专利名称：一种提高低碳马氏体不锈钢焊缝低温冲击韧性的焊接方法
技术领域：
本发明涉及一种焊接工艺，尤其是涉及一种提高低碳马氏体不锈钢焊缝低温冲击韧性的焊接方法。
背景技术：
大型叶片因材质特殊、浇注技术难度大、制造工艺复杂，过去长期依赖进口。目前，经过国内一些公司的研发，已基本掌握了这种大型装备的生产制造。其材质为ZG06Crl3Ni4Mo，属于低碳马氏体不锈钢。为减少叶片使用中发生空蚀和泥沙磨损、减少叶片疲劳裂纹，增加发电效率的可靠性、稳定性，顾客对叶片的内外质量都有着很严格的要求。力学性能主要指标抗拉强度> 800MPa，(TC冲击韧性AKvS 100J。对于叶片上缺陷的补焊，焊接焊缝的-20°C冲击韧性要求AKv ^ 35J。叶片整体要进行无损探伤检测，对叶片超标缺陷需要挖除干净，按照提交顾客审批的焊接工艺进行焊补。焊补后对叶片整体进行 焊后消应力，并对焊接处进行NDT复检，硬度检测。目前虽然通过化学成分和热处理工艺优化调配已实现了叶片高屈强比和高塑韧性的综合性能要求抗拉强度平均在820MPa以上，(TC冲击韧性AKv基本在120J以上，_20°C的AKv也在100J以上。但是焊缝的冲击韧性很难达到要求目前还没有解决这种问题的办法。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种工艺方法独特、在原焊接工艺方案的基础上提高焊材的Nieq/Creq当量比、降低焊接线能量、降低外来碳渗入焊缝、同时略微提高焊后回火温度的一种提高低碳马氏体不锈钢焊缝低温冲击韧性的焊接方法。为了实现发明目的，本发明通过如下方式实现
一种提高低碳马氏体不锈钢焊缝低温冲击韧性的焊接方法，其特征是该方法包括如下步骤
a.焊前处理用清渣器或砂轮打磨掉焊接缺陷及其周边200mm范围内的碳黑；
b.预热采用天然气预热，预热温度为50 100°C;温度测试用手持式红外线测温仪；
c.焊接选用手工电弧焊，焊条材质为C彡0.04%, Si ( 0. 6%，Mn ( I. 0%，Cr=12. 0 13. 5%, Mo=O. 4 0. 6%, Ni=3. 8 5. 0%，采用小5. 0的焊条，焊接电流为160 230A、电压为19 25V、焊接速度为MinlOcm/min，单道焊缝的宽度为6 10mm，厚度为3 5mm，焊接线能量为8. 4 10. 2 KJ/cm，层间温度为150 200°C ；
d.焊后热处理热处理温度为540 570°C。本发明有如下效果
I)工艺简单，可操作性强本发明提供的方法为a、焊前处理用砂轮机将气刨过的缺陷表面铲磨掉I 2_，用清渣器或砂轮打磨掉焊接缺陷及其周边200_范围内的碳黑及铁锈山、预热采用天然气预热，预热温度为50 10(TC;温度测试用手持式红外线测温仪；c、焊接选用手工电弧焊，焊条材质为C彡0. 04%, Si ( 0. 6%，Mn ( I. 0%，Cr=12. 0 13. 5%，Mo=O. 4 0. 6%,Ni=3. 8 5. 0%，采用5. 0的焊条，焊接电流为160 230A、电压为19 25V、焊接速度为MinlOcm/min，单道焊缝的宽度为6 10mm，厚度为3 5mm，焊接线能量为8. 4 10. 2 KJ/cm，层间温度为150 200°C ;d、焊后热处理热处理温度为540 570°C ；采用以上的工艺控制措施，焊接区平均硬度能够控制在HB285左右，-20°C的AKv均值为40J左右，达到大于35J的顾客要求，比改进前提高了 100%。而采用以上方法，工艺简单，可操作性强。2)控制焊材的Nieq/Creq当量比本发明根据大量的叶片本体的化学成分与组织的对照统计结果，得出当Nieq/Creq=0. 42 0. 45时，正回火组织中基本没有5铁素体且综合性能较好。其中，Nieq %= Ni + 30 (C + N) +0. 5Mn (%)，Creq% = Cr + Mo + I. 5Si(%)，式中各元素为质量百分数％。据此对要求与母材成分相近的等强度的马氏体型焊接材料重点成分进行控制，满足Nieq/Creq比要求。3)降低焊接线能量根据焊接线能量的表达式E= n (n/v)，式中u—电弧电压(V)，I一焊接电流(A)，V—焊接速度(m/s)，n 一功率有效系数(焊条电弧焊为0.74 ·0. 87、埋弧焊为0. 77 0. 90、交流钨极氩弧焊为0. 68 0. 85、直流钨极氩弧焊为0. 78 0.85)，无特别说明时，取中间值。优先选用手工电弧焊(SMAW)，采用￠5.0的焊条。将焊接线能量由原来的10. 2 15. 6KJ/ cm,降低到8. 4 10. 2 KJ/ cm。层间温度控制在200°C以下。焊补缺陷时预热温度降到100°C以下。因减小了焊缝热输入，细化了热影响区过热区的晶粒度，减少了焊缝组织冷却过程中碳化物析出，减少Cr在焊接中的烧损，减小空气中的N渗入焊缝的机会。从而保证了焊缝化学成分的稳定和金相组织的优良。焊接后未进行焊后热处理，焊缝金属硬度即可控制在HB32(T340，用原焊接参数焊接的焊缝金属硬度在HB340以上。4)降低外来碳渗入焊缝因叶片材质为超低碳马氏体不锈钢，碳元素的增加，会提高焊缝硬度，同时，恶化冲击韧性。故严格杜绝在焊接过程中的焊缝增碳行为。措施有1)避免碳弧气刨过的缺陷坑表面增碳。对采用碳弧气刨过的叶片缺陷，用砂轮机将气刨过的缺陷表面铲磨掉I 2_，铲磨光亮再焊，即使缺陷表面有增碳现象，可被铲磨掉。2)避免火焰预热对焊接缺陷处增碳。我公司对叶片缺陷位置处采用天然气预热，因为天然气燃烧不充分，会在铸件表面留下厚厚的碳黑。为此需要在焊接前，用清渣器及砂轮仔细打磨掉焊接缺陷及其周边200_范围内的碳黑，防止碳渗入焊缝尤其是热影响区内，恶化焊缝组织性能并降低冲击韧性。5)稍微提高焊后消应力温度。因顾客规定焊后回火温度必须低于性能热处理的回火温度，且要高于539°C。在兼顾叶片高强度所需求的回火温度范围下，确定叶片正常焊后热处理温度为540 570°C。根据具体铸件性能的情况，选用较高的焊后回火温度，如5650C，并保持足够的回火时间，使焊缝M组织得到充分的分解软化。同时，铸件残余应力消除的更彻底。
具体实施例方式一种提高低碳马氏体不锈钢焊缝低温冲击韧性的焊接方法，其特征是该方法包括如下步骤a.焊前处理用砂轮机将气刨过的缺陷表面铲磨掉I 2_，用清渣器或砂轮打磨掉焊接缺陷及其周边200_范围内的碳黑及铁锈；
b.预热采用天然气预热，预热温度为50 100°C;温度测试用手持式红外线测温仪；
c.焊接选用手工电弧焊，焊条材质为C彡0.04%, Si ( 0. 6%，Mn ( I. 0%，Cr=12. 0
13.5%, Mo=O. 4 0. 6%, Ni=3. 8 5. 0%，采用小5. 0的焊条，焊接电流为160 230A、电压为19 25V、焊接速度为MinlOcm/min，单道焊缝的宽度为6 10mm，厚度为3 5mm，焊接线能量为8. 4 10. 2 KJ/cm，层间温度为150 200°C ；
d.焊后热处理热处理温度为540 570°C。
权利要求
1.一种提高低碳马氏体不锈钢焊缝低温冲击韧性的焊接方法，其特征是该方法包括如下步骤 a.焊前处理用砂轮机将气刨过的缺陷表面铲磨掉I 2_，用清渣器或砂轮打磨掉焊接缺陷及其周边200_范围内的碳黑及铁锈； b.预热采用天然气预热，预热温度为50 100°C;温度测试用手持式红外线测温仪； c.焊接选用手工电弧焊，焊条材质为C彡0.04%, Si ( 0. 6%，Mn ( I. 0%，Cr=12. 0 13. 5%, Mo=O. 4 0. 6%, Ni=3. 8 5. 0%，采用小5. 0的焊条，焊接电流为160 230A、电压为19 25V、焊接速度为MinlOcm/min，单道焊缝的宽度为6 10mm，厚度为3 5mm，焊接线能量为8. 4 10. 2 KJ/cm，层间温度为150 200°C ； d.焊后热处理热处理温度为540 570°C。
2.如权利要求I所述的一种提高低碳马氏体不锈钢焊缝低温冲击韧性的焊接方法，其特征是所述焊前处理用砂轮机将气刨过的缺陷表面铲磨掉I 2_，用清渣器或砂轮打磨掉焊接缺陷及其周边200_范围内的碳黑及铁锈。
全文摘要
本发明涉及一种焊接工艺，尤其是涉及一种提高低碳马氏体不锈钢焊缝低温冲击韧性的焊接方法，该方法为焊前处理、预热、焊接和焊后热处理热处理温度为540～570℃；本发明提供的工艺方法独特、在原焊接工艺方案的基础上提高焊材的Nieq/Creq当量比、降低焊接线能量、降低外来碳渗入焊缝、同时略微提高焊后回火温度。
文档编号B23K9/00GK102794538SQ20121025470
公开日2012年11月28日 申请日期2012年7月23日 优先权日2012年7月23日
发明者马进, 曹鹏, 陈得润, 彭凡, 张俊勇, 李文辉, 李成志, 马金鑫, 张立文 申请人:宁夏共享集团有限责任公司, 宁夏共享铸钢有限公司