異種鋼的焊接方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種異種鋼的焊接方法。該異種鋼的焊接方法包括以下步驟：選擇使焊接部位的熔化的兩種母材和熔敷金屬形成連續(xù)固溶體的焊條；將待焊接的母材和焊條加熱至180℃-220℃；在焊接部位進(jìn)行多層焊接，并且層間溫度控制在180℃-250℃。本發(fā)明提供的焊接方法可以提高焊接過(guò)程中母材的互溶性和溶解度，有效地阻止金屬間化合物的形成和固溶體剩余成分的析出。從而，可以防止焊接部位產(chǎn)生裂紋，提高焊接質(zhì)量。
【專(zhuān)利說(shuō)明】異種鋼的焊接方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及焊接，具體地，涉及一種異種鋼的焊接方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在工程制造行業(yè)中，異種鋼的焊接應(yīng)用越來(lái)越廣泛。在實(shí)踐中，通常采用電流密度大、熱量集中、焊接速度快的氬弧焊進(jìn)行異種鋼焊接。但與焊條電弧焊相比，氬弧焊很明顯的一個(gè)缺點(diǎn)就是對(duì)人身體的傷害程度比較高。氬弧焊的電流密度大，發(fā)出的光比較強(qiáng)烈，它的電弧產(chǎn)生的紫外線輻射約為普通焊條電弧焊的5?30倍，紅外線輻射約為焊條電弧焊的I?1.5倍。并且，氬弧焊的熱影響區(qū)域大，工件在修補(bǔ)后常常會(huì)造成變形、硬度降低、局部退火、或者是結(jié)合力不夠及內(nèi)應(yīng)力損傷等缺點(diǎn)。然而，采用焊條電弧焊方式焊接異種鋼同樣存在很多問(wèn)題。在實(shí)踐中常常由于在焊條電弧焊時(shí)選擇的結(jié)構(gòu)、工藝參數(shù)和焊接措施不當(dāng)而出現(xiàn)各種焊接缺陷，使得接頭強(qiáng)度達(dá)不到應(yīng)有的要求而留下事故隱患。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)中的異種鋼焊接質(zhì)量存在上述諸多問(wèn)題，與異種鋼的焊接難度有很大的關(guān)系。影響異種鋼焊接性的因素有很多，焊接過(guò)程中金屬間化合物的產(chǎn)生是其中的一個(gè)重要因素。兩種母材在結(jié)晶化學(xué)性能方面存在差異，兩者在冶金學(xué)上是否相容，取決于兩者在固態(tài)和液態(tài)時(shí)的互溶性。焊接過(guò)程中如果產(chǎn)生金屬間化合物，會(huì)影響兩種母材的互溶性，進(jìn)而導(dǎo)致接頭強(qiáng)度降低。而現(xiàn)有技術(shù)在防止金屬間化合物產(chǎn)生方面存在欠缺，有待改善。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種異種鋼的焊接方法，以在異種鋼焊接過(guò)程中阻止金屬間化合物的產(chǎn)生，從而改善現(xiàn)有技術(shù)中的異種鋼焊接的質(zhì)量。
[0005]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種異種鋼的焊接方法。該異種鋼的焊接方法包括以下步驟:選擇使焊接部位的熔化的兩種母材和熔敷金屬形成連續(xù)固溶體的焊條；將待焊接的母材和焊條加熱至180°C -220°C ;在焊接部位進(jìn)行多層焊接，并且層間溫度控制在1800C -250O。
[0006]優(yōu)選地，待焊接的兩種母材分別是鈷基高溫合金和低碳鋼。
[0007]優(yōu)選地，異種鋼的焊接方法還包括:進(jìn)行焊接操作之前先在鈷基高溫合金和低碳鋼的焊接部位開(kāi)設(shè)V形坡口；其中，坡口的敞開(kāi)角度為35° -45°。
[0008]優(yōu)選地，鈷基高溫合金和低碳鋼分別為K640鋼和20鋼；并且焊條的型號(hào)為A507。
[0009]優(yōu)選地，多層焊接包括打底層焊接、填充層焊接和蓋面層焊接；其中，打底層焊接的焊接電流為80A-85A，填充層焊接的焊接電流為115A-120A，蓋面層焊接的焊接電流為110A-115A ;打底層焊接、填充層焊接和蓋面層焊接的焊接電壓為22V-24V ;打底層焊接使用的焊條的直徑為Φ2.4πιπι-Φ2.6mm，填充層焊接和蓋面層焊接使用的所述焊條的直徑為Φ3.1πιιη-Φ3.3mm。
[0010]優(yōu)選地，異種鋼的焊接方法還包括:在多層焊接中，以退焊方式焊接成相互間隔開(kāi)的多個(gè)焊道分段；其中，相鄰的兩個(gè)焊道分段中，前一個(gè)焊道分段的收弧部位和后一個(gè)焊道分段的起弧部位之間間隔10mm-20mm。
[0011]優(yōu)選地，多個(gè)焊道分段的每個(gè)焊道分段焊接完畢后，對(duì)焊道分段和熱影響區(qū)進(jìn)行敲擊。
[0012]優(yōu)選地，異種鋼的焊接方法還包括:焊接前，在焊接部位將待焊接的兩種母材點(diǎn)焊定位以在兩種母材之間形成的間隔。
[0013]優(yōu)選地，異種鋼的焊接方法還包括:在整個(gè)焊接過(guò)程中使用紅外線測(cè)溫儀監(jiān)測(cè)焊接部位的溫度，當(dāng)焊接部位的溫度超過(guò)預(yù)設(shè)溫度的上限時(shí)停止焊接操作，待焊接部位的溫度降至預(yù)設(shè)溫度的下限時(shí)再繼續(xù)進(jìn)行焊接操作。
[0014]本發(fā)明的有益效果在于，采用能夠使熔化的母材和熔敷金屬在焊縫中形成連續(xù)固溶體的焊條，可以增大兩種母材的溶解度；嚴(yán)格控制焊接過(guò)程中母材和焊條的溫度，可以防止焊件溫度的驟然變化，從而能夠控制焊縫中的熔化的母材和熔敷金屬停留在液體狀態(tài)下的時(shí)間。由此，可以提高焊接過(guò)程中母材的互溶性和溶解度，有效地阻止金屬間化合物的形成和固溶體剩余成分的析出。從而，可以防止焊接部位產(chǎn)生裂紋，提高焊接質(zhì)量。
[0015]本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的【具體實(shí)施方式】部分予以詳細(xì)說(shuō)明。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0016]附圖是用來(lái)提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，并且構(gòu)成說(shuō)明書(shū)的一部分，與下面的【具體實(shí)施方式】一起用于解釋本發(fā)明，但并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限制。在附圖中:
[0017]圖1是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的兩種待焊接母材的焊接位置關(guān)系示意圖；
[0018]圖2是圖1中所示的實(shí)施例的側(cè)視圖；
`[0019]圖3是圖2中所示的實(shí)施例的焊接效果示意圖，圖中示出多層焊接結(jié)構(gòu)。
[0020]附圖標(biāo)記說(shuō)明
[0021 ] I鈷基高溫合金母材2低碳鋼母材
[0022]3坡口α坡口的敞開(kāi)角度
【具體實(shí)施方式】
[0023]以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解的是，此處所描述的【具體實(shí)施方式】?jī)H用于說(shuō)明和解釋本發(fā)明，并不用于限制本發(fā)明。
[0024]本發(fā)明提供一種異種鋼的焊接方法。該焊接方法包括焊接前的操作、焊接過(guò)程中的操作和焊接后的操作。
[0025]參考圖2和圖3，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，進(jìn)行焊接之前先在待焊的兩種母材的焊接部位開(kāi)設(shè)V形坡口 3。V形坡口 3由角向砂輪機(jī)修磨而成。修磨完畢后，將V形坡口 3中由內(nèi)側(cè)至外側(cè)的15mm至20mm的范圍內(nèi)的母材表面打磨干凈,并露出金屬光澤。沿V形坡口 3的底部進(jìn)行焊接可以使焊接接頭完全熔透，并且使焊接接頭更好地成形。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，V形坡口 3的敞開(kāi)角度α優(yōu)選35° -45°，藉此可以使熔化的母材占焊道金屬的百分比(即熔合比)降低。由于過(guò)大的熔合比會(huì)增加焊縫的稀釋率，使過(guò)渡層更加明顯，因此上述優(yōu)選的敞開(kāi)角度α可以控制過(guò)渡層的厚度，從而改善焊接接頭的焊接性能。
[0026]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，焊接前應(yīng)選擇適用的焊條。從母材和焊條的化學(xué)成分角度考慮，母材和焊縫金屬的化學(xué)成分相差越大，熔池內(nèi)的金屬越不容易充分混合，過(guò)渡層越明顯。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，盡量選擇與母材的化學(xué)成分接近和匹配的焊條，該焊條能夠使焊接部位的兩種熔化的母材和熔敷金屬形成連續(xù)固溶體，即，兩種母材以及焊條這三種材料熔化后能夠形成連續(xù)的固溶體。這樣，可以防止金屬間化合物的產(chǎn)生和防止固溶體的剩余成分的析出，提高母材的互溶性，從而改善焊接接頭的焊接性能。
[0027]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，焊接前先將待焊接的母材和焊條加熱至預(yù)設(shè)溫度。這樣，可以控制母材的冷卻速度，防止冷卻過(guò)快導(dǎo)致裂紋產(chǎn)生。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，預(yù)設(shè)溫度優(yōu)選為180°C _220°C。將焊條加熱到預(yù)設(shè)溫度后保溫烘干至少I(mǎi)小時(shí)，然后將焊條置入保溫筒中保溫備用。藉此可以防止焊條表面吸附氧離子、空氣分子、水、油污等雜質(zhì)而影響焊接質(zhì)量。在準(zhǔn)備焊接時(shí)，將母材加熱至預(yù)設(shè)溫度，使得自焊接開(kāi)始時(shí)起母材就具有較為適合的溫度，從而防止焊件驟冷驟熱引起裂紋。更重要的是，當(dāng)母材保持適合的溫度時(shí)，可以很好地控制熔池中金屬處于液態(tài)的時(shí)間，有效地防止或者減少金屬間化合物的形成，從而提高金屬間的互溶性，改善焊接質(zhì)量。
[0028]考慮到兩種母材在線膨脹系數(shù)、熱導(dǎo)率和比電阻等方面的差異，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，焊接開(kāi)始時(shí)首先在焊接部位將待焊接的兩種母材點(diǎn)焊以將兩者定位，使得兩種母材之間形成3_-4_的間隔。該間隔可增加焊縫的自由收縮量，降低焊縫的拘束應(yīng)力，從而避免焊縫和熱影響區(qū)產(chǎn)生裂紋，提高焊接質(zhì)量。
[0029]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，在焊接部位進(jìn)行多層焊接。該多層焊接包括打底層焊接、填充層焊接和蓋面層焊接。在焊接過(guò)程中將層間溫度控制在180°C?250°C的范圍內(nèi)，藉此降低持續(xù)的熱輸入，減少高溫停留時(shí)間，改善熔池結(jié)晶狀態(tài)。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，控制層間溫度的措施包括，在整個(gè)焊接過(guò)程中使用紅外線測(cè)溫儀監(jiān)測(cè)焊接部位的溫度。當(dāng)焊接部位的溫度超過(guò)預(yù)設(shè)溫度的允許的上限時(shí)，停止焊接操作，同時(shí)繼續(xù)進(jìn)行溫度監(jiān)測(cè)；待焊接部位的溫度降至接近于預(yù)設(shè)溫度的允許下限時(shí)，再繼續(xù)進(jìn)行焊接操作。藉此，在整個(gè)焊接過(guò)程中使母材保持適合的溫度，以很好地控制熔池中金屬處于液態(tài)的時(shí)間，從而有效地防止或者減少金屬間化合物的形成，改善焊接質(zhì)量。
[0030]進(jìn)一步，在多層焊接中，以退焊方式焊接成相互間隔開(kāi)的多個(gè)焊道分段。其中，相鄰的兩個(gè)焊道分段中，前一個(gè)焊道分段的收弧部位和后一個(gè)焊道分段的起弧部位之間間隔10mm-20mm。如此，可以使應(yīng)力分布均勻，避免因應(yīng)力集中而引起焊接質(zhì)量的下降。并且，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，多個(gè)焊道分段的每個(gè)焊道分段焊接完畢后，使用小錘對(duì)該焊道分段和熱影響區(qū)進(jìn)行敲擊，直到該焊道分段和熱影響區(qū)的表面布滿麻點(diǎn)。如此，可消除部分殘余應(yīng)力，并將焊道分段和熱影響區(qū)的表面的應(yīng)力分布狀態(tài)由拉應(yīng)力狀態(tài)修正為壓應(yīng)力狀態(tài)，從而有效地防止裂紋的產(chǎn)生。
[0031]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，焊接完畢后，立即將焊件緩慢加熱至600°C _650°C，在該溫度保溫0.5小時(shí)-0.6小時(shí)后，使用石棉氈將焊件包裹起來(lái)使焊件緩慢降溫至常溫。如此，可以防止焊件冷卻速度過(guò)快，改善焊縫和熱影響區(qū)的組織性能，有效減少和消除焊接殘余應(yīng)力，從而提聞焊接質(zhì)量。
[0032]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，待焊接的兩種異種鋼母材包括鈷基高溫合金I和低碳鋼
2。以下以鈷基高溫合金I和低碳鋼2的焊接為例說(shuō)明本發(fā)明的焊接方法。應(yīng)該理解，以鈷基高溫合金I和低碳鋼2的焊接為例進(jìn)行描述僅以說(shuō)明為目的，而并非以限定為目的。
[0033]進(jìn)行焊接之前，先使用角向砂輪機(jī)在鈷基高溫合金I的焊接部位開(kāi)設(shè)單面的V形坡口 3。V形坡口 3的敞開(kāi)角度α優(yōu)選35° -45°。將V形坡口 3兩側(cè)的15mm至20mm的范圍內(nèi)的待焊表面打磨干凈，露出金屬光澤。
[0034]焊接前還應(yīng)選擇適用的焊條。以待焊的異種鋼為K640鋼(鈷基高溫合金)和20鋼(低碳鋼)為例，焊接前先對(duì)K640鋼和20鋼的化學(xué)成分進(jìn)行分析，選擇化學(xué)成分與K640鋼接近和匹配的焊條。A507焊條中Ni含量較高，并且焊條中的Ni能與熔敷金屬中的其他元素固溶；其熔敷金屬抗拉強(qiáng)度> 610Mpa，與K640鋼的強(qiáng)度接近；其焊縫塑性(伸長(zhǎng)率> 30%)和熱強(qiáng)性都適合焊接K640鋼。選擇A507焊條對(duì)K640鋼和20鋼進(jìn)行焊接，母材能與熔敷金屬形成連續(xù)固溶，有效防止金屬間化合物的產(chǎn)生。與使用其他型號(hào)的焊條焊接成的接頭相比，使用A507焊條焊接成的接頭的裂紋能夠減少20%至25%。
[0035]焊接前先將待焊接的鈷基高溫合金I和低碳鋼2和焊條加熱至預(yù)設(shè)溫度。將焊條加熱至180°C _25(TC，優(yōu)選為加熱至180°C _220°C。在該溫度下將焊條保溫烘干至少I(mǎi)小時(shí)，然后將焊條置入保溫筒中保溫備用。將母材加熱至150°C -220°C，優(yōu)選為加熱至1800C -220O。
[0036]焊接開(kāi)始時(shí)首先在焊縫部位將鈷基高溫合金I和低碳鋼2點(diǎn)焊以將兩者定位，使得鈷基高溫合金I和低碳鋼2之間形成的間隔。然后在焊接部位進(jìn)行多層焊接。其中，打底層焊接、填充層焊接和蓋面層焊接的參數(shù)設(shè)置為，打底層焊接的焊接電流為80A-85A，焊接電壓為22V-24V，使用的焊條的直徑為Φ2.4mm-Φ2.6mm，優(yōu)選Φ2.5mm;填充層焊接的焊接電流為115A-120A，焊接電壓為22V-24V，使用的焊條的直徑為Φ3.1mm-Φ3.3mm，優(yōu)選Φ3.2mm ;蓋面層焊接的焊接電流為110A-115A，焊接電壓為22V-24V,使用的焊條的直徑為Φ3.1mm-Φ 3.3mm,優(yōu)選Φ3.2mm。
[0037]在整個(gè)焊接過(guò)程中使用紅外線測(cè)溫儀監(jiān)測(cè)焊接部位的溫度。當(dāng)焊接部位的溫度超過(guò)230°C時(shí)，停止焊接操作，同 時(shí)繼續(xù)進(jìn)行溫度監(jiān)測(cè)；待焊接部位的溫度降至接近于180°C時(shí)，再繼續(xù)進(jìn)行焊接操作。該層間溫度可以保證蓋面層焊接之前已經(jīng)焊接好的焊接接頭獲得適當(dāng)?shù)睦鋮s速度。在多層焊接中，以退焊方式焊接成相互間隔開(kāi)的多個(gè)焊道分段。其中，相鄰的兩個(gè)焊道分段中，前一個(gè)焊道分段的收弧部位和后一個(gè)焊道分段的起弧部位之間間隔10mm-20mm。每個(gè)焊道分段焊接完畢后，使用小錘對(duì)該焊道分段和熱影響區(qū)進(jìn)行敲擊，直到該焊道分段和熱影響區(qū)的表面布滿麻點(diǎn)。
[0038]焊接完畢后，立即將焊件緩慢加熱至600°C _650°C，在該溫度保溫0.5小時(shí)-0.6小時(shí)后，使用石棉氈將焊件包裹起來(lái)使焊件緩慢降溫至常溫。
[0039]實(shí)施例
[0040]以下的實(shí)施例將對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明，但并不因此限制本發(fā)明。在下述實(shí)施例和對(duì)比例中，焊接后對(duì)焊縫進(jìn)行著色滲透檢查(GB/T4370.1~4730.6— 2005)。
[0041]實(shí)施例1
[0042]待焊接的異種鋼為K640鋼和20鋼，使用的焊條型號(hào)為A507。其化學(xué)成分如下表所示。
[0043]K640鋼和20鋼的成分表
[0044]
【權(quán)利要求】
1.一種異種鋼的焊接方法，其特征在于，該異種鋼的焊接方法包括以下步驟: 選擇使焊接部位的熔化的兩種母材和熔敷金屬形成連續(xù)固溶體的焊條； 將待焊接的所述母材和所述焊條加熱至180°C -220°C ； 在焊接部位進(jìn)行多層焊接，并且層間溫度控制在180°C -250°C。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的異種鋼的焊接方法，其中，待焊接的兩種所述母材分別為鈷基高溫合金(I)和低碳鋼(2)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的異種鋼的焊接方法，其中，所述異種鋼的焊接方法還包括:進(jìn)行焊接操作之前先在所述鈷基高溫合金(I)和低碳鋼(2)的焊接部位開(kāi)設(shè)V形坡口(3); 其中，所述坡口(3)的敞開(kāi)角度(α)為35° -45°。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的異種鋼的焊接方法，其中，所述鈷基高溫合金(I)和低碳鋼(2)分別為Κ640鋼和20鋼；并且 所述焊條的型號(hào)為Α507。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的異種鋼的焊接方法，其中，所述多層焊接包括打底層焊接、填充層焊接和蓋面層焊接； 其中，所述打底層焊接的焊接電流為80Α - 85Α，所述填充層焊接的焊接電流為115Α —120Α，所述蓋面層焊接的焊接電流為IlOA - 115Α ； 所述打底層焊接、填充層焊接和蓋面層焊接的焊接電壓為22V-24V ； 所述打底層焊接使用的所述焊條的直徑為Φ2.4πιπι — Φ2.6mm，所述填充層焊接和所述蓋面層焊接使用的所述焊條的直徑為Φ3.1mm — Φ3.3mm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任意一項(xiàng)所述的異種鋼的焊接方法，其中，所述異種鋼的焊接方法還包括:在所述多層焊接中，以退焊方式焊接成相互間隔開(kāi)的多個(gè)焊道分段； 其中，相鄰的兩個(gè)焊道分段中，前一個(gè)焊道分段的收弧部位和后一個(gè)焊道分段的起弧部位之間間隔10mm-20mm。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的異種鋼的焊接方法，其中，所述多個(gè)焊道分段的每個(gè)焊道分段焊接完畢后，對(duì)所述焊道分段和熱影響區(qū)進(jìn)行敲擊。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的異種鋼的焊接方法，其中，所述異種鋼的焊接方法還包括:焊接前，在焊接部位將待焊接的兩種所述母材點(diǎn)焊定位以在兩種所述母材之間形成的間隔。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任意一項(xiàng)所述的異種鋼的焊接方法，其中，所述異種鋼的焊接方法還包括:在整個(gè)焊接過(guò)程中使用紅外線測(cè)溫儀監(jiān)測(cè)焊接部位的溫度，當(dāng)所述焊接部位的溫度超過(guò)所述預(yù)設(shè)溫度的上限時(shí)停止焊接操作，待所述焊接部位的溫度降至所述預(yù)設(shè)溫度的下限時(shí)再繼續(xù)進(jìn)行焊接操作。
【文檔編號(hào)】B23K9/00GK103658923SQ201210352418
【公開(kāi)日】2014年3月26日 申請(qǐng)日期:2012年9月20日 優(yōu)先權(quán)日:2012年9月20日
【發(fā)明者】朱寧, 陳超, 馮樹(shù)雄, 吳榮善, 涂修利, 曾元智, 何耀飛, 陳夢(mèng)逢 申請(qǐng)人:攀鋼集團(tuán)工程技術(shù)有限公司