一種高氮奧氏體不銹鋼中厚板的焊接方法及裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種高氮奧氏體不銹鋼中厚板的焊接方法及裝置，屬于鋼鐵材料焊接技術領域。
[0002]
【背景技術】
近年來，氮作為鋼的合金化成分已日益受到重視，高氮奧氏體不銹鋼優(yōu)異的力學性能、組織穩(wěn)定性和耐腐蝕性能使其成為一種應用前景非常廣闊的新型鋼鐵材料。其廣泛應用受到焊接的影響。高氮鋼因利用較高的氮含量進行合金化而具有良好的強韌性和耐蝕性，而在其熔焊過程中，焊縫區(qū)氮的損失降低了焊縫中的固溶氮含量，從而造成接頭性能下降。
[0003]在選擇高氮鋼焊接保護氣時，氬氣作為保護氣焊接有利于引弧和電弧穩(wěn)定，但在進行熔化極氬氣保護焊時，氮氣孔的形成、氣液界面處的氮逸出及氮化物的析出都會造成焊縫氮損失，固溶氮含量減少，使接頭性能下降。因此通常選用氬氣作為基本組成，并通過對其他氣體的選擇和比例的改變來達到降低焊縫氮損失的目的。氮氣是高氮鋼焊接過程中最常用的氣體之一，在一定范圍內增大氮分壓，焊縫氮含量也隨之增加。
[0004]目前對高氮鋼的焊接較多采用熔化極氬氣保護焊，如(焊接[J]2008，(12)，25-29)所采用的氬氣與2.5%的二氧化碳的混合氣體為保護氣，雖然文中并沒有直接測量氮含量，但鐵素體的析出已經(jīng)說明在焊接過程中有氮的逸出。在實際的實驗過程中，發(fā)現(xiàn)采用該方法，焊縫氮含量約為母材的20%，氮的大量損失使得焊縫組織中出現(xiàn)鐵素體，使得焊縫塑韌性降低。

【發(fā)明內容】

[0005]本發(fā)明的目的有兩個:
(I)提供一種高氮奧氏體不銹鋼中厚板的焊接方法。
[0006](2)提供一種高氮奧氏體不銹鋼中厚板的焊接裝置。
[0007]實現(xiàn)本發(fā)明目的(I)的技術方案為:
一種用于高氮奧氏體不銹鋼中厚板的焊接方法，所述方法是將熔化極氮氣保護焊槍放置于焊縫一側，非熔化極氮氣保護焊槍放置于焊縫另一側，焊接時熔化極氮氣保護焊槍與非熔化極氮氣保護焊槍同時移動，且在靠近熔化極氮氣保護焊槍的一側通入氮氣，通入氮氣位置與熔化極氮氣保護焊槍移動方向相反。
[0008]在高氮鋼焊接時，主要通過采用特定的保護氣而達到與眾不同的焊接效果。其中熔化極氣體保護焊槍采用高氮鋼焊絲，采用含氮氣體積分數(shù)為5-20%，余量為氬氣的混合氣體作為保護氣，通過調節(jié)保護氣中氮的含量，達到對焊縫中氮含量的控制。焊縫底部采用了非熔化極氮氣保護焊與焊縫表面同時進行焊接，不僅能保證焊透，而且能防止氮元素在焊透的情況下從焊縫底部逸出，該極采用鋯-鎢作為電級，氮氣作為保護氣。
[0009]實現(xiàn)本發(fā)明目的(2)的技術方案為:
上述在靠近熔化極氮氣保護焊槍的一側通入氮氣，為此本發(fā)明還涉及一種用于高氮奧氏體不銹鋼中厚板的焊接固氮裝置，所述裝置包括高壓氮氣保護拖罩、高壓氮氣發(fā)生裝置、拖罩夾持裝置，所述高壓氮氣保護罩為六面體形狀，頂面窄下面寬，空心，無底，前后關于鉛垂面對稱，剩余兩面一面垂直于水平面，另一面為斜面，頂面開有一個通氣孔，通氣孔通過管道連接高壓氮氣發(fā)生裝置。
[0010]一種高氮奧氏體不銹鋼中厚板的焊接裝置，所述裝置包括熔化極氮氣保護焊槍、非熔化極氮氣保護焊槍及固氮裝置，所述熔化極氮氣保護焊槍固定于焊縫一側，非熔化極氮氣保護焊槍固定于焊縫另一側，與熔化極氮氣保護焊槍關于高氮奧氏體不銹鋼中厚板對稱，所述高壓氮氣保護拖罩通過拖罩夾持裝置與熔化極氮氣保護焊槍相連，焊接時，熔化極氮氣保護焊槍在前高壓氮氣保護拖罩在后，高壓氮氣保護拖罩內通過外部導氣管與其頂面圓形通氣孔的連接從高壓氮氣瓶向其內部噴入高壓氮氣，使得焊縫在氮氣氛中冷卻。
[0011]焊接過程中，所述熔化極氮氣保護焊槍和非熔化極氮氣保護焊槍分別由一只機械手或行走機構裝夾，將熔化極氮氣保護焊槍放置于焊縫一側，非熔化極氮氣保護焊槍放置于焊縫另一側，高壓氮氣保護拖罩與熔化極氮氣保護焊槍夾持在一起，高壓氮氣保護拖罩底面對準焊縫，其位置與熔化極氮氣保護焊槍移動方向相反，施焊時高壓氮氣保護拖罩位于熔化極氮氣保護焊槍之后，并跟隨其行走；工作時，三部分裝置同時移動，高壓氮氣保護拖罩內通過外部導氣管與其頂面圓形通氣孔的連接從高壓氮氣瓶向其內部噴入高壓氮氣，使得焊縫在氮氣氛中冷卻，實現(xiàn)了對熔池的全方位和全過程的固氮和保護。
[0012]原理說明:焊接過程中氮氣在電弧空間中分解為氮原子，氮原子同時也在復合成為氮氣分子，由此而達到復合和分解的平衡，此時電弧空間維持一定的氮活度。電弧空間的氮原子會溶入熔池，同時熔池中的氮原子也會逸出，當溶入和析出達到平衡時，熔池能維持一定的氮含量。在一定范圍內提高電弧空間氮含量時可以提高電弧空間氮活度，使得溶入和析出平衡向溶入的方向移動，從而減少氮逸出，提高熔池氮含量。當電弧前移時，熔池逐漸冷卻，此時焊槍中的保護氣已經(jīng)隨電弧前移，使得高熱焊縫處氮分壓急劇降低，此處將成為高熱焊縫表面氮原子結合成分子逸出的地方。為此，本發(fā)明設計了用于高氮奧氏體不銹鋼中厚板的焊接固氮裝置，對高熱焊縫通以高壓氮氣，使其在高的氮分壓氣氛中冷卻，從而減少焊縫冷卻過程中的氮逸出。
[0013]本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比其顯著優(yōu)點是:利用本發(fā)明所提供的裝置進行高氮奧氏體不銹鋼中厚板焊接時，在適當?shù)暮附庸に噮?shù)下，焊縫正面的熔化極氮氣保護焊槍在施焊過程中能使氮的溶入析出平衡向溶入的方向移動，有效的防止電弧作用過程中焊縫的氮逸出；焊縫底部的非熔化極氮氣保護焊槍能有效阻止在焊透的情況下焊縫底部氮逸出；高壓氮氣拖罩可以有效防止高溫焊縫區(qū)域氮逸出。使得最終焊縫氮含量可以達到母材的90%以上，有效減少焊縫氮逸出。
【附圖說明】
[0014]圖1是本發(fā)明高氮奧氏體不銹鋼中厚板焊接固氮控制裝置結構示意圖。
[0015]圖2是實施例中高壓氮氣保護拖罩俯視圖。
[0016]圖3是圖2中A-A面剖示圖。
[0017]圖4是圖2中B-B面剖示圖。
【具體實施方式】
[0018]實施例1
對30mm高氮奧氏體不銹鋼板卷板成直徑為2m的筒體進行對接縱縫焊接。采用55度坡口，正面采用脈沖熔化極氮氣保護焊，焊絲采用高氮鋼焊絲，保護氣為9.5%的氮氣和90.5%的氬氣的混合氣體，焊接時保護流量為20L/min。焊接電流為270-290A，焊四層。同時保護拖罩以15L/min的流量噴純氮氣。焊縫背面采用非熔化極氮氣保護焊，采用鋯-鎢電極，其焊槍隨熔化極氮氣保護焊槍同步行走，采用氮氣作為保護氣，焊接電流為90A，焊槍套外以20L/min的流量噴氮氣。
[0019]具體步驟:將熔化極氮氣保護焊槍I放置于焊縫一側，非熔化極氮氣保護焊槍2放置于焊縫另一側，焊接時熔化極氮氣保護焊槍I與非熔化極氮氣保護焊槍2同時移動，且在靠近熔化極氮氣保護焊槍I的一側連接固氮裝置，固氮裝置安裝位置與熔化極氮氣保護焊槍I移動方向相反，所述固氮裝置包括高壓氮氣保護拖罩3、高壓氮氣發(fā)生裝置4、拖罩夾持裝置5，所述高壓氮氣保護罩3為六面體形狀，上窄下寬，前后關于鉛垂面對稱，剩余兩面一面垂直于水平面，另一面為斜面，空心，無底，頂面開有一個通氣孔，通氣孔通過管道連接高壓氮氣發(fā)生裝置4，其形狀如圖2，3，4所示，所述高壓氮氣保護罩3與熔化極氮氣保護焊槍I通過拖罩夾持裝置5夾持在一起，焊接時焊槍在前高壓氮氣保護拖罩緊隨其后，如圖1中所示。焊接結束時，兩把焊槍同時熄弧，并繼續(xù)前行50mm，使熄弧處的高熱焊縫位于高壓氮氣保護拖罩下方，保護拖罩內繼續(xù)通入純氮氣約30s，停止對保護拖罩通氣，移走焊槍，結束焊接。
[0020]焊后對母材和焊縫進行了氮含量測試，母材氮含量為0.65%，焊縫氮含量為
0.61%，為母材氮含量的93.8%，此方法對焊縫固氮的效果明顯。
[0021]對比例I
對30mm高氮奧氏體不銹鋼板卷板成直徑為2m的筒體進行對接縱縫焊接。采用55度坡口，采用高氮鋼焊絲，進行脈沖熔化極氬氣保護焊，保護氣流量為20L/min，焊接電流為270-290A。
[0022]具體步驟:將熔化極氮氣保護焊槍I中的氮氣和氬氣混合氣體換成純氬氣，形成熔化極氬氣保護焊槍，將該焊槍放置于焊縫一側。弓I弧并進行焊接，引弧的同時，焊槍會自動通入氬氣對焊縫進行保護。焊接結束時，熄弧，移走焊槍，結束焊接。
[0023]經(jīng)檢測，母材氮含量為0.65%，焊縫氮含量為0.1-0.2%，為母材氮含量的15.4%-30.8%ο
【主權項】
1.一種高氮奧氏體不銹鋼中厚板的焊接方法，其特征在于:所述方法是將熔化極氮氣保護焊槍(I)放置于焊縫一側，非熔化極氮氣保護焊槍(2)放置于焊縫另一側，焊接時熔化極氮氣保護焊槍(I)與非熔化極氮氣保護焊槍(2)同時移動，且在靠近熔化極氮氣保護焊槍(I)的一側通入氮氣，通入氮氣位置與熔化極氮氣保護焊槍(I)移動方向相反。2.根據(jù)權利要求1所述的焊接方法，其特征在于:所述熔化極氮氣保護焊槍(I)焊絲采用高氮鋼焊絲，保護氣為含氮氣、氬氣的混合氣體。3.根據(jù)權利要求2所述的焊接方法，其特征在于:保護氣為含氮氣體積分數(shù)為5-20%，余量為氬氣的混合氣體。4.根據(jù)權利要求1所述的焊接方法，其特征在于:所述非熔化極氮氣保護焊槍(2)電極采用鋯-鎢電極，保護氣為氮氣。5.一種高氮奧氏體不銹鋼中厚板的焊接裝置，包括熔化極氮氣保護焊槍(I)其特征在于:所述裝置包括非熔化極氮氣保護焊槍(2)及固氮裝置，所述固氮裝置包括高壓氮氣保護拖罩(3)、高壓氮氣發(fā)生裝置(4)、拖罩夾持裝置(5)，所述高壓氮氣保護罩(3)為六面體形狀，頂面窄下面寬，空心，無底，前后關于鉛垂面對稱，剩余兩面一面垂直于水平面，另一面為斜面，頂面開有一個通氣孔，通氣孔通過管道連接高壓氮氣發(fā)生裝置(4)，所述熔化極氮氣保護焊槍(I)固定于焊縫一側，非熔化極氮氣保護焊槍(2)固定于焊縫另一側，與熔化極氮氣保護焊槍(I)關于高氮奧氏體不銹鋼中厚板對稱，所述高壓氮氣保護拖罩(3)通過拖罩夾持裝置(5)與熔化極氮氣保護焊槍(I)相連。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種高氮奧氏體不銹鋼中厚板的焊接方法及裝置。所述方法是將熔化極氮氣保護焊槍放置于焊縫一側，非熔化極氮氣保護焊槍放置于焊縫另一側，焊接時熔化極氮氣保護焊槍與非熔化極氮氣保護焊槍同時移動，且在靠近熔化極氮氣保護焊槍的一側通入氮氣，通入氮氣位置與熔化極氮氣保護焊槍移動方向相反。所述裝置包括非熔化極氮氣保護焊槍、熔化極氮氣保護焊槍和固氮裝置。采用本方法和裝置對高氮奧氏體不銹鋼中厚板進行焊接，所得焊縫的氮含量可以達到母材氮含量的93.8%，塑韌性與母材相近。
【IPC分類】B23K9/167, B23K9/02, B23K9/173
【公開號】CN104907674
【申請?zhí)枴緾N201410092256
【發(fā)明人】王克鴻, 張頌, 李娟 , 牛延, 趙東升, 周琦, 孔見, 彭勇, 強偉, 江俊龍
【申請人】南京理工大學
【公開日】2015年9月16日
【申請日】2014年3月13日