異種鋼的焊接方法
【專利摘要】本發(fā)明公開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。
【專利說明】異種鋼的焊接方法
【技術領域】
[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】
[0002]在工程制造行業(yè)中，異種鋼的焊接應用越來越廣泛。在實踐中，通常采用電流密度大、熱量集中、焊接速度快的氬弧焊進行異種鋼焊接。但與焊條電弧焊相比，氬弧焊很明顯的一個缺點就是對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，工件在修補后常常會造成變形、硬度降低、局部退火、或者是結(jié)合力不夠及內(nèi)應力損傷等缺點。然而，采用焊條電弧焊方式焊接異種鋼同樣存在很多問題。在實踐中常常由于在焊條電弧焊時選擇的結(jié)構、工藝參數(shù)和焊接措施不當而出現(xiàn)各種焊接缺陷，使得接頭強度達不到應有的要求而留下事故隱患。
[0003]現(xiàn)有技術中的異種鋼焊接質(zhì)量存在上述諸多問題，與異種鋼的焊接難度有很大的關系。影響異種鋼焊接性的因素有很多，焊接過程中金屬間化合物的產(chǎn)生是其中的一個重要因素。兩種母材在結(jié)晶化學性能方面存在差異，兩者在冶金學上是否相容，取決于兩者在固態(tài)和液態(tài)時的互溶性。焊接過程中如果產(chǎn)生金屬間化合物，會影響兩種母材的互溶性，進而導致接頭強度降低。而現(xiàn)有技術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，以在異種鋼焊接過程中阻止金屬間化合物的產(chǎn)生，從而改善現(xiàn)有技術中的異種鋼焊接的質(zhì)量。
[0005]為了實現(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設V形坡口；其中，坡口的敞開角度為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的多個焊道分段；其中，相鄰的兩個焊道分段中，前一個焊道分段的收弧部位和后一個焊道分段的起弧部位之間間隔10mm-20mm。
[0011]優(yōu)選地，多個焊道分段的每個焊道分段焊接完畢后，對焊道分段和熱影響區(qū)進行敲擊。
[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:在整個焊接過程中使用紅外線測溫儀監(jiān)測焊接部位的溫度，當焊接部位的溫度超過預設溫度的上限時停止焊接操作，待焊接部位的溫度降至預設溫度的下限時再繼續(xù)進行焊接操作。
[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；嚴格控制焊接過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)下的時間。由此，可以提高焊接過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)點將在隨后的【具體實施方式】部分予以詳細說明。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]附圖是用來提供對本發(fā)明的進一步理解，并且構成說明書的一部分，與下面的【具體實施方式】一起用于解釋本發(fā)明，但并不構成對本發(fā)明的限制。在附圖中:
[0017]圖1是根據(jù)本發(fā)明的實施例的兩種待焊接母材的焊接位置關系示意圖；
[0018]圖2是圖1中所示的實施例的側(cè)視圖；
`[0019]圖3是圖2中所示的實施例的焊接效果示意圖，圖中示出多層焊接結(jié)構。
[0020]附圖標記說明
[0021 ] I鈷基高溫合金母材2低碳鋼母材
[0022]3坡口α坡口的敞開角度
【具體實施方式】
[0023]以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】進行詳細說明。應當理解的是，此處所描述的【具體實施方式】僅用于說明和解釋本發(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)明的實施方式，進行焊接之前先在待焊的兩種母材的焊接部位開設V形坡口 3。V形坡口 3由角向砂輪機修磨而成。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)明的實施方式，V形坡口 3的敞開角度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。由于過大的熔合比會增加焊縫的稀釋率，使過渡層更加明顯，因此上述優(yōu)選的敞開角度α可以控制過渡層的厚度，從而改善焊接接頭的焊接性能。
[0026]根據(jù)本發(fā)明的實施方式，焊接前應選擇適用的焊條。從母材和焊條的化學成分角度考慮，母材和焊縫金屬的化學成分相差越大，熔池內(nèi)的金屬越不容易充分混合，過渡層越明顯。根據(jù)本發(fā)明的實施方式，盡量選擇與母材的化學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)明的實施方式，焊接前先將待焊接的母材和焊條加熱至預設溫度。這樣，可以控制母材的冷卻速度，防止冷卻過快導致裂紋產(chǎn)生。根據(jù)本發(fā)明的實施方式，根據(jù)本發(fā)明的實施方式，預設溫度優(yōu)選為180°C _220°C。將焊條加熱到預設溫度后保溫烘干至少I小時，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。在準備焊接時，將母材加熱至預設溫度，使得自焊接開始時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，當母材保持適合的溫度時，可以很好地控制熔池中金屬處于液態(tài)的時間，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)、熱導率和比電阻等方面的差異，根據(jù)本發(fā)明的實施方式，焊接開始時首先在焊接部位將待焊接的兩種母材點焊以將兩者定位，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)明的實施方式，在焊接部位進行多層焊接。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，減少高溫停留時間，改善熔池結(jié)晶狀態(tài)。根據(jù)本發(fā)明的實施方式，控制層間溫度的措施包括，在整個焊接過程中使用紅外線測溫儀監(jiān)測焊接部位的溫度。當焊接部位的溫度超過預設溫度的允許的上限時，停止焊接操作，同時繼續(xù)進行溫度監(jiān)測；待焊接部位的溫度降至接近于預設溫度的允許下限時，再繼續(xù)進行焊接操作。藉此，在整個焊接過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]進一步，在多層焊接中，以退焊方式焊接成相互間隔開的多個焊道分段。其中，相鄰的兩個焊道分段中，前一個焊道分段的收弧部位和后一個焊道分段的起弧部位之間間隔10mm-20mm。如此，可以使應力分布均勻，避免因應力集中而引起焊接質(zhì)量的下降。并且，根據(jù)本發(fā)明的實施方式，多個焊道分段的每個焊道分段焊接完畢后，使用小錘對該焊道分段和熱影響區(qū)進行敲擊，直到該焊道分段和熱影響區(qū)的表面布滿麻點。如此，可消除部分殘余應力，并將焊道分段和熱影響區(qū)的表面的應力分布狀態(tài)由拉應力狀態(tài)修正為壓應力狀態(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-0.6小時后，使用石棉氈將焊件包裹起來使焊件緩慢降溫至常溫。如此，可以防止焊件冷卻速度過快，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力，從而提聞焊接質(zhì)量。
[0032]根據(jù)本發(fā)明的實施方式，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的焊接為例說明本發(fā)明的焊接方法。應該理解，以鈷基高溫合金I和低碳鋼2的焊接為例進行描述僅以說明為目的，而并非以限定為目的。
[0033]進行焊接之前，先使用角向砂輪機在鈷基高溫合金I的焊接部位開設單面的V形坡口 3。V形坡口 3的敞開角度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K640鋼和20鋼的化學成分進行分析，選擇化學成分與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；其熔敷金屬抗拉強度> 610Mpa，與K640鋼的強度接近；其焊縫塑性(伸長率> 30%)和熱強性都適合焊接K640鋼。選擇A507焊條對K640鋼和20鋼進行焊接，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和焊條加熱至預設溫度。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小時，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]焊接開始時首先在焊縫部位將鈷基高溫合金I和低碳鋼2點焊以將兩者定位，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]在整個焊接過程中使用紅外線測溫儀監(jiān)測焊接部位的溫度。當焊接部位的溫度超過230°C時，停止焊接操作，同 時繼續(xù)進行溫度監(jiān)測；待焊接部位的溫度降至接近于180°C時，再繼續(xù)進行焊接操作。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?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的多個焊道分段。其中，相鄰的兩個焊道分段中，前一個焊道分段的收弧部位和后一個焊道分段的起弧部位之間間隔10mm-20mm。每個焊道分段焊接完畢后，使用小錘對該焊道分段和熱影響區(qū)進行敲擊，直到該焊道分段和熱影響區(qū)的表面布滿麻點。
[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-0.6小時后，使用石棉氈將焊件包裹起來使焊件緩慢降溫至常溫。
[0039]實施例
[0040]以下的實施例將對本發(fā)明作進一步的說明，但并不因此限制本發(fā)明。在下述實施例和對比例中，焊接后對焊縫進行著色滲透檢查(GB/T4370.1~4730.6— 2005)。
[0041]實施例1
[0042]待焊接的異種鋼為K640鋼和20鋼，使用的焊條型號為A507。其化學成分如下表所示。
[0043]K640鋼和20鋼的成分表
[0044]
【權利要求】
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 ； 在焊接部位進行多層焊接，并且層間溫度控制在180°C -250°C。
2.根據(jù)權利要求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)的焊接部位開設V形坡口(3); 其中，所述坡口(3)的敞開角度(α)為35° -45°。
4.根據(jù)權利要求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 所述焊條的型號為Α507。
5.根據(jù)權利要求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)權利要求1-5中任意一項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的多個焊道分段； 其中，相鄰的兩個焊道分段中，前一個焊道分段的收弧部位和后一個焊道分段的起弧部位之間間隔10mm-20mm。
7.根據(jù)權利要求6所述的異種鋼的焊接方法，其中，所述多個焊道分段的每個焊道分段焊接完畢后，對所述焊道分段和熱影響區(qū)進行敲擊。
8.根據(jù)權利要求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焊定位以在兩種所述母材之間形成的間隔。
9.根據(jù)權利要求1-5中任意一項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:在整個焊接過程中使用紅外線測溫儀監(jiān)測焊接部位的溫度，當所述焊接部位的溫度超過所述預設溫度的上限時停止焊接操作，待所述焊接部位的溫度降至所述預設溫度的下限時再繼續(xù)進行焊接操作。
【文檔編號】B23K9/00GK103658923SQ201210352418
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2012年9月20日 優(yōu)先權日:2012年9月20日
【發(fā)明者】朱寧, 陳超, 馮樹雄, 吳榮善, 涂修利, 曾元智, 何耀飛, 陳夢逢 申請人:攀鋼集團工程技術有限公司