一种用于环形耐高温不锈钢的耐磨堆焊方法及其应用与流程

本发明涉及焊接，特别是涉及一种用于环形耐高温不锈钢的耐磨堆焊方法及其应用。

背景技术：

1、生产过程中常采用的堆焊方法为连续多层堆焊，一般都是利用较高的预热温度，连续堆焊三层，然而当堆焊的基材为环形不锈钢材料时，这种常用的堆焊方式，会导致应力连续累加无法释放，当堆焊层层数多了以后，堆焊层表面会出现裂纹，沿着轴向方向开裂，甚至直接开裂至基材。

2、同时，常规的堆焊方法中，采用的焊接电流、电压偏大，堆焊层数多，因此，焊材具有较大的稀释率，对堆焊层的成分和质量有不利影响，难以满足标准。

技术实现思路

1、针对上述问题，本发明提供一种用于环形耐高温不锈钢的耐磨堆焊方法，该方法通过预热、焊接、后热、打磨4个步骤在基材上进行逐层耐磨堆焊，最终解决在环形耐高温不锈钢材料上焊接的堆焊层的开裂问题，且堆焊层的渗透检验、预定位置的化学成分含量、硬度值均符合标准。

2、为了达到上述目的，本发明提供了一种用于环形耐高温不锈钢的耐磨堆焊方法，包括以下步骤：采用焊接材料在基材上焊接焊层，重复所述焊接步骤至焊层的层数≤3层，得到堆焊层；

3、所述焊接包括以下步骤：预热，连续焊接，得到焊层，将焊层直接进行后热处理，打磨；

4、所述预热的温度为250-400℃。

5、现有技术中，为避免预热温度在焊接中快速冷却，通常采用快速连续堆焊的方法，在基材上进行堆焊，焊接完成后立即进炉，进行时效热处理，从而使堆焊层的硬度≥370hbw。然而，本发明人在研究中发现，若采用上述方法对环形耐高温不锈钢的基材进行堆焊，则会使基材圆周方向及轴线方向上的拘束应力比达到2:1，环形基材的拘束应力较大，再加上焊接材料存在高温硬度、韧性差，冷裂倾向大的特点，使焊接过程极易产生裂纹，导致焊缝质量不合格，最终焊接过程中沿着轴向开裂的可能性较大。因此，本发明人采用上述耐磨堆焊方法在基材上进行逐层的耐磨堆焊，能够解决环形耐高温不锈钢材料上焊接的堆焊层的开裂问题，且堆焊层的渗透检测、预定位置的化学成分含量、硬度值均符合标准。采用上述偏低的预热温度，可以降低稀释率，有利于保证堆焊层的化学成分要求。同时，焊接后得到的焊层，舍弃传统工艺中焊接后进行时效热处理的做法，将焊层直接进行后热处理，通过利用焊层间的回火作用，来适当降低前一层焊层的表面硬度，进而使堆焊层厚度为4mm处的硬度值达到标准。通过上述耐磨堆焊方法，解决了环形基材采用传统工艺整圈堆焊时，沿着基材轴向方向开裂的问题，也使堆焊层在预定位置的化学成分含量和硬度值能够符合标准要求。

6、在其中一个实施例中，所述连续焊接的焊接电流为100-130a，焊接电压为22-28v，焊接速度为15-25cm/min，焊道间的搭接量为50-60％。

7、采用上述较低的焊接电流和偏高的搭接量，有利于保证堆焊层的厚度，通过控制焊接电流和搭接量，能使单层焊层的厚度约为1-3mm，当焊层的层数为3时，可保证堆焊层的厚度达到6-7mm；同时，较低的焊接电流和偏快的焊接速度，有利于降低堆焊层的焊接应力。

8、在其中一个实施例中，所述后热处理的温度为250-400℃，所述后热处理的保温时间≥4h。

9、传统工艺中，连续堆焊后得到的堆焊层，会立刻进炉，进行保温温度在600-850℃，保温时间4-8h的时效热处理，从而改善堆焊层的组织性能，但堆焊层的硬度≥370hbw，难以满足预定位置硬度要求为270hbw-390hbw的要求，会对不锈钢基材产生不利影响，还增加了生产成本。因此，本发明人取消焊接后的时效热处理步骤，将焊接后的焊层制剂进行后热处理，通过上述温度的后热处理，利用焊层间的回火作用来适当降低前一层焊层的表面硬度，使预定位置的硬度达到标准。

10、在其中一个实施例中，所述焊层的厚度为1-3mm。

11、在其中一个实施例中，所述焊层的层数为3，所述堆焊层的厚度为6-7mm；

12、所述堆焊层的预定位置的c含量为0.10-0.18％，mn含量为1.00-2.00％，si含量为3.80-5.00％，cr含量为14.00-20.00％，ni含量为8.00-11.00％，mo含量为4.00-6.50％，nb含量为0.50-1.20％，s含量≤0.006％，p含量≤0.02％，co含量≤0.05％，b含量≤0.0015％，as含量≤0.01％，sb含量≤0.01％，bi含量≤0.01％，pb含量≤0.01％，sn≤0.01％，o含量≤0.05％，h含量≤0.0005％；

13、所述堆焊层的预定位置的硬度值为270-390hbw。

14、采用上述耐磨堆焊方法得到的堆焊层能够保证堆焊层的厚度为6-7mm，同时还能满足上述预定位置的化学成分含量、硬度值的标准。

15、在其中一个实施例中，所述预定位置为所述堆焊层厚度为4mm处。

16、在其中一个实施例中，所述焊接还包括位于打磨步骤之后的探伤步骤，所述基材为环形耐高温不锈钢材料。

17、在其中一个实施例中，所述预热的加热方式为电加热，所述后热处理的加热方式为电加热。

18、常规进行预热和后热处理时，采用天然气加热的方式，但因焊接的操作环境普遍比较恶劣，且当基材为环形时，焊接需要均温，因此，常规的燃气加热方式会对基材整体的温度均匀性产生不利影响，从而导致退焊层温度不均，进而产生细小裂纹和pt显示。因此，采用上述电加热方式，降低预热和后热处理过程中可能产生的不均匀温度梯度，减小热应力。

19、在其中一个实施例中，所述电加热包括：将加热器固定于所述基材的内部或外部，使基材绕轴心线自转。

20、在其中一个实施例中，所述电加热还包括以下步骤：将加热器固定于所述基材的内部或外部，使基材绕轴心线自转，采用加热器升高所述基材的温度，测量所述基材的温度，直至所述基材的温度符合要求；所述测量包括：将所述基材沿圆周方向均分为8个测温区域，测量所述测温区域的温度；所述基材的温度符合要求包括：所述测温区域的温度与所述预热或后热处理的温度差≤40℃。

21、本发明还提供了所述耐磨堆焊方法制备得到的中间热交换器。

22、在其中一个实施例中，所述基材的原料为耐高温奥氏体不锈钢316h，所述焊接材料为edcrni-b-15。

23、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

24、本发明的一种用于环形耐高温不锈钢的耐磨堆焊方法及其应用，该耐磨堆焊方法通过预热、焊接、后热、打磨4个步骤在基材上进行逐层耐磨堆焊，最终解决在环形耐高温不锈钢材料上焊接的堆焊层的开裂问题，且堆焊层的渗透检验、预定位置的化学成分含量、硬度值均符合标准。

技术特征：

1.一种用于环形耐高温不锈钢材料的耐磨堆焊方法，其特征在于，包括以下步骤：采用焊接材料在基材上焊接焊层，重复所述焊接步骤至焊层的层数≤3层，得到堆焊层；

2.根据权利要求1所述的耐磨堆焊方法，其特征在于，所述连续焊接的焊接电流为100-130a，焊接电压为22-28v，焊接速度为15-25cm/min，焊道间的搭接量为50-60％。

3.根据权利要求1所述的耐磨堆焊方法，其特征在于，所述后热处理的温度为250-400℃，所述后热处理的保温时间≥4h。

4.根据权利要求1所述的耐磨堆焊方法，其特征在于，所述焊层的厚度为1-3mm。

5.根据权利要求4所述的耐磨堆焊方法，其特征在于，所述焊层的层数为3，所述堆焊层的厚度为6-7mm；

6.根据权利要求5所述的耐磨堆焊方法，其特征在于，所述预定位置为所述堆焊层厚度为4mm处。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的耐磨堆焊方法，其特征在于，所述焊接还包括位于打磨步骤之后的探伤步骤，所述基材为环形耐高温不锈钢材料。

8.根据权利要求7所述的耐磨堆焊方法，其特征在于，所述预热的加热方式为电加热，所述后热处理的加热方式为电加热。

9.根据权利要求8所述的耐磨堆焊方法，其特征在于，所述电加热包括：将加热器固定于所述基材的内部或外部，使基材绕轴心线自转。

10.权利要求1-9中任一项所述耐磨堆焊方法制备得到的中间热交换器。

技术总结
本发明涉及一种用于环形耐高温不锈钢的耐磨堆焊方法及其应用，涉及焊接技术领域。该耐磨堆焊方法包括以下步骤：采用焊接材料在基材上焊接焊层，重复焊接步骤至焊层的层数≤3层，得到堆焊层；焊接包括以下步骤：预热，连续焊接，得到焊层，将焊层直接进行后热处理，打磨；预热的温度为250‑400℃。该方法通过预热、焊接、后热、打磨4个步骤在基材上进行逐层耐磨堆焊，最终解决在环形耐高温不锈钢材料上焊接的堆焊层的开裂问题，且堆焊层的渗透检验、预定位置的化学成分含量、硬度值均符合标准。

技术研发人员：蒋宇晨,李恩,陈小明,邓道勇,戴光明,何冰,赵鑫
受保护的技术使用者：东方电气（广州）重型机器有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13