一种双相不锈钢埋弧自动焊焊接方法及其应用
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种22Cr型双相不锈钢埋弧自动焊焊接方法，尤其是10~20_厚的双 相不锈钢埋弧自动焊焊接方法。
【背景技术】
[0002] 双相不锈钢具有奥氏体和铁素体混合组织，奥氏体的存在降低了高铬铁素体的脆 性、氢脆和晶粒长大的倾向，提高了可焊性和韧性。而富铬铁素体则又提高了奥氏体的屈服 强度、抗晶间腐蚀和应力腐蚀能力。所以，双相不锈钢具有高强度、高韧性的同时，还保持有 高的抗应力腐蚀开裂、抗点蚀、抗缝隙腐蚀的能力，尤其是在氯化物、硫化物中具有高的抗 应力腐蚀开裂的能力。
[0003] 22Cr型双相不锈钢的焊接质量，决定于其焊缝和热影响区的铁素体和奥氏体含量 的平衡和两相组织的均匀性。在焊接过程中，金属从熔融到冷却，从凝固点到1200°C为铁素 体组织；1200~800 °C奥氏体从铁素体中析出；800~475 °C将可能有中间相(〇相、碳化物、氮 化物)析出。因此，焊接线能量的输入大小，直接影响着焊缝和热影响区中铁素体的含量。线 能量太小，不利于奥氏体析出；线能量太大，贝 1J会引起合金元素 Cr、Ni、Μο的烧损，导致材料 的耐腐蚀性能下降、机械性能劣化，不能得到良好的相组织，更容易析出中间相。同时，与奥 氏体不锈钢的焊接相比，2205双相不锈钢的焊接对污染更敏感，特别是对湿气和水分。任何 类型的油污、油脂和水分等污染物都会影响材料的抗腐蚀性及力学性能。
[0004] 传统的双相不锈钢焊接一般选用钨极氩弧焊、手弧焊条焊进行焊接，便于控制热 输入量。但是，钨极氩弧焊、手弧焊条焊这两种焊接方法的施焊效率过低，当设备直径较大 时，这两种施焊方法均会耗时严重，耽误设备的制作进度。同时，因钨极氩弧焊、手弧焊条焊 这两种方法的焊接质量对操作者的技能水平依赖性较大，随着施焊过程的增长，操作者精 力、体力的下降、责任心的下降等主观因素对焊接质量的负面影响越大，因操作原因产生缺 陷的可能性就越大;设备的直径越大、施焊工作量越大钨极氩弧焊、手弧焊条焊这两种方法 的效率低下、人为因素干扰严重的缺点就越明显。
【发明内容】
[0005] 针对上述现有技术存在的不足，本发明提供一种双相不锈钢埋弧自动焊焊接方法 及其应用，解决了双相不锈钢在焊接过程中线能量控制不到位影响耐蚀性能及力学性能的 难题，实现了双相不锈钢埋弧自动焊焊接，减少了焊工劳动强度、提高焊接质量的同时极大 地提高了施焊效率。
[0006] 为了解决以上技术问题，本发明的技术方案为：
[0007] -种双相不锈钢埋弧自动焊焊接方法，包括如下步骤：
[0008] 对焊接处进行坡口加工，然后清理坡口表面及坡口两侧，采用钨极氩弧焊进行打 底焊接，焊丝为ER2209实心氩弧焊丝，采用焊条电弧焊加厚打底层，焊条为ER2209焊条，最 后采用埋弧焊进行填充和盖面层焊接，焊丝为ER2209埋弧焊丝。
[0009]本发明的焊接方法重心在于采用了埋弧自动焊，来提高施焊效率及质量(埋弧自 动焊施焊速度分别是氩弧焊、焊条焊的8-10倍、4-5倍，熔敷效率是焊条电弧焊的2倍）。但 是，若从打底开始采用埋弧自动焊，则焊缝背面成型质量对焊工的操作能力要求极高，一般 焊工无法直接采用埋弧自动焊实现单面焊双面成型；若采用厚钝边坡口形式，进行埋弧自 动焊打底，为了保证焊接质量则只能采用碳弧气刨进行背面清根，而碳弧气刨属于高热能 输入后快速冷却操作，不利于双相不锈钢奥氏体、铁素体形成比例控制，影响双相不锈钢性 能。
[0010]因此，为了规避碳弧气刨，选用焊接质量较高的氩弧焊进行打底实现单面焊双面 成型。同时，埋弧自动焊融深大约为5-6mm，氩弧焊单层厚度约为3mm，一遍氩弧打底不足以 支撑埋弧自动焊融深而出现焊漏的情况，但若用氩弧焊打两遍底，则整体施焊效率就大大 降低，尤其是当设备直径较大的环缝焊接。
[0011]所以，第一遍打底采用氩弧焊，在规避碳弧气刨的同时保证单面焊双面成型焊接 质量;第二遍采用焊条电弧焊代替氩弧焊，提高施焊效率的同时增加打底层厚度，满足下一 步进彳丁埋弧自动焊焊接。
[0012]优选的，所述坡口采用V形坡口，坡口角度取60~70°。焊缝开坡口，是为了保证焊 透。单道焊缝横截面上焊缝宽度与焊缝厚度的比值称为焊缝成形系数。焊缝成形系数较小 时，会形成窄而深的焊缝，容易产生焊接缺陷，一般要求焊缝成形系数为1~2;当坡口角度 为60°时，焊缝成形系数为1.15，因此在无对焊材填充量有特殊控制要求时，坡口角度一般 不小于60°。
[0013]优选的，打底焊接过程中的焊丝的直径为2.4mm。
[0014] 优选的，打底焊接过程中采用高频脉冲引弧。氩弧焊接引弧方式分为两种:接触式 弓丨弧及非接触式引弧。高频脉冲引弧属于非接触式引弧，即钨极不与焊件接触，靠高频脉冲 电压直接引弧，避免了因钨极与焊件接触产生夹钨，最大限度保证焊接质量。
[0015] 高频引弧为利用高压击穿火花气隙，使之产生LC振荡，然后将高频振荡电压经耦 合，升压加到电极与工件之间，达到引弧的目的。
[0016] 优选的，钨极氩弧焊的钨极直径为3.2mm，喷嘴孔径为8mm。1.钨极直径:钨极在使 用前为保证电弧集中，端部需要加工成尖锥形或带平顶的圆锥形，焊接时钨极端部电流密 度极大，钨极直径需要根据焊接电流进行选择，若钨极直径过小则端部容易过热融化并增 加烧损，同时导致端部电弧无法集中、不稳定，影响焊接质量。因此选取承受电流较大的 3.2mm妈极。2.喷嘴直径:喷嘴直径一般有5~20mm多种，喷嘴直径过大、保护气流量过小，导 致无法将空气有效隔绝，影响保护效果;喷嘴直径过小、保护气流量过大，导致形成紊流，将 空气绞入同时影响电弧稳定性，影响焊接质量。根据本工艺单道焊缝宽度，8mm孔径喷嘴足 够保护焊道，配以合适的保护气流速足够保证焊接质量。
[0017] 优选的，钨极氩弧焊的焊接电流90~110A。
[0018] 优选的，妈极氩弧焊的氩气流量8~10L/min，施焊速度60~80mm/min。焊接电流、 焊接速度直接影响热输入量，采用以上焊接参数，可将焊接热输入量控制在10~12kJ/cm， 保证了焊接质量。
[0019]优选的，钨极氩弧焊的焊缝的背面采用液氩进行保护，保护气体流量20~25L/ min〇
[0020]优选的，钨极氩弧焊的层间温度<10(TC。层间温度过高会导致焊缝及焊缝热影响 区(尤其是热影响区中的过热区）奥氏体晶粒长大，对焊缝的耐腐蚀性、塑性、韧性均会负面 影响。
[0021 ]对焊件进行多层多道焊时，当焊接后道焊缝时，前道焊缝的最低温度称为层间温 度。
[0022]优选的，焊条电弧焊中的焊条的直径为3.2_。不同的焊条直径适用的电流范围不 同，适用电流随着焊条直径的增大而增大。当一种规格的焊条适用的电流超出其适用范围 后，在施焊过程中焊条会发红、药皮剥落而影响焊接质量。选用3.2mm焊条目的在于其适用 电流较4. Omm及以上直径的焊条小，便于控制热输入量。
[0023] 优选的，焊条电弧焊的焊接电流为90~120A，施焊速度100~120mm/min。焊接电 流、焊接速度直接影响热输入量，采用以上焊接参数，可将焊接热输入量控制在10~16kJ/ cm，保证了焊接质量。
[0024] 优选的，埋弧焊的焊丝直径为2.4mm。
[0025] 优选的，埋弧焊的电流为220-260A，电压为26-30V。焊接电流、焊接速度直接影响 热输入量，采用以上焊接参数，可将焊接热输入量控制在10~ISkJ/cm，在《承压设备焊接工 程师培训教程》(全国锅炉压力容器标准化技术委员会编制)推荐的10~25kJ/cm范围内。 [00 26] 进一步优选的，埋弧焊的焊接速度为25~35cm/min。
[0027] 优选的，埋弧焊的层间温度<10(TC。层间温度过高会导致焊缝及焊缝热影响区 (尤其是热影响区中的过热区）奥氏体晶粒长大，对焊缝的耐腐蚀性、塑性、韧性均会负面影 响。
[0028] 上述双相不锈钢埋弧自动焊焊接方法在双相不锈钢焊接中的应用，尤其在