异种钢的焊接方法
【专利摘要】本发明公开了一种异种钢的焊接方法。该异种钢的焊接方法包括以下步骤：选择使焊接部位的熔化的两种母材和熔敷金属形成连续固溶体的焊条；将待焊接的母材和焊条加热至180℃-220℃；在焊接部位进行多层焊接，并且层间温度控制在180℃-250℃。本发明提供的焊接方法可以提高焊接过程中母材的互溶性和溶解度，有效地阻止金属间化合物的形成和固溶体剩余成分的析出。从而，可以防止焊接部位产生裂纹，提高焊接质量。
【专利说明】异种钢的焊接方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及焊接，具体地，涉及一种异种钢的焊接方法。
【背景技术】
[0002]在工程制造行业中，异种钢的焊接应用越来越广泛。在实践中，通常采用电流密度大、热量集中、焊接速度快的氩弧焊进行异种钢焊接。但与焊条电弧焊相比，氩弧焊很明显的一个缺点就是对人身体的伤害程度比较高。氩弧焊的电流密度大，发出的光比较强烈，它的电弧产生的紫外线辐射约为普通焊条电弧焊的5?30倍，红外线辐射约为焊条电弧焊的I?1.5倍。并且，氩弧焊的热影响区域大，工件在修补后常常会造成变形、硬度降低、局部退火、或者是结合力不够及内应力损伤等缺点。然而，采用焊条电弧焊方式焊接异种钢同样存在很多问题。在实践中常常由于在焊条电弧焊时选择的结构、工艺参数和焊接措施不当而出现各种焊接缺陷，使得接头强度达不到应有的要求而留下事故隐患。
[0003]现有技术中的异种钢焊接质量存在上述诸多问题，与异种钢的焊接难度有很大的关系。影响异种钢焊接性的因素有很多，焊接过程中金属间化合物的产生是其中的一个重要因素。两种母材在结晶化学性能方面存在差异，两者在冶金学上是否相容，取决于两者在固态和液态时的互溶性。焊接过程中如果产生金属间化合物，会影响两种母材的互溶性，进而导致接头强度降低。而现有技术在防止金属间化合物产生方面存在欠缺，有待改善。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提供一种异种钢的焊接方法，以在异种钢焊接过程中阻止金属间化合物的产生，从而改善现有技术中的异种钢焊接的质量。
[0005]为了实现上述目的，本发明提供一种异种钢的焊接方法。该异种钢的焊接方法包括以下步骤:选择使焊接部位的熔化的两种母材和熔敷金属形成连续固溶体的焊条；将待焊接的母材和焊条加热至180°C -220°C ;在焊接部位进行多层焊接，并且层间温度控制在1800C -250O。
[0006]优选地，待焊接的两种母材分别是钴基高温合金和低碳钢。
[0007]优选地，异种钢的焊接方法还包括:进行焊接操作之前先在钴基高温合金和低碳钢的焊接部位开设V形坡口；其中，坡口的敞开角度为35° -45°。
[0008]优选地，钴基高温合金和低碳钢分别为K640钢和20钢；并且焊条的型号为A507。
[0009]优选地，多层焊接包括打底层焊接、填充层焊接和盖面层焊接；其中，打底层焊接的焊接电流为80A-85A，填充层焊接的焊接电流为115A-120A，盖面层焊接的焊接电流为110A-115A ;打底层焊接、填充层焊接和盖面层焊接的焊接电压为22V-24V ;打底层焊接使用的焊条的直径为Φ2.4πιπι-Φ2.6mm，填充层焊接和盖面层焊接使用的所述焊条的直径为Φ3.1πιιη-Φ3.3mm。
[0010]优选地，异种钢的焊接方法还包括:在多层焊接中，以退焊方式焊接成相互间隔开的多个焊道分段；其中，相邻的两个焊道分段中，前一个焊道分段的收弧部位和后一个焊道分段的起弧部位之间间隔10mm-20mm。
[0011]优选地，多个焊道分段的每个焊道分段焊接完毕后，对焊道分段和热影响区进行敲击。
[0012]优选地，异种钢的焊接方法还包括:焊接前，在焊接部位将待焊接的两种母材点焊定位以在两种母材之间形成的间隔。
[0013]优选地，异种钢的焊接方法还包括:在整个焊接过程中使用红外线测温仪监测焊接部位的温度，当焊接部位的温度超过预设温度的上限时停止焊接操作，待焊接部位的温度降至预设温度的下限时再继续进行焊接操作。
[0014]本发明的有益效果在于，采用能够使熔化的母材和熔敷金属在焊缝中形成连续固溶体的焊条，可以增大两种母材的溶解度；严格控制焊接过程中母材和焊条的温度，可以防止焊件温度的骤然变化，从而能够控制焊缝中的熔化的母材和熔敷金属停留在液体状态下的时间。由此，可以提高焊接过程中母材的互溶性和溶解度，有效地阻止金属间化合物的形成和固溶体剩余成分的析出。从而，可以防止焊接部位产生裂纹，提高焊接质量。
[0015]本发明的其他特征和优点将在随后的【具体实施方式】部分予以详细说明。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的【具体实施方式】一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中:
[0017]图1是根据本发明的实施例的两种待焊接母材的焊接位置关系示意图；
[0018]图2是图1中所示的实施例的侧视图；
`[0019]图3是图2中所示的实施例的焊接效果示意图，图中示出多层焊接结构。
[0020]附图标记说明
[0021 ] I钴基高温合金母材2低碳钢母材
[0022]3坡口α坡口的敞开角度
【具体实施方式】
[0023]以下结合附图对本发明的【具体实施方式】进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的【具体实施方式】仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
[0024]本发明提供一种异种钢的焊接方法。该焊接方法包括焊接前的操作、焊接过程中的操作和焊接后的操作。
[0025]参考图2和图3，根据本发明的实施方式，进行焊接之前先在待焊的两种母材的焊接部位开设V形坡口 3。V形坡口 3由角向砂轮机修磨而成。修磨完毕后，将V形坡口 3中由内侧至外侧的15mm至20mm的范围内的母材表面打磨干净,并露出金属光泽。沿V形坡口 3的底部进行焊接可以使焊接接头完全熔透，并且使焊接接头更好地成形。根据本发明的实施方式，V形坡口 3的敞开角度α优选35° -45°，藉此可以使熔化的母材占焊道金属的百分比(即熔合比)降低。由于过大的熔合比会增加焊缝的稀释率，使过渡层更加明显，因此上述优选的敞开角度α可以控制过渡层的厚度，从而改善焊接接头的焊接性能。
[0026]根据本发明的实施方式，焊接前应选择适用的焊条。从母材和焊条的化学成分角度考虑，母材和焊缝金属的化学成分相差越大，熔池内的金属越不容易充分混合，过渡层越明显。根据本发明的实施方式，尽量选择与母材的化学成分接近和匹配的焊条，该焊条能够使焊接部位的两种熔化的母材和熔敷金属形成连续固溶体，即，两种母材以及焊条这三种材料熔化后能够形成连续的固溶体。这样，可以防止金属间化合物的产生和防止固溶体的剩余成分的析出，提高母材的互溶性，从而改善焊接接头的焊接性能。
[0027]根据本发明的实施方式，焊接前先将待焊接的母材和焊条加热至预设温度。这样，可以控制母材的冷却速度，防止冷却过快导致裂纹产生。根据本发明的实施方式，根据本发明的实施方式，预设温度优选为180°C _220°C。将焊条加热到预设温度后保温烘干至少I小时，然后将焊条置入保温筒中保温备用。藉此可以防止焊条表面吸附氧离子、空气分子、水、油污等杂质而影响焊接质量。在准备焊接时，将母材加热至预设温度，使得自焊接开始时起母材就具有较为适合的温度，从而防止焊件骤冷骤热引起裂纹。更重要的是，当母材保持适合的温度时，可以很好地控制熔池中金属处于液态的时间，有效地防止或者减少金属间化合物的形成，从而提高金属间的互溶性，改善焊接质量。
[0028]考虑到两种母材在线膨胀系数、热导率和比电阻等方面的差异，根据本发明的实施方式，焊接开始时首先在焊接部位将待焊接的两种母材点焊以将两者定位，使得两种母材之间形成3_-4_的间隔。该间隔可增加焊缝的自由收缩量，降低焊缝的拘束应力，从而避免焊缝和热影响区产生裂纹，提高焊接质量。
[0029]根据本发明的实施方式，在焊接部位进行多层焊接。该多层焊接包括打底层焊接、填充层焊接和盖面层焊接。在焊接过程中将层间温度控制在180°C?250°C的范围内，藉此降低持续的热输入，减少高温停留时间，改善熔池结晶状态。根据本发明的实施方式，控制层间温度的措施包括，在整个焊接过程中使用红外线测温仪监测焊接部位的温度。当焊接部位的温度超过预设温度的允许的上限时，停止焊接操作，同时继续进行温度监测；待焊接部位的温度降至接近于预设温度的允许下限时，再继续进行焊接操作。藉此，在整个焊接过程中使母材保持适合的温度，以很好地控制熔池中金属处于液态的时间，从而有效地防止或者减少金属间化合物的形成，改善焊接质量。
[0030]进一步，在多层焊接中，以退焊方式焊接成相互间隔开的多个焊道分段。其中，相邻的两个焊道分段中，前一个焊道分段的收弧部位和后一个焊道分段的起弧部位之间间隔10mm-20mm。如此，可以使应力分布均匀，避免因应力集中而引起焊接质量的下降。并且，根据本发明的实施方式，多个焊道分段的每个焊道分段焊接完毕后，使用小锤对该焊道分段和热影响区进行敲击，直到该焊道分段和热影响区的表面布满麻点。如此，可消除部分残余应力，并将焊道分段和热影响区的表面的应力分布状态由拉应力状态修正为压应力状态，从而有效地防止裂纹的产生。
[0031]根据本发明的实施方式，焊接完毕后，立即将焊件缓慢加热至600°C _650°C，在该温度保温0.5小时-0.6小时后，使用石棉毡将焊件包裹起来使焊件缓慢降温至常温。如此，可以防止焊件冷却速度过快，改善焊缝和热影响区的组织性能，有效减少和消除焊接残余应力，从而提闻焊接质量。
[0032]根据本发明的实施方式，待焊接的两种异种钢母材包括钴基高温合金I和低碳钢
2。以下以钴基高温合金I和低碳钢2的焊接为例说明本发明的焊接方法。应该理解，以钴基高温合金I和低碳钢2的焊接为例进行描述仅以说明为目的，而并非以限定为目的。
[0033]进行焊接之前，先使用角向砂轮机在钴基高温合金I的焊接部位开设单面的V形坡口 3。V形坡口 3的敞开角度α优选35° -45°。将V形坡口 3两侧的15mm至20mm的范围内的待焊表面打磨干净，露出金属光泽。
[0034]焊接前还应选择适用的焊条。以待焊的异种钢为K640钢(钴基高温合金)和20钢(低碳钢)为例，焊接前先对K640钢和20钢的化学成分进行分析，选择化学成分与K640钢接近和匹配的焊条。A507焊条中Ni含量较高，并且焊条中的Ni能与熔敷金属中的其他元素固溶；其熔敷金属抗拉强度> 610Mpa，与K640钢的强度接近；其焊缝塑性(伸长率> 30%)和热强性都适合焊接K640钢。选择A507焊条对K640钢和20钢进行焊接，母材能与熔敷金属形成连续固溶，有效防止金属间化合物的产生。与使用其他型号的焊条焊接成的接头相比，使用A507焊条焊接成的接头的裂纹能够减少20%至25%。
[0035]焊接前先将待焊接的钴基高温合金I和低碳钢2和焊条加热至预设温度。将焊条加热至180°C _25(TC，优选为加热至180°C _220°C。在该温度下将焊条保温烘干至少I小时，然后将焊条置入保温筒中保温备用。将母材加热至150°C -220°C，优选为加热至1800C -220O。
[0036]焊接开始时首先在焊缝部位将钴基高温合金I和低碳钢2点焊以将两者定位，使得钴基高温合金I和低碳钢2之间形成的间隔。然后在焊接部位进行多层焊接。其中，打底层焊接、填充层焊接和盖面层焊接的参数设置为，打底层焊接的焊接电流为80A-85A，焊接电压为22V-24V，使用的焊条的直径为Φ2.4mm-Φ2.6mm，优选Φ2.5mm;填充层焊接的焊接电流为115A-120A，焊接电压为22V-24V，使用的焊条的直径为Φ3.1mm-Φ3.3mm，优选Φ3.2mm ;盖面层焊接的焊接电流为110A-115A，焊接电压为22V-24V,使用的焊条的直径为Φ3.1mm-Φ 3.3mm,优选Φ3.2mm。
[0037]在整个焊接过程中使用红外线测温仪监测焊接部位的温度。当焊接部位的温度超过230°C时，停止焊接操作，同 时继续进行温度监测；待焊接部位的温度降至接近于180°C时，再继续进行焊接操作。该层间温度可以保证盖面层焊接之前已经焊接好的焊接接头获得适当的冷却速度。在多层焊接中，以退焊方式焊接成相互间隔开的多个焊道分段。其中，相邻的两个焊道分段中，前一个焊道分段的收弧部位和后一个焊道分段的起弧部位之间间隔10mm-20mm。每个焊道分段焊接完毕后，使用小锤对该焊道分段和热影响区进行敲击，直到该焊道分段和热影响区的表面布满麻点。
[0038]焊接完毕后，立即将焊件缓慢加热至600°C _650°C，在该温度保温0.5小时-0.6小时后，使用石棉毡将焊件包裹起来使焊件缓慢降温至常温。
[0039]实施例
[0040]以下的实施例将对本发明作进一步的说明，但并不因此限制本发明。在下述实施例和对比例中，焊接后对焊缝进行着色渗透检查(GB/T4370.1~4730.6— 2005)。
[0041]实施例1
[0042]待焊接的异种钢为K640钢和20钢，使用的焊条型号为A507。其化学成分如下表所示。
[0043]K640钢和20钢的成分表
[0044]
【权利要求】
1.一种异种钢的焊接方法，其特征在于，该异种钢的焊接方法包括以下步骤: 选择使焊接部位的熔化的两种母材和熔敷金属形成连续固溶体的焊条； 将待焊接的所述母材和所述焊条加热至180°C -220°C ； 在焊接部位进行多层焊接，并且层间温度控制在180°C -250°C。
2.根据权利要求1所述的异种钢的焊接方法，其中，待焊接的两种所述母材分别为钴基高温合金(I)和低碳钢(2)。
3.根据权利要求1所述的异种钢的焊接方法，其中，所述异种钢的焊接方法还包括:进行焊接操作之前先在所述钴基高温合金(I)和低碳钢(2)的焊接部位开设V形坡口(3); 其中，所述坡口(3)的敞开角度(α)为35° -45°。
4.根据权利要求3所述的异种钢的焊接方法，其中，所述钴基高温合金(I)和低碳钢(2)分别为Κ640钢和20钢；并且 所述焊条的型号为Α507。
5.根据权利要求4所述的异种钢的焊接方法，其中，所述多层焊接包括打底层焊接、填充层焊接和盖面层焊接； 其中，所述打底层焊接的焊接电流为80Α - 85Α，所述填充层焊接的焊接电流为115Α —120Α，所述盖面层焊接的焊接电流为IlOA - 115Α ； 所述打底层焊接、填充层焊接和盖面层焊接的焊接电压为22V-24V ； 所述打底层焊接使用的所述焊条的直径为Φ2.4πιπι — Φ2.6mm，所述填充层焊接和所述盖面层焊接使用的所述焊条的直径为Φ3.1mm — Φ3.3mm。
6.根据权利要求1-5中任意一项所述的异种钢的焊接方法，其中，所述异种钢的焊接方法还包括:在所述多层焊接中，以退焊方式焊接成相互间隔开的多个焊道分段； 其中，相邻的两个焊道分段中，前一个焊道分段的收弧部位和后一个焊道分段的起弧部位之间间隔10mm-20mm。
7.根据权利要求6所述的异种钢的焊接方法，其中，所述多个焊道分段的每个焊道分段焊接完毕后，对所述焊道分段和热影响区进行敲击。
8.根据权利要求7所述的异种钢的焊接方法，其中，所述异种钢的焊接方法还包括:焊接前，在焊接部位将待焊接的两种所述母材点焊定位以在两种所述母材之间形成的间隔。
9.根据权利要求1-5中任意一项所述的异种钢的焊接方法，其中，所述异种钢的焊接方法还包括:在整个焊接过程中使用红外线测温仪监测焊接部位的温度，当所述焊接部位的温度超过所述预设温度的上限时停止焊接操作，待所述焊接部位的温度降至所述预设温度的下限时再继续进行焊接操作。
【文档编号】B23K9/00GK103658923SQ201210352418
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2012年9月20日 优先权日:2012年9月20日
【发明者】朱宁, 陈超, 冯树雄, 吴荣善, 涂修利, 曾元智, 何耀飞, 陈梦逢 申请人:攀钢集团工程技术有限公司