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CN113523573B - 一种高碳马氏体不锈钢热轧卷板焊接方法 - Google Patents

一种高碳马氏体不锈钢热轧卷板焊接方法 Download PDF

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CN113523573B CN202110683404.5A CN202110683404A CN113523573B CN 113523573 B CN113523573 B CN 113523573B CN 202110683404 A CN202110683404 A CN 202110683404A CN 113523573 B CN113523573 B CN 113523573B
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Abstract

本发明公开了一种高碳马氏体不锈钢热轧卷板焊接方法，包括保护气体准备及流量调节、焊接材料选择、坡口准备、背部成型、焊接参数选择和焊接、退火参数选择和退火，本发明方法在高碳马氏体不锈钢卷与卷之间采用复合热源焊机焊接后，热影响区间小，同时采用电磁感应加热装置对焊缝及热影响区进行退火，退火后因焊接导致的热影响区的马氏体得到软化分解，硬度降低，进而对焊缝取样弯曲试验时，弯曲变形150°焊缝不开裂，实际生产未发生过断带事故，稳定了酸洗线的生产，同时降低了操作工人的劳动强度，更重要的是提高生产效率。

Description

一种高碳马氏体不锈钢热轧卷板焊接方法
技术领域
本发明涉及不锈钢焊接技术领域，具体涉及一种高碳马氏体不锈钢热轧卷板焊接方法。
背景技术
近几年随着国内刀剪市场的发展，下游市场对高碳马氏体不锈钢的需求逐步增加，其代表钢种为50Cr15MoV、6Cr13，其淬火后硬度可达56-61HRC，淬火后具有良好的耐磨性、耐蚀性以及高的硬度和锋利度。广泛应用于制作高档刀具。因其高碳成分，导致该钢种之间难以焊接。但该钢种热轧卷板在酸洗线生产时，卷与卷之间必须使用焊机焊接，目前的国内大型钢厂焊接技术主要使用MAG焊机焊接，使用该焊接方法焊接高碳马氏体不锈钢时，焊后热影响区冷却过程中产生脆而硬的马氏体相，导致在退火热轧卷板生产时焊缝断带停机，导致故障处理难度大，生产成本严重增加，稳定化生产无法继续。
现有专利公开号（CN110788454A）针对马氏体不锈钢的连续退火酸洗焊接方法，其采用MAG焊机焊接，焊接后对焊缝上表面采用增加固定筋板的形式，虽然保证了稳定化生产，但该方法人工焊接时生产效率较低，同时会增加工人劳动强度。
发明内容
本发明的目的是提供一种高碳马氏体不锈钢热轧卷板焊接方法，以解决上述问题。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种高碳马氏体不锈钢热轧卷板焊接方法，所述焊接方法选用复合热源焊接和单层单道对接焊接工艺，具体包括以下步骤：
步骤一、保护气体准备及流量调节：
焊缝正面为惰性保护气体，保护气体中活性气体含量不超过5%，保护气体流量控制为15-25L/min；焊缝背面也采用惰性保护气体，其保护气体中活性气体含量不超过1%，保护气体流量控制为10-20L/min；
步骤二、焊接材料选择：
焊丝为309Si，规格为1.0mm；
步骤三、坡口准备：
采用剪切装置对需要焊接带钢剪切为I型坡口；
步骤四、背部成型：
采用自然冷却成型；
步骤五、焊接参数选择和焊接：
焊缝间隙取0.1-0.2mm，焊炬高度取10.0-15.0mm；
当钢卷厚度为3.6-4.0mm时，辅助MAG焊电压取14.0-18.0V，激光功率取3.0-4.0Kw，送丝速度取7.0-10.0m/min，焊接速度取5.0-8.0m/min；
当钢卷厚度为4.1-4.5mm时，辅助MAG焊电压取16.0-20.0V，激光功率取3.0-4.0Kw，送丝速度取7.0-10.0m/min，焊接速度取5.0-8.0m/min；
当钢卷厚度为4.6-5.0mm时，辅助MAG焊电压取16.0-20.0V，激光功率取3.0-4.0Kw，送丝速度取7.0-10.0m/min，焊接速度取5.0-8.0m/min；
当钢卷厚度为5.1-5.5mm时，辅助MAG焊电压取18.0-22.0V，激光功率取4.0-5.0Kw，送丝速度取8.0-11.0m/min，焊接速度取4.0-7.0m/min；
当钢卷厚度为5.6-6.0mm时，辅助MAG焊电压取18.0-22.0V，激光功率取4.0-5.0Kw，送丝速度取8.0-11.0m/min，焊接速度取4.0-7.0m/min；
步骤六、退火参数选择和退火：
退火速度取1.5-2.0m/min；
当钢卷厚度为3.0-4.0mm时，退火功率取20.0-24.0Kw；
当钢卷厚度为4.0-5.0mm时，退火功率取22.0-26.0Kw；
当钢卷厚度为5.0-6.0mm时，退火功率取24.0-28.0Kw。
为了进一步实现本发明，步骤一中所述的活性气体为CO2，本发明相较于现有技术的有益效果为：
目前激光-MAG复合热源焊接技术具有焊缝成形优异，热量输入集中等优点，有较为广泛的应用，但由于马氏体相变脆化和装配精度问题，其在是高碳（C≥0.5%）马氏体不锈钢热轧卷的酸洗线需要焊接过程中，该技术参数没有实现应用。
热轧卷板常用MAG焊接技术，对于高碳马氏体不锈钢焊接后，其热影响总体较宽（具体钢种具有差异性），形成了大量的脆性马氏体组织，在酸洗线带张力运行过程中需要经张力辊、弯曲辊等弯辊时，会发生弯曲断裂。
相对目前的MAG焊接，本发明方法在高碳马氏体不锈钢卷与卷之间采用复合热源焊机焊接后，热影响区间小，同时采用电磁感应加热装置对焊缝及热影响区进行退火，退火后因焊接导致的热影响区的马氏体得到软化分解，硬度降低，进而对焊缝取样弯曲试验时，弯曲变形150°焊缝不开裂，实际生产未发生过断带事故，稳定了酸洗线的生产，同时降低了操作工人的劳动强度，更重要的是提高生产效率。
本发明使用对缝夹紧装置按照设定好的焊缝间隙对缝，给出了合理的焊接参数，自动焊接装置从宽度为1250mm的宽板一侧一次性焊接到另一侧，焊后使用电磁感应加热装置按照预定的加热参数在焊缝的下边紧挨焊缝从宽板一侧一次到另一侧进行退火，对焊缝的两侧分别切月牙后，弯曲检测焊缝韧性。本发明根据现有的焊机装置，提出了一套适用于高碳马氏体不锈钢的焊接、退火参数，该参数优点焊缝间隙小、热输入值小，退火后的焊缝得到了较好的韧性和强度，满足处理线大张力和弯曲的整个流程，且未发生过焊缝开裂的现象。
附图说明
图1为现有MAG焊后弯曲检测效果图；
图2是采用本发明焊接方法后弯曲检测效果图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。
一种高碳马氏体不锈钢热轧卷板焊接方法，所述焊接方法选用复合热源焊接和单层单道对接焊接工艺，具体包括以下步骤：
步骤一、保护气体准备及流量调节：
焊缝正面为惰性保护气体，保护气体中活性气体含量不超过5%，活性气体为CO2，保护气体流量控制为15-25L/min；焊缝背面也采用惰性保护气体，其保护气体中活性气体含量不超过1%，保护气体流量控制为10-20L/min；
步骤二、焊接材料选择：
焊丝为309Si，规格为1.0mm；
步骤三、坡口准备：
采用剪切装置对需要焊接带钢剪切为I型坡口；
步骤四、背部成型：
采用自然冷却成型；
步骤五、焊接参数选择和焊接：
焊缝间隙取0.1-0.2mm，焊炬高度取10.0-15.0mm；
当钢卷厚度为3.6-4.0mm时，辅助MAG焊电压取14.0-18.0V，激光功率取3.0-4.0Kw，送丝速度取7.0-10.0m/min，焊接速度取5.0-8.0m/min；
当钢卷厚度为4.1-4.5mm时，辅助MAG焊电压取16.0-20.0V，激光功率取3.0-4.0Kw，送丝速度取7.0-10.0m/min，焊接速度取5.0-8.0m/min；
当钢卷厚度为4.6-5.0mm时，辅助MAG焊电压取16.0-20.0V，激光功率取3.0-4.0Kw，送丝速度取7.0-10.0m/min，焊接速度取5.0-8.0m/min；
当钢卷厚度为5.1-5.5mm时，辅助MAG焊电压取18.0-22.0V，激光功率取4.0-5.0Kw，送丝速度取8.0-11.0m/min，焊接速度取4.0-7.0m/min；
当钢卷厚度为5.6-6.0mm时，辅助MAG焊电压取18.0-22.0V，激光功率取4.0-5.0Kw，送丝速度取8.0-11.0m/min，焊接速度取4.0-7.0m/min；
步骤六、退火参数选择和退火：
退火速度取1.5-2.0m/min；
当钢卷厚度为3.0-4.0mm时，退火功率取20.0-24.0Kw；
当钢卷厚度为4.0-5.0mm时，退火功率取22.0-26.0Kw；
当钢卷厚度为5.0-6.0mm时，退火功率取24.0-28.0Kw。
采用现有MAG焊接后弯曲效果和采用本发明的焊接方法焊接后弯曲效果对比见图1-2所示。
实施例1：
退火酸洗线需要焊接前后2卷厚度为5.0mm的退火态50Cr15MoV不锈钢。
步骤一、保护气体准备及流量调节：
焊缝正面为惰性保护气体，保护气体中活性气体含量为3%，活性气体为CO2，保护气体流量控制为20L/min；焊缝背面也采用惰性保护气体，其保护气体中活性气体含量为0.5%，保护气体流量控制为15L/min；
步骤二、焊接材料选择：
焊丝为309Si，规格为1.0mm；
步骤三、坡口准备：
采用剪切装置对需要焊接带钢剪切为I型坡口；
步骤四、背部成型：
采用自然冷却成型；
步骤五、焊接参数选择和焊接：
焊缝间隙0.15mm，焊炬高度13.0mm；辅助MAG焊电压18.0V，激光功率3.5Kw，送丝速度8.0m/min，焊接速度6.5m/min；
步骤六、退火参数选择和退火：
退火速度取1.7m/min；退火功率25.0Kw。
焊缝弯曲效果检测：对焊缝取样，进行弯心D=6a（a=板材厚度），弯曲角度大于90°正弯反弯弯曲测试，均未开裂；使用该方法焊接该规格厚度的50Cr15MoV生产1000余吨产品，在处理线未见开裂断带现象。
实施例2：
退火酸洗线需要焊接前后2卷厚度为4.0mm的退火态50Cr15MoV不锈钢。
步骤一、保护气体准备及流量调节：
焊缝正面为惰性保护气体，保护气体中活性气体含量为3%，活性气体为CO2，保护气体流量控制为20L/min；焊缝背面也采用惰性保护气体，其保护气体中活性气体含量为0.5%，保护气体流量控制为15L/min；
步骤二、焊接材料选择：
焊丝为309Si，规格为1.0mm；
步骤三、坡口准备：
采用剪切装置对需要焊接带钢剪切为I型坡口；
步骤四、背部成型：
采用自然冷却成型；
步骤五、焊接参数选择和焊接：
焊缝间隙0.12mm，焊炬高度12.0mm；辅助MAG焊电压16.0V，激光功率3.3Kw，送丝速度7.5m/min，焊接速度6.0m/min；
步骤六、退火参数选择和退火：
退火速度2.0m/min；退火功率22.0Kw。焊缝弯曲效果检测：对焊缝取样，进行弯心D=6a（a=板材厚度），弯曲角度大于90°正弯反弯弯曲测试，均未开裂；使用该方法焊接该规格厚度的50Cr15MoV生产2500余吨产品，在处理线未见开裂断带现象。
实施例3：
退火酸洗线需要焊接前后2卷厚度为5.0mm的退火态6Cr13不锈钢。
步骤一、保护气体准备及流量调节：
焊缝正面为惰性保护气体，保护气体中活性气体含量为3%，活性气体为CO2，保护气体流量控制为20L/min；焊缝背面也采用惰性保护气体，其保护气体中活性气体含量为0.5%，保护气体流量控制为15L/min；
步骤二、焊接材料选择：
焊丝为309Si，规格为1.0mm；
步骤三、坡口准备：
采用剪切装置对需要焊接带钢剪切为I型坡口；
步骤四、背部成型：
采用自然冷却成型；
步骤五、焊接参数选择和焊接：
焊缝间隙0.14mm，焊炬高度13.5mm；辅助MAG焊电压19.0V，激光功率3.4Kw，送丝速度8.0m/min，焊接速度7.0m/min；
步骤六、退火参数选择和退火：
退火速度1.5m/min；退火功率25.0Kw。
焊缝弯曲效果检测：对焊缝取样，进行弯心D=6a（a=板材厚度），弯曲角度大于90°正弯反弯弯曲测试，均未开裂；使用该方法焊接该规格厚度的6Cr13生产500余吨产品，在处理线未见开裂断带现象。
实施例4：
退火酸洗线需要焊接前后2卷厚度为4.0mm的退火态6Cr13不锈钢。
步骤一、保护气体准备及流量调节：
焊缝正面为惰性保护气体，保护气体中活性气体含量为3%，活性气体为CO2，保护气体流量控制为20L/min；焊缝背面也采用惰性保护气体，其保护气体中活性气体含量为0.5%，保护气体流量控制为15L/min；
步骤二、焊接材料选择：
焊丝为309Si，规格为1.0mm；
步骤三、坡口准备：
采用剪切装置对需要焊接带钢剪切为I型坡口；
步骤四、背部成型：
采用自然冷却成型；
步骤五、焊接参数选择和焊接：
焊缝间隙0.10mm，焊炬高度12.5mm；辅助MAG焊电压15.0V，激光功率3.1Kw，送丝速度7.0m/min，焊接速度6.0m/min；
步骤六、退火参数选择和退火：
退火速度1.6m/min；退火功率取21.0Kw。
焊缝弯曲效果检测：对焊缝取样，进行弯心D=6a（a=板材厚度），弯曲角度大于90°正弯反弯弯曲测试，均未开裂；使用该方法焊接该规格厚度的6Cr13生产800余吨产品，在处理线未见开裂断带现象。
实施例5：
退火酸洗线需要焊接前后2卷厚度为6.0mm的退火态50Cr15MoV不锈钢。
步骤一、保护气体准备及流量调节：
焊缝正面为惰性保护气体，保护气体中活性气体含量为3%，活性气体为CO2，保护气体流量控制为25L/min；焊缝背面也采用惰性保护气体，其保护气体中活性气体含量为0.5%，保护气体流量控制为20L/min；
步骤二、焊接材料选择：
焊丝为309Si，规格为1.0mm；
步骤三、坡口准备：
采用剪切装置对需要焊接带钢剪切为I型坡口；
步骤四、背部成型：
采用自然冷却成型；
步骤五、焊接参数选择和焊接：
焊缝间隙0.2mm，焊炬高度10.0mm；
辅助MAG焊电压为22V，激光功率为5Kw，送丝速度为11m/min，焊接速度为5m/min；
步骤六、退火参数选择和退火：
退火速度取1.5m/min；退火功率为28Kw。
焊缝弯曲效果检测：对焊缝取样，进行弯心D=6a（a=板材厚度），弯曲角度大于90°正弯反弯弯曲测试，均未开裂；使用该方法焊接该规格厚度的生产300余吨产品，在处理线未见开裂断带现象。
实施例6：
退火酸洗线需要焊接前后2卷厚度为4.5mm的退火态50Cr15MoV不锈钢。
步骤一、保护气体准备及流量调节：
焊缝正面为惰性保护气体，保护气体中活性气体含量为4%，活性气体为CO2，保护气体流量控制为20L/min；焊缝背面也采用惰性保护气体，其保护气体中活性气体含量为0.8%，保护气体流量控制为20L/min；
步骤二、焊接材料选择：
焊丝为309Si，规格为1.0mm；
步骤三、坡口准备：
采用剪切装置对需要焊接带钢剪切为I型坡口；
步骤四、背部成型：
采用自然冷却成型；
步骤五、焊接参数选择和焊接：
焊缝间隙为0.15mm，焊炬高度为13.0mm；辅助MAG焊电压为17V，激光功率为4.0Kw，送丝速度为8m/min，焊接速度为6m/min；
步骤六、退火参数选择和退火：
退火速度为2.0m/min；退火功率为24Kw。
焊缝弯曲效果检测：对焊缝取样，进行弯心D=6a（a=板材厚度），弯曲角度大于90°正弯反弯弯曲测试，均未开裂；使用该方法焊接该规格厚度的生产2000余吨产品，在处理线未见开裂断带现象。
实施例7：
退火酸洗线需要焊接前后2卷厚度为5.5mm的退火态50Cr15MoV不锈钢。
步骤一、保护气体准备及流量调节：
焊缝正面为惰性保护气体，保护气体中活性气体含量为3%，活性气体为CO2，保护气体流量控制为25L/min；焊缝背面也采用惰性保护气体，其保护气体中活性气体含量为0.6%，保护气体流量控制为19L/min；
步骤二、焊接材料选择：
焊丝为309Si，规格为1.0mm；
步骤三、坡口准备：
采用剪切装置对需要焊接带钢剪切为I型坡口；
步骤四、背部成型：
采用自然冷却成型；
步骤五、焊接参数选择和焊接：
焊缝间隙为0.18mm，焊炬高度为13.0mm；辅助MAG焊电压为21V，激光功率为5Kw，送丝速度为10m/min，焊接速度为6m/min；
步骤六、退火参数选择和退火：
退火速度取1.5m/min；退火功率为26Kw。
焊缝弯曲效果检测：对焊缝取样，进行弯心D=6a（a=板材厚度），弯曲角度大于90°正弯反弯弯曲测试，均未开裂；使用该方法焊接该规格厚度的生产500余吨产品，在处理线未见开裂断带现象。
实施例8：
退火酸洗线需要焊接前后2卷厚度为4.5mm的退火态 6Cr13不锈钢。
步骤一、保护气体准备及流量调节：
焊缝正面为惰性保护气体，保护气体中活性气体含量为3.5%，活性气体为CO2，保护气体流量控制为16L/min；焊缝背面也采用惰性保护气体，其保护气体中活性气体含量为0.1%，保护气体流量控制为11L/min；
步骤二、焊接材料选择：
焊丝为309Si，规格为1.0mm；
步骤三、坡口准备：
采用剪切装置对需要焊接带钢剪切为I型坡口；
步骤四、背部成型：
采用自然冷却成型；
步骤五、焊接参数选择和焊接：
焊缝间隙为0.13mm，焊炬高度为11.0mm；辅助MAG焊电压为16V，激光功率为3.0Kw，送丝速度为7.0m/min，焊接速度为5.0m/min；
步骤六、退火参数选择和退火：
退火速度为1.6m/min；退火功率为22Kw。
焊缝弯曲效果检测：对焊缝取样，进行弯心D=6a（a=板材厚度），弯曲角度大于90°正弯反弯弯曲测试，均未开裂；使用该方法焊接该规格厚度的生产300余吨产品，在处理线未见开裂断带现象。
实施例9：
退火酸洗线需要焊接前后2卷厚度为5.5mm的退火态6Cr13不锈钢。
步骤一、保护气体准备及流量调节：
焊缝正面为惰性保护气体，保护气体中活性气体含量为2%，活性气体为CO2，保护气体流量控制为17L/min；焊缝背面也采用惰性保护气体，其保护气体中活性气体含量为0.6%，保护气体流量控制为18L/min；
步骤二、焊接材料选择：
焊丝为309Si，规格为1.0mm；
步骤三、坡口准备：
采用剪切装置对需要焊接带钢剪切为I型坡口；
步骤四、背部成型：
采用自然冷却成型；
步骤五、焊接参数选择和焊接：
焊缝间隙为0.17mm，焊炬高度为13.0mm；辅助MAG焊电压为20V，激光功率为5.0Kw，送丝速度为10m/min，焊接速度为6.0m/min；
步骤六、退火参数选择和退火：
退火速度为1.7m/min；退火功率为26Kw。
焊缝弯曲效果检测：对焊缝取样，进行弯心D=6a（a=板材厚度），弯曲角度大于90°正弯反弯弯曲测试，均未开裂；使用该方法焊接该规格厚度的生产200余吨产品，在处理线未见开裂断带现象。
实施例10：
退火酸洗线需要焊接前后2卷厚度为6.0mm的退火态6Cr13不锈钢。
步骤一、保护气体准备及流量调节：
焊缝正面为惰性保护气体，保护气体中活性气体含量为2%，活性气体为CO2，保护气体流量控制为15L/min；焊缝背面也采用惰性保护气体，其保护气体中活性气体含量为0.5%，保护气体流量控制为20L/min；
步骤二、焊接材料选择：
焊丝为309Si，规格为1.0mm；
步骤三、坡口准备：
采用剪切装置对需要焊接带钢剪切为I型坡口；
步骤四、背部成型：
采用自然冷却成型；
步骤五、焊接参数选择和焊接：
焊缝间隙为0.20mm，焊炬高度为10.0mm；辅助MAG焊电压为22V，激光功率为5.0Kw，送丝速度为11m/min，焊接速度为6.0m/min；
步骤六、退火参数选择和退火：
退火速度为1.5m/min；退火功率为25Kw。
焊缝弯曲效果检测：对焊缝取样，进行弯心D=6a（a=板材厚度），弯曲角度大于90°正弯反弯弯曲测试，均未开裂；使用该方法焊接该规格厚度的生产200余吨产品，在处理线未见开裂断带现象。
以上描述仅为本申请的较佳实施例。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离本发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其他技术方案。例如上述特征与本申请中公开的（但不限于）具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims (2)

1.一种高碳马氏体不锈钢热轧卷板焊接方法，其特征在于：所述焊接方法选用复合热源焊接和单层单道对接焊接工艺，具体包括以下步骤：
步骤一、保护气体准备及流量调节：
焊缝正面为惰性保护气体，保护气体中活性气体含量不超过5%，保护气体流量控制为15-25L/min；焊缝背面也采用惰性保护气体，其保护气体中活性气体含量不超过1%，保护气体流量控制为10-20L/min；
步骤二、焊接材料选择：
焊丝为309Si，规格为1.0mm；
步骤三、坡口准备：
采用剪切装置对需要焊接带钢剪切为I型坡口；
步骤四、背部成型：
采用自然冷却成型；
步骤五、焊接参数选择和焊接：
焊缝间隙取0.1-0.2mm，焊炬高度取10.0-15.0mm；
当钢卷厚度为3.6-4.0mm时，辅助MAG焊电压取14.0-18.0V，激光功率取3.0-4.0Kw，送丝速度取7.0-10.0m/min，焊接速度取5.0-8.0m/min；
当钢卷厚度为4.1-4.5mm时，辅助MAG焊电压取16.0-20.0V，激光功率取3.0-4.0Kw，送丝速度取7.0-10.0m/min，焊接速度取5.0-8.0m/min；
当钢卷厚度为4.6-5.0mm时，辅助MAG焊电压取16.0-20.0V，激光功率取3.0-4.0Kw，送丝速度取7.0-10.0m/min，焊接速度取5.0-8.0m/min；
当钢卷厚度为5.1-5.5mm时，辅助MAG焊电压取18.0-22.0V，激光功率取4.0-5.0Kw，送丝速度取8.0-11.0m/min，焊接速度取4.0-7.0m/min；
当钢卷厚度为5.6-6.0mm时，辅助MAG焊电压取18.0-22.0V，激光功率取4.0-5.0Kw，送丝速度取8.0-11.0m/min，焊接速度取4.0-7.0m/min；
步骤六、退火参数选择和退火：
退火速度取1.5-2.0m/min；
当钢卷厚度为3.0-4.0mm时，退火功率取20.0-24.0Kw；
当钢卷厚度为4.0-5.0mm时，退火功率取22.0-26.0Kw；
当钢卷厚度为5.0-6.0mm时，退火功率取24.0-28.0Kw。
2.如权利要求1所述的高碳马氏体不锈钢热轧卷板焊接方法，其特征在于：步骤一中所述的活性气体为CO2。
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