一種復(fù)雜黃銅復(fù)合鋼板未結(jié)合區(qū)補(bǔ)焊方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種復(fù)雜黃銅復(fù)合鋼板未結(jié)合區(qū)補(bǔ)焊方法，采用惰性氣體保護(hù)焊的焊接方法，惰性氣體采用氬氣與氦氣的混合氣，既提高了電弧的熱效應(yīng)，又可降低復(fù)雜黃銅復(fù)合鋼板的預(yù)熱溫度，提高熱效率，從而降低了操作工人的勞動強(qiáng)度，與純氦氣相比，又在一定程度上降低了生產(chǎn)成本；在復(fù)雜黃銅與基層鋼板之間焊接過渡層，可有效防止基層鋼板成分對復(fù)層焊縫金屬的不利影響，以保證接頭質(zhì)量和性能；本發(fā)明過渡層及蓋面層所選用的焊接材料中的Al和Si元素可以抑制復(fù)雜黃銅中鋅的蒸發(fā)，保證了復(fù)雜黃銅性能的同時又保障了操作工人的身體健康。
【專利說明】
一種復(fù)雜黃銅復(fù)合鋼板未結(jié)合區(qū)補(bǔ)焊方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及換熱器管束裝置技術(shù)領(lǐng)域，具體的說是一種復(fù)雜黃銅復(fù)合鋼板未結(jié)合區(qū)補(bǔ)焊方法。
【背景技術(shù)】
[0002]純銅為面心立方晶格，原子量62.54，密度為8.98/0113，熔點(diǎn)為1083°(:，電阻率為0.01673 Ω mm2/m，線膨脹系數(shù)為17.6 X 10—6/°C。銅合金主要有黃銅、白銅和青銅，其中黃銅的導(dǎo)熱性和熔點(diǎn)比純銅低，強(qiáng)度、硬度等力學(xué)性能比純銅高。黃銅分為簡單黃銅和復(fù)雜黃銅，其中簡單黃銅為Cu-Zn 二元合金，在Cu-Zn 二元合金中加入少量的錫、招等，組成多元合金，則稱為復(fù)雜黃銅。復(fù)雜黃銅具有良好的導(dǎo)熱性，復(fù)雜黃銅中的α相及β相是多元復(fù)雜固溶體，其強(qiáng)化效果較大，第三組元中的Sn抑制黃銅脫Zn，進(jìn)一步提高了黃銅的耐蝕性，其缺點(diǎn)是銅的儲量少，產(chǎn)量少，加工較難，焊接性較差和價格較貴。而金屬材料中碳素鋼的加工簡單，價格低廉。因此以碳素鋼為基層、以復(fù)雜黃銅為復(fù)層的銅合金復(fù)合鋼板，兼顧了兩種材料的特點(diǎn)，且與單一的銅合金相比價格較低。鑒于以上原因該類復(fù)雜黃銅復(fù)合鋼板廣泛用于壓力容器、冷凝器和熱交換器等領(lǐng)域。
[0003]由于銅和鋼之間的物理性能差異較大，采用熔化焊比較困難，而銅和鋼的壓力焊、電阻焊、摩擦焊和擴(kuò)散焊等的成本又較高，難于在大規(guī)模生產(chǎn)中推廣。比較起來，采用爆炸焊接的方法制造銅合金復(fù)合鋼板可以實(shí)現(xiàn)銅合金和鋼的冶金結(jié)合，生產(chǎn)成本較低，適用于大規(guī)模生產(chǎn)銅合金復(fù)合鋼板。采用爆炸焊接方法制造銅合金復(fù)合鋼板時起爆點(diǎn)等部位會產(chǎn)生未結(jié)合區(qū)。如果該區(qū)域能夠進(jìn)行補(bǔ)焊修復(fù)，則可大大降低該產(chǎn)品的生產(chǎn)成本。但是黃銅有良好的導(dǎo)熱性和很強(qiáng)的氧化性，黃銅中鋅的熔點(diǎn)為907°C，故焊接過程中極容易蒸發(fā)，鋅的大量蒸發(fā)將導(dǎo)致焊接接頭的力學(xué)性能下降，蒸發(fā)的鋅在空氣中立即被氧化成氧化鋅，會形成大量白色的煙霧，給焊接操作帶來很大困難，且會嚴(yán)重影響焊工的身體健康。而且焊接時產(chǎn)生的金屬氧化物的熔點(diǎn)很高，這些難熔的氧化物會降低焊縫金屬的致密性和強(qiáng)度，同時還會產(chǎn)生氣孔、未焊透等焊接缺陷。加之復(fù)雜黃銅復(fù)合鋼板焊接時銅合金和鋼之間的界面存在鐵的稀釋率問題，進(jìn)一步增加了復(fù)雜黃銅復(fù)合鋼板焊接的復(fù)雜性。在GB/T13147-2009《銅及銅合金復(fù)合鋼板焊接技術(shù)要求》中未對以復(fù)雜黃銅為復(fù)層的銅合金復(fù)合鋼板的焊接提出焊接要求，也未推薦其過渡層焊接材料的選擇。對于復(fù)雜黃銅復(fù)合鋼板復(fù)層局部耐蝕堆焊的工藝方法，目前找不到任何相關(guān)的文獻(xiàn)資料，也沒有檢索到相關(guān)專利。目前金屬復(fù)合材料廠家現(xiàn)有的做法是將起爆點(diǎn)引到爆炸焊接復(fù)合板之外，即加大復(fù)層黃銅板的尺寸，而且如果在其他區(qū)域也產(chǎn)生了超標(biāo)未結(jié)合區(qū)的時候，只能報廢處理，重新投料生產(chǎn)，這種生產(chǎn)方法既增加了生產(chǎn)成本，也增加了生產(chǎn)風(fēng)險。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種復(fù)雜黃銅復(fù)合鋼板未結(jié)合區(qū)的焊接修補(bǔ)方法，既保障了焊工身體健康的同時又保證了復(fù)雜黃銅復(fù)合鋼板的結(jié)合強(qiáng)度等各項(xiàng)性能，滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)協(xié)議的指標(biāo)要求。
[0005]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:
一種復(fù)雜黃銅復(fù)合鋼板未結(jié)合區(qū)補(bǔ)焊方法，包括以下步驟:
1)用磨光機(jī)去除起爆點(diǎn)未復(fù)合區(qū)，并修磨坡口；
2)采用鎢極惰性氣體保護(hù)焊的方法進(jìn)行復(fù)雜黃銅復(fù)合鋼板局部未結(jié)合區(qū)的復(fù)層堆焊，直流正接;首先在坡口區(qū)焊接一層過渡層，過渡層完全覆蓋基層鋼板;過渡層焊接時，在復(fù)雜黃銅相鄰處進(jìn)行焊接時電弧偏向基層鋼板，焊槍與焊接件之間的角度為70?90°，焊接時熔池的1/4?1/3區(qū)域在復(fù)雜黃銅處，利用焊接熱量來熔化相鄰的復(fù)雜黃銅母材;所述過渡層選用的焊接材料為鋁青銅焊絲；
3)過渡層焊接完成后，在過渡層上進(jìn)行蓋面層的焊接，蓋面層焊接時電弧偏向過渡層，焊槍與焊接件之間的角度為70?90°，焊接時熔池的1/4?1/3區(qū)域在復(fù)雜黃銅處，利用焊接熱量熔化相鄰的復(fù)雜黃銅母材;蓋面層為一層或多層，直至與復(fù)雜黃銅母材平齊;所述蓋面層選用的焊接材料為硅青銅焊絲。
[0006]所述步驟I)中在所得坡口區(qū)進(jìn)行預(yù)熱，采用電加熱帶加熱的方式進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱溫度為200 ±20 °C。
[0007]所述步驟2)中惰性氣體為氬和氦混合氣，其所占體積百分比為:氬為70%，氦為30%。
[0008]所述步驟2)中過渡層選用的焊接材料為鋁青銅焊絲S214。
[0009]所述步驟3)中蓋面層選用的焊接材料為硅青銅焊絲S211。
[0010]所述過渡層焊縫完全覆蓋基層鋼板且超過復(fù)雜黃銅復(fù)合界面0.5mm?1.0mm。
[0011 ]所述步驟I)中將表層復(fù)雜黃銅全部去除，坡口底部基層鋼板去除厚度2.5-3.0mm，去除后所得坡口的坡口角度為20?60°。
[0012]本發(fā)明的有益效果:
本發(fā)明提供的復(fù)雜黃銅復(fù)合鋼板未結(jié)合區(qū)的焊接修補(bǔ)方法，采用惰性氣體保護(hù)焊的焊接方法，惰性氣體采用氬氣與氦氣的混合氣，既提高了電弧的熱效應(yīng)，又可降低復(fù)雜黃銅復(fù)合鋼板的預(yù)熱溫度，提高熱效率，從而降低了操作工人的勞動強(qiáng)度，與純氦氣相比，又在一定程度上降低了生產(chǎn)成本;在復(fù)雜黃銅與基層鋼板之間焊接過渡層，可有效防止基層鋼板成分對復(fù)層焊縫金屬的不利影響，以保證接頭質(zhì)量和性能;過渡層焊接時電弧偏向基層鋼板，利用焊接熱量來熔化相鄰的復(fù)層黃銅母材;蓋面層焊接時電弧偏向過渡層熔敷金屬，利用焊接熱量熔化相鄰的復(fù)層黃銅母材;本發(fā)明過渡層和蓋面層所選用的焊接材料中的Al和Si元素可以有效抑制復(fù)雜黃銅中鋅的蒸發(fā)，保證了復(fù)雜黃銅性能的同時又保障了操作工人的身體健康;本發(fā)明的焊接方法簡單實(shí)用，不僅改善了勞動環(huán)境，保障了操作工人的身體健康，而且降低了生產(chǎn)成本，并且可確保經(jīng)焊接后的復(fù)雜黃銅復(fù)合鋼板的性能滿足相關(guān)技術(shù)指標(biāo)要求。
【附圖說明】
[0013]圖1為復(fù)雜黃銅C46400/Q235B復(fù)合鋼板未結(jié)合區(qū)復(fù)層局部堆焊后滲透檢測圖片；
圖2為復(fù)雜黃銅C46400/Q235B復(fù)合鋼板未結(jié)合區(qū)復(fù)層熔敷金屬宏觀形貌2X ;
圖3為復(fù)雜黃銅C46400/Q235B復(fù)合鋼板未結(jié)合區(qū)復(fù)層熔敷金屬金相組織500 X ; 圖4為復(fù)雜黃銅C46400/ SA266MGr.2復(fù)合鋼板未復(fù)合區(qū)復(fù)層熔敷金屬金相組織500X ; 圖5為復(fù)雜黃銅C46400/ SA266MGr.2復(fù)合鋼板復(fù)層母材金相組織500X ;
圖6為復(fù)雜黃銅C46400/ SA266MGr.2復(fù)合鋼板復(fù)層熱影響區(qū)金相組織500X。
【具體實(shí)施方式】
[0014]下面結(jié)合【具體實(shí)施方式】對本發(fā)明做進(jìn)一步的闡述。
[0015]—種復(fù)雜黃銅復(fù)合鋼板未結(jié)合區(qū)補(bǔ)焊方法，包括以下步驟:
1)用磨光機(jī)去除起爆點(diǎn)未復(fù)合區(qū)，并修磨坡口；
2)采用鎢極惰性氣體保護(hù)焊的方法進(jìn)行復(fù)雜黃銅復(fù)合鋼板局部未結(jié)合區(qū)的復(fù)層堆焊，直流正接;首先在坡口區(qū)焊接一層過渡層，過渡層完全覆蓋基層鋼板;過渡層焊接時在復(fù)雜黃銅相鄰處進(jìn)行焊接時電弧偏向基層鋼板，焊槍與焊接件之間的角度為70?90°，焊接時僅熔池的1/4?1/3區(qū)域在復(fù)雜黃銅處，利用焊接熱量來熔化相鄰的復(fù)雜黃銅母材;所述過渡層選用的焊接材料為鋁青銅焊絲;所述惰性氣體為氬和氦混合氣，其所占體積百分比為:氬為70%，氦為30%;所述過渡層焊縫完全覆蓋基層鋼板且超過復(fù)雜黃銅復(fù)合界面0.5mm?1.0mm；
3)過渡層焊接完成后，在過渡層上進(jìn)行蓋面層的焊接，蓋面層焊接時電弧偏向過渡層，焊槍與焊接件之間的角度為70?90°，焊接時僅熔池的1/4?1/3區(qū)域在復(fù)雜黃銅處，利用焊接熱量熔化相鄰的復(fù)雜黃銅母材;蓋面層為一層或多層，直至與復(fù)雜黃銅母材平齊;坡口區(qū)焊接完成;所述蓋面層選用的焊接材料為硅青銅焊絲。
[0016]實(shí)施例1
以厚度為1mm的復(fù)雜黃銅C46400為復(fù)層，以厚度為40mm的碳素鋼Q235B為基層采用爆炸焊接方法制造的復(fù)雜黃銅復(fù)合鋼板，爆炸焊接后的尺寸為(10+40) X 500 X 600mm。用角向磨光機(jī)去除起爆點(diǎn)未復(fù)合區(qū)，經(jīng)目視和滲透檢測，符合PT NB47013.5-20151級要求后，進(jìn)行補(bǔ)焊修理。焊前應(yīng)將焊絲表面及焊接坡口兩側(cè)至少各20mm范圍內(nèi)的油污、銹跡及其他污物、氧化膜等去除干凈。過渡層焊前進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱溫度為217°C，保溫時間為5分鐘。采用直徑為2.5mm的銅合金焊絲S214進(jìn)行過渡層的焊接，過渡層焊道厚度為3.0?4.0mm，過渡層焊縫完全覆蓋基層鋼且超過復(fù)合界面0.5mm -1.0_。每一道焊接前道焊縫表面氧化膜及其他污物去除干凈后進(jìn)行下一道的焊接。過渡層焊道檢查合格后，采用直徑為2.5mm的銅合金焊絲S211進(jìn)行蓋面層的焊接，蓋面層余高1.5_?2.0_。在整個焊接過程中無明顯的因鋅蒸發(fā)而造成的白色煙霧現(xiàn)象。焊后經(jīng)五倍放大鏡對堆焊區(qū)焊縫進(jìn)行外觀檢查，復(fù)層焊道無咬邊、裂紋、弧坑等缺陷，焊縫圓滑過渡，成形良好。外觀檢查合格后對堆焊層表面進(jìn)行超聲波和滲透檢測，檢測結(jié)果分別滿足NB/T47013.3-2015和NB/T47013.5-20151級要求，見圖1。對該焊接試板解剖進(jìn)行性能檢測，其抗拉強(qiáng)度為395MPa，不低于該銅鋼復(fù)合板抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的下限值，延伸率為52%，斷面收縮率為69.5%，均高于銅鋼復(fù)合板性能指標(biāo)要求。側(cè)彎試樣檢測后外表面無任何缺陷。焊接區(qū)宏觀形貌見圖2，堆焊層熔敷金屬無缺陷。金相組織見圖3，金相組織無異常。經(jīng)檢測復(fù)層熔敷金屬中的化學(xué)成分，其鐵的含量不大于10%。以上各項(xiàng)檢測結(jié)果均滿足GB/T13147-2009的指標(biāo)要求。
[0017]實(shí)施例2
以厚度為12mm的復(fù)雜黃銅C46400為復(fù)層，以厚度為72mm的碳鋼鍛件SA266MGr.2為基層采用爆炸焊接方法制造的復(fù)雜黃銅復(fù)合鋼板，爆炸焊接后的尺寸為(12+72) X 500 X 600mm。用角向磨光機(jī)去除起爆點(diǎn)未復(fù)合區(qū)，經(jīng)目視和滲透檢測，符合PT NB47013.5-20151級要求后，進(jìn)行補(bǔ)焊修理。焊前應(yīng)將焊絲表面及焊接坡口兩側(cè)至少各20mm范圍內(nèi)的油污、銹跡及其他污物、氧化膜等去除干凈。過渡層焊前進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱溫度為196°C，保溫時間為6分鐘。采用直徑為2.5mm的銅合金焊絲S214進(jìn)行過渡層的焊接，過渡層焊道厚度為3.0?4.0mm，過渡層焊縫應(yīng)完全覆蓋基層鋼且超過復(fù)合界面0.5mm -1.0mm。每一道焊接前道焊縫表面氧化膜及其他污物去除干凈后方可進(jìn)行下一道的焊接。過渡層焊道檢查合格后，采用直徑為2.5_的銅合金焊絲S211進(jìn)行蓋面層的焊接，蓋面層余高1.5mm?2.0mm。焊后經(jīng)五倍放大鏡對堆焊區(qū)焊縫進(jìn)行外觀檢查，復(fù)層焊道無咬邊、裂紋、弧坑等缺陷，焊縫圓滑過渡，成形良好。外觀檢查合格后對堆焊層表面進(jìn)行超聲波和滲透檢測，檢測結(jié)果分別滿足NB/T47013.3-2015和NB/T47013.5-20151級要求。取復(fù)雜黃銅C46400/ SA266MGr.2復(fù)合鋼板復(fù)層堆焊試樣，對該堆焊試樣解剖后進(jìn)行性能檢測，其抗拉強(qiáng)度為386MPa，不低于該銅鋼復(fù)合板抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的下限值，延伸率為52.5%，斷面收縮率為67.5%，均高于銅鋼復(fù)合板性能指標(biāo)要求。堆焊熔敷金屬側(cè)彎試樣檢測后外表面無任何缺陷。金相組織無異常，見圖4。復(fù)層銅母材晶粒度為6.5級，見圖5，復(fù)層銅熱影響區(qū)晶粒度為6.0級，見圖6。復(fù)層熔敷金屬中鐵的稀釋率不超過10%。以上各項(xiàng)檢測結(jié)果均滿足GB/T13147-2009的指標(biāo)要求。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種復(fù)雜黃銅復(fù)合鋼板未結(jié)合區(qū)補(bǔ)焊方法，其特征在于，包括以下步驟: 1)用磨光機(jī)去除起爆點(diǎn)未復(fù)合區(qū)，并修磨坡口； 2)采用鎢極惰性氣體保護(hù)焊的方法進(jìn)行復(fù)雜黃銅復(fù)合鋼板局部未結(jié)合區(qū)的復(fù)層堆焊，直流正接;首先在坡口區(qū)焊接一層過渡層，過渡層完全覆蓋基層鋼板;過渡層焊接時，在復(fù)雜黃銅相鄰處進(jìn)行焊接時電弧偏向基層鋼板，焊槍與焊接件之間的角度為70?90°，焊接時熔池的1/4?1/3區(qū)域在復(fù)雜黃銅處，利用焊接熱量來熔化相鄰的復(fù)雜黃銅母材;所述過渡層選用的焊接材料為鋁青銅焊絲； 3)過渡層焊接完成后，在過渡層上進(jìn)行蓋面層的焊接，蓋面層焊接時電弧偏向過渡層，焊槍與焊接件之間的角度為70?90°，焊接時熔池的1/4?1/3區(qū)域在復(fù)雜黃銅處，利用焊接熱量熔化相鄰的復(fù)雜黃銅母材;蓋面層為一層或多層，直至與復(fù)雜黃銅母材平齊;所述蓋面層選用的焊接材料為硅青銅焊絲。2.如權(quán)利要求1所述的復(fù)雜黃銅復(fù)合鋼板未結(jié)合區(qū)補(bǔ)焊方法，其特征在于:所述步驟I)中在所得坡口區(qū)進(jìn)行預(yù)熱，采用電加熱帶加熱的方式進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱溫度為200±20°C。3.如權(quán)利要求1所述的復(fù)雜黃銅復(fù)合鋼板未結(jié)合區(qū)補(bǔ)焊方法，其特征在于:所述步驟2)中惰性氣體為氬和氦混合氣，其所占體積百分比為:氬為70%，氦為30%。4.如權(quán)利要求1所述的復(fù)雜黃銅復(fù)合鋼板未結(jié)合區(qū)補(bǔ)焊方法，其特征在于:所述步驟2)中過渡層選用的焊接材料為鋁青銅焊絲S214。5.如權(quán)利要求1所述的復(fù)雜黃銅復(fù)合鋼板未結(jié)合區(qū)補(bǔ)焊方法，其特征在于:所述步驟3)中蓋面層選用的焊接材料為硅青銅焊絲S211。6.如權(quán)利要求1所述的復(fù)雜黃銅復(fù)合鋼板未結(jié)合區(qū)補(bǔ)焊方法，其特征在于:所述過渡層焊縫完全覆蓋基層鋼板且超過復(fù)雜黃銅復(fù)合界面0.5mm?1.0mm。7.如權(quán)利要求1所述的復(fù)雜黃銅復(fù)合鋼板未結(jié)合區(qū)補(bǔ)焊方法，其特征在于:所述步驟I)中將表層復(fù)雜黃銅全部去除，坡口底部基層鋼板去除厚度2.5-3.0mm，去除后所得坡口的坡口角度為20?60°。
【文檔編號】B23K35/38GK106077912SQ201610495549
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年6月30日
【發(fā)明人】王小華, 楊輝, 劉金濤, 張保奇, 辛寶
【申請人】洛陽雙瑞金屬復(fù)合材料有限公司