專利名稱：一種鐵素體不銹鋼的隨焊激冷焊接方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鐵素體不銹鋼的隨焊激冷焊接方法，屬于鐵素體不銹鋼焊接及應(yīng)用的技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
·
長期以來，奧氏體不銹鋼以其良好的耐腐蝕性能和力學(xué)性能一直在技術(shù)領(lǐng)域選用，由于鎳元素儲量較少，鎳價高，使奧氏體不銹鋼的生產(chǎn)成本逐漸增加；隨著煉鋼設(shè)備及冶煉技術(shù)的發(fā)展，純凈度高、綜合性能好的鐵素體不銹鋼已經(jīng)進行生產(chǎn)，它不僅擁有奧氏體不銹鋼的力學(xué)性能和耐蝕性能，而且耐局部腐蝕的能力還優(yōu)于奧氏體不銹鋼，鐵素體不銹鋼已在家電、汽車、建筑裝飾、五金制品領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。鐵素體不銹鋼單一的鐵素體組織無相變，不能通過相變來調(diào)節(jié)組織，在焊接過程中焊接熱影響區(qū)的鐵素體晶粒長大，焊接接頭力學(xué)性能會急劇惡化，沖擊性能受到較大影響，因此熱影響區(qū)成為整個焊接接頭的薄弱區(qū)域，影響了該類型不銹鋼的焊接質(zhì)量。目前，鐵素體不銹鋼焊接過程中發(fā)生粗晶脆化的問題，主要是通過冶金方法和高能量的焊接方法來改善晶粒粗化問題，其中冶金方法在材料中添加合金元素鈮、鎢，焊接方法包括等離子弧焊、激光焊以及激光-MAG復(fù)合焊接的方法，這些種方法均需要通過復(fù)雜設(shè)備和工藝才能實現(xiàn)，成本較高。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明目的
本發(fā)明的目的是針對背景技術(shù)的狀況，對鐵素體不銹鋼在鎢極氬弧焊接過程中采用液氮隨焊激冷，提高焊接接頭的冷卻速度，改善鐵素體不銹鋼焊后晶粒長大問題，以提高鐵素體不銹鋼焊接接頭的力學(xué)性能和抗腐蝕性能。
技術(shù)方案
使用的化學(xué)物質(zhì)材料為鐵素體不銹鋼板、鐵素體不銹鋼焊絲、液氮、乙醇、氬氣、砂紙，其準備用量如下以毫米、毫升、厘米3為計量單位
鐵素體不銹鋼板00Cr21550 mmXIO mmXIOO mm 2塊
鐵素體不銹鋼焊絲00Cr21Φ1. 2 mmX 400 mm
液氮N2100000 mL±50 mL
乙醇=C2H5OH2000 mL±50 mL
氬氣Ar100000 cm3 ±50 cm3
砂紙SiC 400 粒276 mmX 0· 5 mmX 230 mm 2 張
焊接方法如下
(I)制作液氮激冷槍
液氮激冷槍為圓管狀，中間為液氮腔，前部設(shè)有噴液嘴、出液口及導(dǎo)液絲，后部為安裝環(huán)，用鋁合金材料制作；
(2)預(yù)處理鐵素體不銹鋼板
①被焊接鐵素體不銹鋼板為兩塊，尺寸、規(guī)格一樣，呈矩形板狀，焊接部位開坡口，單面坡口角度為30° ;
②用乙醇擦洗鐵素體不銹鋼板，使焊接部位潔凈；
(3)鎢極氬弧焊接鐵素體不銹鋼板
鐵素體不銹鋼板的鎢極氬弧焊接是在鎢極氬弧焊機上進行的，是在氬氣保護、液氮激冷、鐵素體不銹鋼焊絲的填絲焊接下完成的；
①置放鐵素體不銹鋼板
將焊接卡具置于氬弧焊機的工作臺上，并在焊接卡具內(nèi)水平放置兩塊被焊接的鐵素體不銹鋼板，兩鋼板坡口部位對齊；
②安裝調(diào)試液氮激冷槍，并對準被焊鋼板焊縫；
③安裝氬氣管，并對準被焊鋼板焊縫；
④安裝鐵素體不銹鋼焊絲，其尖端部對準被焊鋼板焊縫；
⑤開啟IS氣閥、IS氣管，向焊接部位輸送IS氣，IS氣輸入速度150cm3/min ;
開啟鎢極氬弧焊機，引燃電弧，焊接電壓14-15 V，焊接電流130-140 A，電弧作用于鐵素體不銹鋼板和焊絲；
⑥將鐵素體不銹鋼焊絲對準被焊部位，進行焊接，焊接熱輸入量O.5-0. 6 kj/min;焊接速度為 170-200 mm/min ；
開啟液氮激冷槍，向焊接部位輸入液氮，液氮輸入速度100 mL/min ；
當兩被焊鋼板焊縫結(jié)合，即完成了正面焊接；
焊接后靜置冷卻5 min ；
⑦將正面接合的兩塊鐵素體不銹鋼板重新裝卡，反面朝上，用同樣方法和技術(shù)參數(shù)焊接兩塊鋼板反面；當兩被焊鋼板焊縫結(jié)合后，即完成了反面焊接；
焊接后靜直冷卻10 min ；
(4)關(guān)閉氬弧焊機電源，停止焊接；
關(guān)閉液氮激冷槍，停止冷卻；
關(guān)閉氬氣閥、氬氣管，停止輸氬氣；
(5)拆下焊接卡具，取出被焊不銹鋼板；
(6)中溫回火
將被焊接的鐵素體不銹鋼板置于熱處理爐中，進行中溫回火，回火溫度300 °C，回火時間 30 min ；
回火后隨爐冷卻至25 V ；
(7)機械打磨焊瘤
將被焊鋼板用機械打磨正反面焊瘤，使兩面平整；
(8)砂紙打磨被焊鋼板表面
將被焊鋼板置于平板上，用砂紙打磨正反兩面，使表面光潔，使正反面粗糙度達RaO. 32-0. 63 μ m ；
(9)乙醇清洗用乙醇清洗被焊鋼板正反表面，使其潔凈；
(10)檢測、分析、表征
對焊接的鐵素體不銹鋼板焊接接頭的形貌、焊縫金相組織、力學(xué)性能進行檢測、分析、表征；
用光學(xué)顯微鏡和掃描電鏡對焊縫的金相顯微組織和微觀形貌分析；
用萬能拉伸機對焊接接頭抗拉強度和延伸率進行分析；
用沖擊試驗機對焊接接頭沖擊吸收功進行分析；
用電化學(xué)工作站對焊接接頭進行電化學(xué)腐蝕性分析；
結(jié)論焊接后的鐵素體不銹鋼板焊接接頭晶粒細小，力學(xué)性能高，抗拉強度達到481. 51MPa，延伸率達29.2 %，焊縫沖擊吸收功為31. 5 J，自腐蝕電流密度為O. 63X 106A_cm_2，自腐蝕電位為-O. 803 V。有益效果
本發(fā)明與背景技術(shù)相比具有明顯的先進性，是針對鐵素體不銹鋼焊接過程中的晶粒長大、脆化、難以控制的問題，采用鎢極氬弧焊機，在焊接過程中使用液氮進行隨焊激冷，并用氬氣進行保護，有效阻止了焊接熱影響區(qū)的晶粒長大及脆性問題，此方法工藝先進合理，數(shù)據(jù)翔實準確，焊接質(zhì)量好，焊縫熔合性好，不易開裂，是十分理想的鐵素體不銹鋼板的焊接方法。


圖I為鐵素體不銹鋼板隨焊激冷焊接狀態(tài)圖 圖2為液氮激冷槍主視結(jié)構(gòu)圖
圖3為液氮激冷槍側(cè)視圖 圖4為鐵素體不銹鋼板結(jié)構(gòu)圖 圖5為鐵素體不銹鋼板焊縫金相組織形貌對比圖 圖6為鐵素體不銹鋼板焊縫電化學(xué)極化曲線對比圖 圖中所示，附圖標記清單如下
I焊接工作臺，2指示燈，3顯示屏，4氬氣瓶，5氬氣，6氬氣管，7氬氣閥，8液氮泵調(diào)控器，9焊接電源調(diào)控器，10鎢極氬弧焊槍，11鐵素體不銹鋼焊絲，12鎢極氬弧焊機，13液氮激冷槍，14第一鐵素體不銹鋼板，15液氮，16第二鐵素體不銹鋼板，17焊接卡具，18焊絲固定夾，19支桿，20液氮泵，21液氮管，22液氮罐，23第一固定塊，24第二固定塊，25工作臺縱橫調(diào)控器，26液氮腔，27噴液嘴，28出液口，29導(dǎo)液絲，30安裝環(huán)，31螺栓。
具體實施例方式以下結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步說明
圖I所示，為鐵素體不銹鋼板隨焊激冷焊接狀態(tài)圖，各部位置、連接關(guān)系要正確，按量配置，按序操作。焊接使用的化學(xué)物質(zhì)的量值是按預(yù)先設(shè)置的范圍確定的，以毫米、毫升、厘米3為
計量單位。
鐵素體不銹鋼板的鎢極氬弧焊接是在焊接工作臺上進行的，是由氬弧焊機在液氮激冷、氬氣保護、添加鐵素體不銹鋼焊絲的過程中完成的；
焊接工作臺為臥式，在焊接工作臺I的上部裝有焊接卡具17，在焊接卡具17內(nèi)裝卡第一、第二鐵素體不銹鋼板14、16，并留有焊接間隙；鎢極氬弧焊機12通過支桿19、焊絲固定夾18連接鐵素體不銹鋼焊絲11，鐵素體不銹鋼焊絲11尖端對準兩被焊第一、第二鐵素體不銹鋼板14、16之間的坡角；在焊接工作臺I的左部設(shè)有氬氣瓶4及氬氣閥7、氬氣管6、鎢極氬弧焊槍10，鎢極氬弧焊槍10對準兩被焊不銹鋼板的焊縫坡角；在焊接工作臺I的右部設(shè)有液氮罐22及液氮管21、液氮泵20，并聯(lián)接液氮激冷槍13，液氮激冷槍13對準兩被焊不銹鋼板焊接坡角；在焊接工作臺前部控制面板上設(shè)置顯示屏3、指示燈2、焊接電源調(diào)控器9、工作臺縱橫調(diào)控器25、液氮泵調(diào)控器8。圖2、3所示，為液氮激冷槍結(jié)構(gòu)圖，各部位置要正確?！?br> 液氮激冷槍13為圓筒形，液氮激冷槍13內(nèi)為液氮腔26，在液氮激冷槍13的左部設(shè)有噴液嘴27，在噴液嘴27內(nèi)設(shè)有4個出液口 28，在噴液嘴27的外端部設(shè)有導(dǎo)液絲29 ；在液氮激冷槍13的右端部設(shè)有安裝環(huán)30，并由螺栓31固定。圖4所示，為鐵素體不銹鋼板結(jié)構(gòu)圖，在第一、第二鐵素體不銹鋼板14、16的被焊接端面設(shè)有焊接坡口，焊接坡口單面角度為30°。圖5所示，為鐵素體不銹鋼板焊縫金相組織形貌對比圖，圖a為空氣冷卻焊縫金相組織圖，圖b為隨焊液氮激冷焊接后焊縫金相組織圖，明顯看出，隨焊激冷焊接接頭熔合性好，金相組織細小致密。圖6所示，為鐵素體不銹鋼板焊縫電化學(xué)極化曲線對比圖，圖中可知c為隨焊液氮激冷焊接，d為空氣冷卻焊接，隨焊液氮激冷的焊接接頭的自腐蝕電位高于空氣冷卻焊接接頭，其自腐蝕電流低于空氣冷卻焊接接頭。
權(quán)利要求
1.一種鐵素體不銹鋼的隨焊激冷焊接方法，其特征在于使用的化學(xué)物質(zhì)材料為鐵素體不銹鋼板、鐵素體不銹鋼焊絲、液氮、乙醇、氬氣、砂紙，其準備用量如下以毫米、毫升、厘米3為計量單位 鐵素體不銹鋼板00Cr21550 mmXIO mmXIOO mm 2塊 鐵素體不銹鋼焊絲00Cr21Φ1. 2 mmX 400 mm 液氮N2100000 mL±50 mL 乙醇=C2H5OH2000 mL±50 mL 氬氣Ar100000 cm3 ±50 cm3 砂紙SiC 400 粒276 mmX 0· 5 mmX 230 mm 2 張 焊接方法如下 (1)制作液氮激冷槍 液氮激冷槍為圓管狀，中間為液氮腔，前部設(shè)有噴液嘴、出液口及導(dǎo)液絲，后部為安裝環(huán)，用鋁合金材料制作； (2)預(yù)處理鐵素體不銹鋼板 ①被焊接鐵素體不銹鋼板為兩塊，尺寸、規(guī)格一樣，呈矩形板狀，焊接部位開坡口，單面坡口角度為30° ; ②用乙醇擦洗鐵素體不銹鋼板，使焊接部位潔凈； (3)鎢極氬弧焊接鐵素體不銹鋼板 鐵素體不銹鋼板的鎢極氬弧焊接是在鎢極氬弧焊機上進行的，是在氬氣保護、液氮激冷、鐵素體不銹鋼焊絲的填絲焊接下完成的； ①置放鐵素體不銹鋼板 將焊接卡具置于氬弧焊機的工作臺上，并在焊接卡具內(nèi)水平放置兩塊被焊接的鐵素體不銹鋼板，兩鋼板坡口部位對齊； ②安裝調(diào)試液氮激冷槍，并對準被焊鋼板焊縫； ③安裝氬氣管，并對準被焊鋼板焊縫； ④安裝鐵素體不銹鋼焊絲，其尖端部對準被焊鋼板焊縫； ⑤開啟IS氣閥、IS氣管，向焊接部位輸送IS氣，IS氣輸入速度150cm3/min ; 開啟鎢極氬弧焊機，引燃電弧，焊接電壓14-15 V，焊接電流130-140 A，電弧作用于鐵素體不銹鋼板和焊絲； ⑥將鐵素體不銹鋼焊絲對準被焊部位，進行焊接，焊接熱輸入量O.5-0. 6 kj/min;焊接速度為 170-200 mm/min ； 開啟液氮激冷槍，向焊接部位輸入液氮，液氮輸入速度100 mL/min ； 當兩被焊鋼板焊縫結(jié)合，即完成了正面焊接； 焊接后靜置冷卻5 min ； ⑦將正面接合的兩塊鐵素體不銹鋼板重新裝卡，反面朝上，用同樣方法和技術(shù)參數(shù)焊接兩塊鋼板反面；當兩被焊鋼板焊縫結(jié)合后，即完成了反面焊接； 焊接后靜直冷卻10 min ； (4)關(guān)閉氬弧焊機電源，停止焊接； 關(guān)閉液氮激冷槍，停止冷卻；關(guān)閉氬氣閥、氬氣管，停止輸氬氣； (5)拆下焊接卡具，取出被焊不銹鋼板； (6)中溫回火 將被焊接的鐵素體不銹鋼板置于熱處理爐中，進行中溫回火，回火溫度300 °C，回火時間 30 min ； 回火后隨爐冷卻至25 V ； (7)機械打磨焊瘤 將被焊鋼板用機械打磨正反面焊瘤，使兩面平整； (8)砂紙打磨被焊鋼板表面 將被焊鋼板置于平板上，用砂紙打磨正反兩面，使表面光潔，使正反面粗糙度達RaO. 32-0. 63 μ m ； (9)乙醇清洗 用乙醇清洗被焊鋼板正反表面，使其潔凈； (10)檢測、分析、表征 對焊接的鐵素體不銹鋼板焊接接頭的形貌、焊縫金相組織、力學(xué)性能進行檢測、分析、表征； 用光學(xué)顯微鏡和掃描電鏡對焊縫的金相顯微組織和微觀形貌分析； 用萬能拉伸機對焊接接頭抗拉強度和延伸率進行分析； 用沖擊試驗機對焊接接頭沖擊吸收功進行分析； 用電化學(xué)工作站對焊接接頭進行電化學(xué)腐蝕性分析； 結(jié)論焊接后的鐵素體不銹鋼板焊接接頭晶粒細小，力學(xué)性能高，抗拉強度達到481. 51MPa，延伸率達29.2 %，焊縫沖擊吸收功為31. 5 J，自腐蝕電流密度為O. 63X 106A_cm_2，自腐蝕電位為-O. 803V。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種鐵素體不銹鋼的隨焊激冷焊接方法，其特征在于鐵素體不銹鋼板的鎢極氬弧焊接是在焊接工作臺上進行的，由氬弧焊機、在液氮激冷、氬氣保護、添加鐵素體不銹鋼焊絲的過程中完成的； 焊接工作臺為臥式，在焊接工作臺(I)的上部裝有焊接卡具(17)，在焊接卡具(17)內(nèi)裝卡第一、第二鐵素體不銹鋼板(14)、(16)，并留有焊接間隙；鎢極氬弧焊機(12)通過支桿(19)，焊絲固定夾(18)連接鐵素體不銹鋼焊絲(11)，鐵素體不銹鋼焊絲(11)尖端對準兩被焊第一、第二鐵素體不銹鋼板(14)、(16)之間的坡角；在焊接工作臺(I)的左部設(shè)有氬氣瓶(4)及氬氣閥(7)、氬氣管￠)、鎢極氬弧焊槍(10)，鎢極氬弧焊槍(10)對準兩被焊不銹鋼板的焊縫坡角；在焊接工作臺(I)的右部設(shè)有液氮罐(22)及液氮管(21)、液氮泵(20)，并聯(lián)接液氮激冷槍(13)，液氮激冷槍(13對準兩被焊不銹鋼板焊接坡角；在焊接工作臺前部控制面板上設(shè)置顯示屏(3)、指示燈(2)、焊接電源調(diào)控器(9)、工作臺縱橫調(diào)控器(25)、液氮泵調(diào)控器(8)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種鐵素體不銹鋼的隨焊激冷焊接方法，其特征在于液氮激冷槍(13)為圓筒形，液氮激冷槍(13)內(nèi)為液氮腔(26)，在液氮激冷槍(13)的左部設(shè)有噴液嘴(27)，在噴液嘴(27)內(nèi)設(shè)有(4)個出液口(28)，在噴液嘴(27)的外端部設(shè)有導(dǎo)液絲(29);在液氮激冷槍(13)的右端部設(shè)有安裝環(huán)(30)，并由螺栓(31)固定。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種鐵素體不銹鋼的隨焊激冷焊接方法，是針對鐵素體不銹鋼焊接過程中晶粒長大、脆化難以控制的問題，采用鎢極氬弧焊機，在焊接過程中使用液氮進行隨焊激冷，并用氬氣進行保護，有效阻止焊接熱影響區(qū)的晶粒長大及脆化問題，此方法工藝先進合理，數(shù)據(jù)翔實準確，焊接接頭質(zhì)量好，焊縫熔合性好，不易開裂，焊縫抗拉強度達481.51MPa，是十分理想的鐵素體不銹鋼的焊接方法。
文檔編號B23K9/235GK102941401SQ20121042253
公開日2013年2月27日 申請日期2012年10月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月30日
發(fā)明者張紅霞, 王文光, 閆志峰, 卜穎宏, 裴飛飛, 王凱, 李潔, 趙藝喆 申請人:太原理工大學(xué)