(shí)，堆焊厚度在IOmm基礎(chǔ)上每增加10mm、增加保溫時(shí)間2小時(shí)，工件厚度在40mm基礎(chǔ)上每增加40mm、增加保溫時(shí)間I小時(shí)。
D.將退火熱處理完成的工件進(jìn)行冷卻，首先在爐內(nèi)冷卻至150°C以下后，出爐在空氣中自然冷卻至室溫。本發(fā)明的對(duì)升船機(jī)導(dǎo)向輪的雙相不銹鋼的堆焊焊接方法，包括以下步驟
A.對(duì)導(dǎo)向輪進(jìn)行整體預(yù)熱，預(yù)熱溫度為250 300°C，達(dá)到預(yù)熱溫度后保溫O. 8 I. 2小時(shí)，工件厚度在40mm基礎(chǔ)上每增加40mm、增 加保溫時(shí)間I小時(shí)。B.對(duì)導(dǎo)向輪實(shí)施雙相不銹鋼氣體保護(hù)焊，保護(hù)氣體為純二氧化碳，焊接電流為180 220A，焊接電壓為25 29V，焊接速度為350 450mm/min，層間溫度為250 300°C。步驟B中，焊絲直徑一般選用I. 6mm。步驟B中，優(yōu)選將焊絲干伸長(zhǎng)度設(shè)為15 25mm,以確保焊絲的融溶、硬化完全在保護(hù)氣體氛圍內(nèi)。步驟B中，還可以在焊接時(shí)用測(cè)溫儀測(cè)量導(dǎo)向輪的層間溫度，當(dāng)層間溫度低于250°C或高于300°C時(shí)，通過(guò)加熱或冷卻的方式調(diào)節(jié)至250 300°C之間。測(cè)量溫度工具優(yōu)選使用接觸式測(cè)溫儀，在堆焊管表面中心以及管坯兩端面進(jìn)行測(cè)溫來(lái)加以確定。C.焊接完成后，對(duì)導(dǎo)向輪進(jìn)行退火熱處理，熱處理初始溫度為200 300°C，逐步升至700 750°C后，保溫I. 8 2. 5小時(shí)，堆焊厚度在IOmm基礎(chǔ)上每增加10mm、增加保溫時(shí)間2小時(shí)，工件厚度在40mm基礎(chǔ)上每增加40mm、增加保溫時(shí)間I小時(shí)。D.將退火熱處理完成的導(dǎo)向輪進(jìn)行冷卻，首先在爐內(nèi)冷卻至150°C以下后，出爐在空氣中自然冷卻至室溫。 本發(fā)明的對(duì)升船機(jī)導(dǎo)向輪的雙相不銹鋼的堆焊焊接方法，焊接路線優(yōu)選沿導(dǎo)向輪的圓周方向螺旋進(jìn)行，具體焊接路線為在始焊部位先沿圓周方向堆焊一周后，再沿導(dǎo)向輪的圓周方向進(jìn)行螺旋堆焊，最后在終焊部位沿圓周方向再堆焊一周。與現(xiàn)有的焊接路線采用沿導(dǎo)向輪柱面母線進(jìn)行的豎向多道堆焊相比，其單次焊接長(zhǎng)度顯著增加，能有效提高焊接質(zhì)量。本發(fā)明的對(duì)升船機(jī)導(dǎo)向輪的雙相不銹鋼的堆焊焊接方法，還可以設(shè)置上下相鄰兩層堆焊層的焊道位置沿焊道寬度方向錯(cuò)開(kāi)1/2焊道寬度，以保證各堆焊層間硬度的均勻性。焊接過(guò)程中，為防止堆焊層出現(xiàn)夾渣、氣孔、裂紋等焊接缺陷，需加強(qiáng)焊渣的清理及檢查工作，確保每層焊道無(wú)焊渣殘留現(xiàn)象，同時(shí)加強(qiáng)焊道表面的氣孔、裂紋的檢查工作，一旦發(fā)現(xiàn)有局部夾渣、氣孔、裂紋等焊接缺陷，應(yīng)用手動(dòng)砂輪機(jī)磨削缺陷，確認(rèn)缺陷已完全清除后，方可在缺陷處繼續(xù)連續(xù)堆焊。經(jīng)實(shí)驗(yàn)，采用本發(fā)明的雙相不銹鋼的堆焊焊接方法對(duì)升船機(jī)導(dǎo)向輪的實(shí)施堆焊，其焊接工藝評(píng)定結(jié)果如下焊縫表面成型均勻、無(wú)裂紋，無(wú)明顯的焊瘤和咬邊等缺陷；100%滲透檢測(cè)，滿足JB4730-2005 II級(jí)合格；100%UT探傷，滿足JB/T4730-2005 I級(jí)合格；硬度試驗(yàn)HB269及HB265 ;化學(xué)成分檢查滿足I. 4115成分要求；宏觀金相顯示為鐵素體加奧氏體雙相不銹鋼；韌性和耐蝕性強(qiáng)，硬度適中、可加工性好，其各項(xiàng)性能指標(biāo)完全滿足升船機(jī)導(dǎo)向輪的特殊要求。
權(quán)利要求
1.一種雙相不銹鋼的堆焊焊接方法，其特征在于包括以下步驟 A.對(duì)堆焊工件進(jìn)行整體預(yù)熱，預(yù)熱溫度為250 300°C，達(dá)到預(yù)熱溫度后再保溫O.8 I. 2小時(shí)，工件厚度在40mm基礎(chǔ)上每增加40mm、增加保溫時(shí)間I小時(shí)； B.對(duì)工件實(shí)施氣體保護(hù)焊，保護(hù)氣體為純二氧化碳，焊接電流為180 220A，焊接電壓為25 29V，焊接速度為350 450mm/min，層間溫度為250 300°C ； C.焊接完成后，對(duì)工件進(jìn)行退火熱處理，熱處理初始溫度為200 30(TC，逐步升至700 750°C后，保溫I. 8 2. 5小時(shí)，堆焊厚度在IOmm基礎(chǔ)上每增加10mm、增加保溫時(shí)間2小時(shí)，工件厚度在40mm基礎(chǔ)上每增加40mm、增加保溫時(shí)間I小時(shí)； D.將退火熱處理完成的工件在爐內(nèi)冷卻至150°C以下，然后出爐在空氣中自然冷卻至室溫。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種雙相不銹鋼的堆焊焊接方法，其特征在于所述步驟B中，焊絲的干伸長(zhǎng)度為15 25mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種雙相不銹鋼的堆焊焊接方法，其特征在于所述步驟B還包括BI BI.焊接時(shí)用測(cè)溫儀測(cè)量焊接工件的層間溫度，當(dāng)層間溫度低于250°C或高于300°C時(shí)，通過(guò)加熱或冷卻的方式調(diào)節(jié)至250 300°C之間。
4.一種對(duì)升船機(jī)導(dǎo)向輪的雙相不銹鋼的堆焊焊接方法，其特征在于包括以下步驟 A.對(duì)導(dǎo)向輪進(jìn)行整體預(yù)熱，預(yù)熱溫度為250 300°C，達(dá)到預(yù)熱溫度后保溫O.8 I. 2小時(shí)，工件厚度在40mm基礎(chǔ)上每增加40mm、增加保溫時(shí)間I小時(shí)； B.對(duì)導(dǎo)向輪實(shí)施氣體保護(hù)焊，保護(hù)氣體為純二氧化碳，焊接電流為180 220A，焊接電壓為25 29V，焊接速度為350 450mm/min，層間溫度為250 300°C ； C.焊接完成后，對(duì)導(dǎo)向輪進(jìn)行退火熱處理，熱處理初始溫度為200 300°C，逐步升至700 750°C后，保溫I. 8 2. 5小時(shí)，堆焊厚度在IOmm基礎(chǔ)上每增加10mm、增加保溫時(shí)間2小時(shí)，工件厚度在40mm基礎(chǔ)上每增加40mm、增加保溫時(shí)間I小時(shí)； D.將退火熱處理完成的導(dǎo)向輪在爐內(nèi)冷卻至150°C以下，然后出爐在空氣中自然冷卻至室溫。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種對(duì)升船機(jī)導(dǎo)向輪的雙相不銹鋼的堆焊焊接方法，其特征在于所述步驟B中，焊絲的干伸長(zhǎng)度為15 25mm。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種對(duì)升船機(jī)導(dǎo)向輪的雙相不銹鋼的堆焊焊接方法，其特征在于所述步驟B還包括BI BI.焊接時(shí)用測(cè)溫儀測(cè)量導(dǎo)向輪的層間溫度，當(dāng)層間溫度低于250°C或高于300°C時(shí)，通過(guò)加熱或冷卻的方式調(diào)節(jié)至250 300°C之間。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種對(duì)升船機(jī)導(dǎo)向輪的雙相不銹鋼的堆焊焊接方法，其特征在于所述步驟B中，焊接路線為在始焊部位先沿圓周方向堆焊一周后，再沿導(dǎo)向輪的圓周方向進(jìn)行螺旋堆焊，最后在終焊部位沿圓周方向再堆焊一周。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種對(duì)升船機(jī)導(dǎo)向輪的雙相不銹鋼的堆焊焊接方法，其特征在于所述步驟B中，上下相鄰兩層堆焊層的焊道位置沿焊道寬度方向錯(cuò)開(kāi)1/2焊道寬度。
全文摘要
一種雙相不銹鋼的堆焊焊接方法，包括以下步驟A．整體預(yù)熱，預(yù)熱溫度250～300℃，保溫0.8～1.2小時(shí)；B．實(shí)施堆焊，焊接電流180～220A，焊接電壓25～29V，焊接速度350～450mm/min，層間溫度250～300℃；C．退火熱處理，初始溫度為200～300℃，逐步升至700～750℃后，保溫1.8～2.5小時(shí)；D．將工件在爐內(nèi)冷卻至150℃以下后，出爐在空氣中自然冷卻至室溫。本發(fā)明提供的雙相不銹鋼堆焊焊接方法，通過(guò)對(duì)焊接溫度、焊后熱處理溫度等參數(shù)的合理選擇，顯著減少冷熱裂紋，提高其韌性及可加工性能，用于升船機(jī)導(dǎo)向輪的雙相不銹鋼堆焊時(shí)，其各項(xiàng)性能指標(biāo)均能滿足要求。
文檔編號(hào)C21D9/34GK102941394SQ20121045901
公開(kāi)日2013年2月27日 申請(qǐng)日期2012年11月15日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月15日
發(fā)明者華霖, 楊新明, 劉金花, 祝道文, 王瓊, 程文池, 雷智, 周通 申請(qǐng)人:武漢船用機(jī)械有限責(zé)任公司