【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种焊接方法，尤其涉及一种复合板的焊接方法。
技术介绍
1、双金属复合板由于包含两种不同的组元金属，因此可以兼顾结构性和功能性需求，例如由高强度低合金结构钢和镍基合金构成的镍基合金复合板可以在保证足够强韧性的前提下提供良好的耐蚀性，目前已在工程中实现一定规模的应用。
2、但是，多组元金属的设计特点给材料赋予多层次性能的同时也给焊接过程提出了挑战，两种金属的化学成分很容易在焊接时相互影响，进而恶化接头的机械或耐蚀性能，因此工程中对于镍基合金复合板的连接一般采用多层多道焊，也就是将焊缝分为复层和过渡层镍基合金焊缝以及基层碳钢焊缝，分别焊接。对于这样的焊接过程存在两种焊接顺序，分别是基层-过渡层-复层的焊接顺序和复层-过渡层-基层的焊接顺序。
3、其中工程中常用的是第一种焊接顺序，在这种焊接顺序中，通过添加过渡层焊缝实现碳钢向镍基合金焊缝的成分过渡，可以有效地避免复层焊缝的耐蚀性的下降；而对于某些特殊的场景，如小型复合构件的封闭焊，由于操作空间有限而必须采用后一种焊接顺序，此时尽管复层先焊，但仍需要添加过渡层以实现镍基合金向碳钢的成分过渡，以避免碳钢焊缝的机械性能下降，但由于镍基合金中含有非常高含量的cr、ni等合金元素，碳钢焊缝很容易因为焊接稀释率过高而产生硬脆的马氏体组织，论文《additive manufacturing offunctionally graded transition joints between ferritic and austenitic alloys》中对这一现象进
4、目前工程中对此问题的常用解决办法是对全焊缝使用镍基合金焊材，但是这种做法大幅度的增加了镍基合金焊材的使用量，而镍基合金焊材的单价往往是碳钢焊材的数十倍，因此大幅增加了焊材成本；另一方面，由于镍基合金屈服强度较低，全镍基合金焊缝会降低了接头整体的结构强度，这对于一些有着高强度要求的复合板构件而言是安全隐患。换言之，镍基合金复合板在复层-过渡层-基层焊接顺序下混合焊材使用和接头组织及性能控制之间存在矛盾问题。
5、公开号为cn112122783a，公开日为2020年12月25日，名称为“一种碳钢-含镍合金复合板激光对接焊方法”的中国专利文献公开了：激光焊自熔或填丝焊的方法实现了复合板在复层-过渡层-基层焊接顺序下的连接，但是该专利技术要解决的主要是复合板构件在封闭焊工况下的焊接无法操作的问题，没有关注接头组织恶化的问题。
技术实现思路
1、本专利技术的目的之一在于一种优化镍基合金复合板焊缝组织的自动化焊接方法，该方法在应用混合焊材的前提下，基于复材层-过渡层-基材层的焊接顺序，对坡口和焊道布置进行特殊设计，综合使用多种焊接方法并合理化工艺窗口，避免了基材层碳钢焊缝组织整体发生马氏体化，实现了该焊接顺序下复合板的可靠连接。
2、为了实现上述目的，本专利技术提供了一种优化镍基合金复合板焊缝组织的自动化焊接方法，所述镍基合金复合板包括基材层、镍基合金复材层，所述基材层和镍基合金复材层的结合界面处具有过渡层；所述自动化焊接方法包括步骤：
3、在镍基合金复合板的焊接截面上对应基材层的位置加工梯形坡口；在镍基合金的焊接截面上对应过渡层的位置加工u型坡口；在镍基合金复合板的焊接截面上对应镍基合金复材层的位置不加工坡口；
4、采用激光焊对镍基合金复材层进行自熔焊；
5、使用与基材层匹配的碳钢焊丝，采用激光焊对过渡层进行填丝焊接；
6、采用热丝摆动钨极氩弧焊对基材层进行焊接。
7、在本专利技术中，专利技术人通过特殊的坡口设计，综合使用多种焊接方法并合理化工艺，实现了复材层-过渡层-基材层焊接顺序下镍基合金复合板的可靠连接。其中，本专利技术所述的优化镍基合金复合板焊缝组织的自动化焊接方法可以有效避免镍基合金复合板在复材层-过渡层-基材层焊接顺序下基材层碳钢焊缝组织整体发生马氏体化，进而提高接头的连接可靠性。与现有技术相比，本专利技术所述的优化镍基合金复合板焊缝组织的自动化焊接方法可以大幅减少镍基合金焊材使用量，在降低焊接成本的同时提高接头的结构强度。并且，本专利技术提出的复合板焊接方法采用的均为自动化焊接技术和参数化的焊接工艺，对焊接操作人员的焊接资质和技能水平依赖程度较小，显示出良好的可推广性。
8、进一步地，在本专利技术所述的优化镍基合金复合板焊缝组织的自动化焊接方法中，所述梯形坡口的倾斜部与竖直方向的夹角α≥(1.5b1)°，式中b1表示表示基材层表面至其与镍基合金复材层的结合界面的距离，其单位参量为mm。
9、进一步地，在本专利技术所述的优化镍基合金复合板焊缝组织的自动化焊接方法中，所述梯形坡口的单边底部宽度w2≥(5+0.1b1)，式中b1表示基材层表面至其与镍基合金复材层的结合界面的距离，其单位参量为mm。
10、进一步地，在本专利技术所述的优化镍基合金复合板焊缝组织的自动化焊接方法中，所述梯形坡口的底部与基材层和镍基合金复材层的结合界面之间的距离b4为1-2mm。
11、在这种实施方式中，可以将基层焊缝位置加工为梯形坡口。考虑到基层焊缝热丝摆动钨极氩弧焊施焊的可操作性，可以将梯形坡口的倾斜部与竖直方向的夹角α控制在α≥(1.5b1)°，梯形坡口的单边底部宽度w2控制在w2≥(5+0.1b1)，梯形坡口的底部与基材层和镍基合金复材层的结合界面之间的距离b4控制在1-2mm之间。
12、进一步地，在本专利技术所述的优化镍基合金复合板焊缝组织的自动化焊接方法中，所述u型坡口的单边宽度w1/2为1-1.5mm。
13、进一步地，在本专利技术所述的优化镍基合金复合板焊缝组织的自动化焊接方法中，所述u型坡口的弧形部的半径r≥0.25w1，式中w1表示两倍的所述u型坡口的单边宽度，其单位参量为mm。
14、在这种实施方式中，为保证复材层激光自熔焊顺利施焊并且不熔化碳钢，且由于镍基合金熔池粘度大、流动性差，为保证不产生未熔合缺陷，可以将过渡层焊缝位置加工为u型坡口。同时为了使得复层焊缝能够顺利焊接的同时不熔化碳钢母材，u型坡口的宽度w1应大于激光光斑直径。为了让熔池气体顺利排出，可以将u型坡口的直边角度保持为90度，且w1在大于激光光斑直径的同时不宜太小，控制在2-3mm的范围内，即将u型坡口的单边宽度w1/2控制在1-1.5mm之间，并将u型坡口的弧形部的半径r控制在r≥0.25w1。
15、进一步地，在本专利技术所述的优化镍基合金复合板焊缝组织的自动化焊接方法中，在采用激光焊对镍基合金复材层进行自熔焊的步骤中：采用的激光光斑直径≤1mm，控制激光功率为3.0-4.0kw，焊接速度为2.0-2.5m/min，正离焦量为0-5mm。
16、进一步地，在本专利技术所述的优化镍基合金复合板焊缝组织的自动化焊接方法中，在采用激光焊对过渡层进行填丝焊接的步骤中，采用的激光光斑直径≤1mm。
17、进一步地，在本专利技术所述的优化镍基合金复合板焊缝组织的自动化本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种优化镍基合金复合板焊缝组织的自动化焊接方法，所述镍基合金复合板包括基材层、镍基合金复材层，所述基材层和镍基合金复材层的结合界面处具有过渡层；其特征在于，所述自动化焊接方法包括步骤：
2.如权利要求1所述的自动化焊接方法，其特征在于，所述梯形坡口的倾斜部与竖直方向的夹角α≥(1.5b1)°，式中b1表示表示基材层表面至其与镍基合金复材层的结合界面的距离，其单位参量为mm。
3.如权利要求1所述的自动化焊接方法，其特征在于，所述梯形坡口的单边底部宽度w2≥(5+0.1b1)，式中b1表示基材层表面至其与镍基合金复材层的结合界面的距离，其单位参量为mm。
4.如权利要求1所述的自动化焊接方法，其特征在于，所述梯形坡口的底部与基材层和镍基合金复材层的结合界面之间的距离b4为1-2mm。
5.如权利要求1所述的自动化焊接方法，其特征在于，所述U型坡口的单边宽度w1/2为1-1.5mm。
6.如权利要求1所述的自动化焊接方法，其特征在于，所述U型坡口的弧形部的半径r≥0.25w1，式中w1表示两倍的所述U型坡口的单边宽度，其
7.如权利要求1所述的自动化焊接方法，其特征在于，在采用激光焊对镍基合金复材层进行自熔焊的步骤中：采用的激光光斑直径≤1mm，控制激光功率为3.0-4.0KW，焊接速度为2.0-2.5m/min，正离焦量为0-5mm。
8.如权利要求1所述的自动化焊接方法，其特征在于，在采用激光焊对过渡层进行填丝焊接的步骤中，采用的激光光斑直径≤1mm。
9.如权利要求1所述的自动化焊接方法，其特征在于，在采用激光焊对过渡层进行填丝焊接的步骤中：控制激光功率为4.0-5.0KW，焊接速度为2.0-3.0m/min，正离焦量为5-10mm，送丝速度为1.5-2.0m/min，送丝角度为30-45°。
10.如权利要求1所述的自动化焊接方法，其特征在于，在采用热丝摆动钨极氩弧焊对基材层进行焊接的步骤中：控制焊接电压为12.0-14.0V，焊接电流为140-180A，焊接速度为120-150mm/min，送丝速度为1.8-2.6m/min，热丝电流为60-100A，摆宽为1-4mm。
...【技术特征摘要】
1.一种优化镍基合金复合板焊缝组织的自动化焊接方法，所述镍基合金复合板包括基材层、镍基合金复材层，所述基材层和镍基合金复材层的结合界面处具有过渡层；其特征在于，所述自动化焊接方法包括步骤：
2.如权利要求1所述的自动化焊接方法，其特征在于，所述梯形坡口的倾斜部与竖直方向的夹角α≥(1.5b1)°，式中b1表示表示基材层表面至其与镍基合金复材层的结合界面的距离，其单位参量为mm。
3.如权利要求1所述的自动化焊接方法，其特征在于，所述梯形坡口的单边底部宽度w2≥(5+0.1b1)，式中b1表示基材层表面至其与镍基合金复材层的结合界面的距离，其单位参量为mm。
4.如权利要求1所述的自动化焊接方法，其特征在于，所述梯形坡口的底部与基材层和镍基合金复材层的结合界面之间的距离b4为1-2mm。
5.如权利要求1所述的自动化焊接方法，其特征在于，所述u型坡口的单边宽度w1/2为1-1.5mm。
6.如权利要求1所述的自动化焊接方法，其特征在于，所述u型坡口的弧形部的半径r≥0.25w1，式中w1表示两倍的...
【专利技术属性】
技术研发人员：朱敏，吴巍，钱伟方，王宝森，
申请(专利权)人：宝山钢铁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。