本发明涉及金属材料焊接，具体涉及一种15-5ph不锈钢高频脉冲氩弧焊焊接方法。
背景技术：
1、15-5ph钢是一种马氏体沉淀硬化不锈钢，抗拉强度可达1200mpa以上，具有高强度、高韧性、良好的耐腐蚀性、优良的可加工性等优点，被广泛应用于航空航天、船舶海洋、能源化工、核工业、兵器工业等领域。由于这类零部件工作条件苛刻、服役环境恶劣，所以在进行焊接热加工时，对焊缝质量要求非常高。尤其是对于疲劳性能要求较高的承载结构件，焊缝表面及内部质量、焊接接头性能、焊缝几何尺寸均是影响结构件疲劳寿命的重要因素，因此焊接质量检验必须严格执行。
2、15-5ph不锈钢合金元素含量高、导热系数低、电阻率高，采用传统熔化焊容易产生成分偏析、热影响区软化、接头强度低于母材等问题，且合金元素中含有强烈的热裂倾向元素cu和ti，存在一定的热裂倾向，所以控制层间温度、控制焊接线能量、限制深宽比及减小热裂倾向对15-5ph不锈钢的焊接至关重要。
3、真空电子束焊、激光焊、脉冲氩弧焊能量密度高、热量集中、焊接热影响区小，是焊接马氏体沉淀硬化不锈钢最佳的焊接方法。但是以上焊接方法均存在各自的优点及不足。真空电子束焊由于受真空室空间尺寸及焊接位置限制，难以焊接大尺寸及结构复杂的结构件，因此存在一定的局限性。激光深熔焊模式的小孔效应容易在焊缝中形成气孔缺陷，焊接质量较难控制，而且激光焊和电子束焊自熔焊易出现焊缝正面凹陷、背面余高与母材转角处形成尖角等问题，影响焊接结构的疲劳寿命。脉冲钨极氩弧焊具有电弧稳定、无飞溅、线能量低等优点，可以保证焊接质量，而且钨极氩弧焊具有灵活度高、适应性强等特点可以适用于各种位置焊接。但是，采用目前常见的200hz以下低频脉冲氩弧焊焊接15-5ph不锈钢仍存在如下缺点：(1)钨极承载电流能力差，电流较大或长时间焊接时会发生钨极熔化和烧损，其微粒进入熔池易造成焊缝夹钨；(2)采用低频脉冲氩弧焊焊接15-5ph不锈钢，由于电弧刚性差、电弧力较小，焊缝熔透率低，易出现焊道偏离或背面成形不连续等现象，影响焊缝成形质量。
技术实现思路
1、本发明所要解决的技术问题是针对现有技术现状提供一种15-5ph不锈钢高频脉冲氩弧焊焊接方法，可以在保证焊接接头性能的同时，提高焊缝成形质量。
2、本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种15-5ph不锈钢高频脉冲氩弧焊焊接方法，其特征在于包括如下步骤：
3、1)零件加工：采用车削、铣削或磨削工艺加工零件外形及焊接坡口；
4、2)焊前处理：先对零件进行消磁处理，然后采用丙酮或酒精清理焊接坡口及其两侧不小于20mm范围区域的油污、灰尘等杂质；
5、3)高频脉冲氩弧焊接：15-5ph不锈钢在固溶状态下进行焊接，固溶温度1035～1052℃、保温时间60～90min、水冷；采用分层焊，第一层打底焊不加丝，第二层填丝焊盖面；焊接材料采用化学成分与母材相近的焊丝，以保证在同一热处理制度下，焊缝力学性能接近母材；保护气体采用纯度不低于99.99％的氩气。
6、4)焊后热处理：焊接完成后对焊接件进行时效处理，时效温度550～560℃、保温时间4h、炉冷。
7、5)焊接质量检验：按照相关标准及要求进行质量检验。
8、作为优选，所述步骤1)所述零件壁厚为2.5～3.8mm。
9、作为优选，所述步骤1)所述焊接坡口采用v形对接坡口，坡口角度80°±5°，钝边0.5mm。
10、作为改进，所述步骤2)所述消磁处理是采用退磁器对零件进行消磁处理，消磁处理后采用特斯拉计检测零件的磁感应强度，磁感应强度应满足≤0.2mt。
11、作为优选，所述步骤3)所述的高频脉冲氩弧焊接钨极采用直径为3.0～3.2mm的铈钨极或镧钨极，钨极端部磨成平截锥形，端部夹角为40°～60°，截锥直径为钨极直径的1/4～1/3，在便于引弧和提高电弧稳定的同时，可以保证钨极足够的电流承载能力。
12、作为优选，所述步骤3)所述的高频脉冲氩弧焊接钨极端部中心与焊丝水平间距为3.5～4.0mm，该间距范围内一方面可以保证获得较小的焊缝正面熔宽，另一方面可以降低焊丝或熔滴与钨极发生粘黏的几率，保证送丝稳定性和连续性。
13、作为优选，所述步骤3)所述高频脉冲钨极氩弧焊接所用焊接设备为配置有弧压跟踪系统的自动钨极氩弧焊接设备。
14、作为优选，所述步骤3)所述高频脉冲钨极氩弧焊接电流采用直流正接，即工件接电源正极，钨极接电源负极，一方面可以防止钨极过热，另一方面有利于获得窄而深的焊缝。
15、作为优选，所述步骤3)所述第一层打底焊参数为脉冲频率15～20khz，峰值电流180～200a，基值电流100～120a，脉冲电流幅值80～100a，脉冲电流占空比30～50％，弧压9～10v，焊接速度22～24cm/min，焊枪保护气20～25l/min，拖罩保护气25～30l/min，背面保护气5～10l/min。
16、作为优选，所述步骤3)所述第二层填丝焊参数为脉冲频率15～20khz，峰值电流170～190a，基值电流90～110a，脉冲电流幅值80～100a，脉冲电流占空比30～50％，弧压10～11v，焊接速度20～22cm/min，送丝速度1000～1200mm/min，焊枪保护气20～25l/min，拖罩保护气25～30l/min，背面保护气5～10l/min。
17、作为优选，所述步骤3)所述的高频脉冲氩弧焊接层间温度严格控制在150℃以下，以防止焊接热影响区晶粒长大及逆转奥氏体的产生。
18、作为优选，所述步骤3)和步骤4)固溶和时效处理均为在真空条件进行的。
19、与现有技术相比，本发明的优点在于：
20、(1)在控制焊接热输入、防止热影响区晶粒长大及大量逆变奥氏体产生方面。本发明采取了如下措施：1.1)采用高频脉冲氩弧焊焊接方法，并采用较小的基值电流和较大的峰值电流，匹配较大的脉冲电流幅值和较小的占空比；1.2)在保证焊透的前提下，适当提高焊接速度，最大限度的减小焊接线能量；1.3)将层间温度严格控制在150℃以下。以上技术措施可有效降低热影响区宽度、防止热影响区软化及逆变奥氏体产生对焊缝强度、塑性和韧性的不利影响。
21、(2)在控制焊缝成形及尺寸精度方面。本发明的高频脉冲氩弧焊焊接方法的技术优势在于：2.1)利用了电弧的高频压缩效应，提高了电弧的能力密度和电弧挺度，保证了焊缝熔透率，同时减小了焊缝熔宽；2.2)增加了焊前零件消磁预处理工序，有效避免了由于试件加工过程产生的剩磁导致的电弧偏吹现象；2.3)设计采用分层焊，其中第一层打底焊不填丝，可节省电弧热量对熔化焊丝的能量消耗，解决了单道一次焊接成形易出现的焊缝背面成形不均匀、局部未焊透及焊缝熔宽和余高超差等系列问题；2.4)严格稳定的弧压控制，采用弧压跟踪系统实时监测焊接过程的电弧电压，对弧高进行自动控制，采用较小的弧压，减小电弧能量散失，提高电弧能量密度，进一步保证了焊缝熔透率和较小的焊缝熔宽。
22、(3)在防止焊缝氧化方面。本发明高频脉冲氩弧焊焊接方法采用焊枪气罩主动保护+焊枪尾部拖罩保护+焊缝背面辅助保护三重保护措施对焊缝熔池进行惰性气体保护，而且固溶和时效热处理均在真空条件下进行，可完全解决焊缝及基体氧化问题，焊缝为银色或不连续的淡黄色。
23、(4)在防止焊缝成分偏析、降低热裂倾向方面。本发明15-5ph不锈钢高频脉冲氩弧焊采用与母材成分相近的焊接材料，并在较低强度的固溶状态下进行焊接，焊后进行时效处理，可以保证在同一热处理制度下，焊接接头的力学性能接近母材，焊缝组织为板条状马氏体组织及细小弥散分布的ε-cu等析出相，焊接接头强度不低于母材强度的90％。
24、(5)在焊缝成形合格率方面。本发明高频脉冲氩弧焊焊接方法，可实现15-5ph不锈钢单面焊双面成形，焊缝背面余高均匀，焊缝焊趾与母材过渡圆滑，无需采取人工打磨、机械加工等后续修整措施，可避免后续加工人为因素对构件服役性能的影响，焊缝在焊接原始状态下进行检验即可满足焊接质量要求，焊缝一次合格率可达100％。
25、(6)在焊接工艺适应性方面。本发明高频脉冲氩弧焊焊接方法，工作条件为开放的大气环境，不受真空系统尺寸和工作条件的限制，可成形构件尺寸范围大，焊接能耗和成本低，可以实现不同尺寸、不同结构15-5ph不锈钢结构件的焊接制造。