一种双相不锈钢焊接在线调整相比例的方法

本发明涉及双相不锈钢焊接领域，涉及一种双相不锈钢焊接在线调整相比例的方法。

背景技术：

1、双相不锈钢由等比例的铁素体相和奥氏体相组成，兼具有奥氏体不锈钢优异的韧性和铁素体不锈钢的高强度，在石油化工、海洋工程等领域应用广泛。焊接是双相不锈钢主要的加工方法之一，焊接过程中较高的热输入会使得奥氏体发生相变，转变为铁素体，焊接完成后较快的冷速导致铁素体来不及转变为奥氏体，元素大量聚集在铁素体当中，析出氮化物、碳化物等有害相，影响双相不锈钢力学性能及耐蚀性能。

2、专利号为cn113909688a的发明专利公开了用于调节两相比例的双相不锈钢焊接方法及焊接系统，通过磁场设备对双相不锈钢待焊工件施加交变磁场，在交变磁场的作用下对待焊工件进行激光焊接，加载交变磁场对焊接熔池具有一定搅拌作用，使熔池流动更加稳定，实现两相比例调节。上述专利文献虽然能够实现对双相不锈钢待焊工件的两相比例调节，但未考虑焊接完成后较高的热输入及冷却速度产生的有害析出相问题。

3、专利号为cn101733523a的发明专利公开了一种中厚板双相不锈钢焊接工艺，将待焊部位加工成双u型坡口，对口装配并采用多层多道焊，焊接完成后使用热处理炉进行固溶处理30min，接头中不产生有害相，获得较均匀的相比例焊接接头。上述专利使用热处理炉进行焊接接头焊后热处理，该工艺需保温较长时间，降低了焊接效率，且热处理焊件受限于热处理炉的大小。

4、综上所述，现有的激光焊等快速焊接技术焊缝区无法避免产生有害析出相，焊接后相比例失衡，奥氏体含量低。熔合区由于焊接过程热量不足、冷速较快，易析出碳化物、氮化物等有害相，相比例较焊缝区失衡严重。采用热处理炉固溶处理效率较低，且无法处理大型复杂零件，因此申请人提出一种双相不锈钢焊接在线调整相比例的方法。

技术实现思路

1、本发明的目的在于解决现有的双相不锈钢焊接后相比例失衡、析出有害相且焊后热处理效率低下问题，提出了一种双相不锈钢焊接在线调整相比例方法，该方法焊接效率高，焊接后的双相不锈钢相比例均匀，接头中无有害相析出，具有良好的力学性能和耐蚀性能。

2、本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

3、一种双相不锈钢焊接在线调整相比例的方法，具体包括以下步骤：

4、步骤1，将工件进行预处理，工件为双相不锈钢材料；

5、步骤2，通过电弧焊枪和激光器对工件进行电弧激光复合焊接；

6、步骤3，焊接完成后，通过感应线圈对工件进行电磁感应热处理；

7、步骤4，对工件进行冷却，促进奥氏体转变，控制两相比例，完成相比例调整。

8、进一步地，所述方法中，工件装夹在焊接夹具上，焊接夹具由移动机构驱使移动，从而实现工件与激光器、电弧焊枪及感应线圈的相对移动，移动机构优选为三轴移动机床，移动速度可调。

9、进一步地，所述焊接夹具具有通气孔，使用通气管连接氮气瓶与焊接夹具，往焊接夹具中通氮气，氮气流量为5～25l/min，保护工件底部不被氧化，促进工件底部奥氏体生成。具体地，所述焊接夹具包括焊接夹具底板和两块焊接夹具上压板，焊接夹具上压板通过固定螺栓连接，工件夹紧于焊接夹具底板和焊接夹具上压板之间。焊接夹具底板中心线开槽不导通，两端开前后贯通的孔连接氮气通气管，便于在工件底部通氮气，防止焊缝底部氧化，提高焊缝底部奥氏体比例，焊缝成形美观。

10、进一步地，所述步骤1的预处理包括去除工件表面毛刺和清洗除油，具体包括：对工件表面进行机械打磨，去除毛刺和油污等影响因素，随后用无纺布蘸取无水乙醇对工件表面进行清洗。

11、进一步地，本发明采用激光电弧复合焊接平台对工件进行焊接，激光电弧复合焊接平台包括激光器、电弧焊枪、焊接夹具等结构。激光器为光纤激光器，电弧焊枪整体为送丝mig焊机，激光光斑为圆形，所用保护气为氩气、氮气混合气。

12、进一步地，所述步骤2中，进行电弧激光复合焊接时，将双相不锈钢平板采用i型坡口对接，对接时平板间坡口不留间隙，电弧焊枪在前，在焊接接头处形成高温熔池提高激光吸收率，激光束在后，二次加热熔池，使形成的焊缝饱满平滑。所述步骤2中设置焊接参数包括激光功率、电弧送丝速度、光丝间距、激光离焦量、电弧保护气流量、工件底部保护气流量，焊接速度通过设置移动机构移动速度实现。

13、进一步地，所述步骤2中，焊接具体工艺参数为：光丝间距为0～10mm，激光功率为5～20kw，电弧送丝速度为2～20m/min，电弧保护气为ar+n2，流量为15～25l/min，工件相对电弧焊枪和激光器的移动速度为0.01～5m/min。

14、进一步地，所述步骤2中焊接完成定义为：工件整体完成焊接，移出激光电弧复合焊接平台，焊接夹具内气体持续通入，不随焊接完成停止。

15、进一步地，所述步骤3中感应热处理使用电磁感应热处理平台，电磁感应热处理平台包括感应加热导磁体、感应线圈、红外测温装置、水冷装置和吹气装置。所述步骤3中设置感应热处理工艺参数，包括感应频率、感应加热温度、感应头距工件表面高度、移动机构移动速度、水冷装置喷水流量、吹气装置气体流量。

16、进一步地，所述步骤3中电磁感应热处理包括：将感应线圈保持在待处理焊缝上方进行热处理，感应线圈导磁体宽度与焊缝宽度相等，将焊接接头加热到奥氏体化温度以上，通过吹气装置对工件进行吹气，吹气装置所吹氮气促进感应过程焊接接头奥氏体生长，通过红外测温装置对工件表面温度实时测温，工件相对感应线圈向前移动。

17、进一步地，所述步骤3中，进行电磁感应热处理时工件相对感应线圈的移动速度改为0.03～1m/min，吹气装置吹气时吹向感应线圈的下方，氮气流量为10～30l/min，感应线圈的感应频率为10～30khz，感应线圈距焊缝表面高度为3～15mm，感应加热温度500～1300℃。

18、进一步地，所述步骤4中，先让工件自然冷却，缓冷过程中奥氏体持续生长，当工件温度自然冷却至650～700℃时，开启水冷装置对焊件进行水冷，最好是自然冷却至700℃，水幕流到焊接试样上快速冷却至室温，通过吹气装置吹除焊件表面水渍，快冷过程防止焊接接头析出有害相。

19、其中，所述步骤3感应热处理开启时同步开启吹气装置并持续到步骤4，气流位于感应线圈之下焊接接头之上，首先气体能促进感应热处理过程焊接接头中奥氏体生长，其次通过控制气体流量可以改变感应加热冷却速率，最后吹气可以吹除流在焊接接头上的水渍，防止水幕流到感应线圈下面，影响感应加热效果。

20、进一步地，步骤4中后处理完成指水冷至室温，焊接件表面无残留水渍，关闭感应，关闭感应吹气装置、水冷装置，焊接夹具停止通入气体，完成双相不锈钢焊接在线相比例调整。

21、本发明的工作原理是：

22、电弧引导激光焊接，电弧在前熔滴落入下方焊接接头形成高温熔池，提高激光吸收率，激光在后入射电弧形成的熔池，激光匙孔加深，有利于进行厚板焊接，同时激光对熔池再次加热，焊缝表面更加饱满平滑，得到宏观形貌良好的焊接接头。随后进行焊后感应热处理，感应线圈导磁体宽度与焊缝一致，使热量主要集中在焊缝部位，焊缝快速升温至奥氏体相变温度以上，铁素体内元素开始扩散，在缓冷过程中奥氏体持续析出，同时感应配有吹气装置喷出气体有利于奥氏体析出，在700℃以下开启水冷，焊接接头快速冷却至室温，奥氏体停止生长，平衡两相组织，焊缝区无有害相。

23、本发明的有益效果在于：

24、1）焊接平台采用激光电弧复合焊，电弧在前形成的熔池能够弥补装配误差，焊缝成形美观，更有利于激光小孔效应，增加焊接熔深，提高焊接稳定性；

25、2）感应加热平台使用感应加热线圈对焊接接头部位进行加热，局部加热避免了热处理炉整体加热的能量浪费，极大地提高了生产效率，且感应加热路径柔性可调，可处理大型复杂零件；

26、3）感应加热焊接接头具有极快的升温速率，快速达到奥氏体相变点，焊接接头在冷却过程中奥氏体持续析出，两相组织得到改善，通过控制冷却区间避免生成cr2n、m23c6、aln有害相，同时感应热处理过程通入的气体可以促进奥氏体生长，提高奥氏体比例，水冷阻止奥氏体持续生长，避免奥氏体比例过高；

27、4）本方法生产效率高，焊接完成后的焊接接头焊缝成形良好，对装配精度要求不高，两相比例均衡，无有害相析出，使焊接接头具有优异的耐蚀性能以及力学性能。