一种喷涂材料及基于热喷涂预处理的高氮钢焊接工艺
阅读说明：本技术 一种喷涂材料及基于热喷涂预处理的高氮钢焊接工艺 (Spraying material and high-nitrogen steel welding process based on thermal spraying pretreatment ) 是由 崔博 黄初焕 张龙 冯明佳 罗添文 孙丽娜 吕尤 王莉婷 李享 于 2021-09-02 设计创作，主要内容包括：一种喷涂材料及基于热喷涂预处理的高氮钢焊接工艺,涉及高氮钢焊接工艺领域,该喷涂材料由21％wt Cr、69％wt Mn、3％wt TiN和7％wt Ni组成。焊接工艺包括：配制喷涂材料并雾化处理；对高氮钢焊接坡口处进行打磨、吹砂,利用热喷涂方法将喷涂材料喷涂在高氮钢焊接坡口处；对经热喷涂处理后的高氮钢进行高能束焊接。本发明通过在高氮钢焊接坡口处预置合金涂层,减少焊接时母材熔化量,同时合金涂层的成分可有效提高氮在钢中的溶解度,从而解决焊缝氮含量减少、氮化物析出及析出型气孔缺陷等问题。本发明采用热喷涂预处理的方法在高氮钢焊接坡口处预置合金涂层,提高了工作效率,并且涂层分布均匀,不易脱落。(A spraying material and a high-nitrogen steel welding process based on thermal spraying pretreatment relate to the field of high-nitrogen steel welding processes, and the spraying material is composed of 21 wt% of Cr, 69 wt% of Mn, 3 wt% of TiN and 7 wt% of Ni. The welding process comprises the following steps: preparing a spraying material and carrying out atomization treatment; polishing and sand blowing are carried out on the high-nitrogen steel welding groove, and a spraying material is sprayed on the high-nitrogen steel welding groove by a thermal spraying method; and carrying out high-energy beam welding on the high-nitrogen steel subjected to the thermal spraying treatment. According to the invention, the alloy coating is preset at the welding groove of the high-nitrogen steel, so that the melting amount of the base metal during welding is reduced, and meanwhile, the components of the alloy coating can effectively improve the solubility of nitrogen in the steel, thereby solving the problems of reduced nitrogen content of a welding seam, nitride precipitation, precipitation type pore defects and the like. The alloy coating is preset at the welding groove of the high-nitrogen steel by adopting a thermal spraying pretreatment method, so that the working efficiency is improved, and the coating is uniformly distributed and is not easy to fall off.)
技术领域
本发明涉及高氮钢焊接工艺技术领域，具体涉及一种喷涂材料及基于热喷涂预处理的高氮钢焊接工艺。
背景技术
高氮奥氏体不锈钢，简称高氮钢，是一种具有高强度、高韧性、蠕变抗力大、耐腐蚀性好等特点的新型工程材料，近年来备受关注。高氮钢中的N含量一般大于0.4％，由于含氮量高，焊缝中易出现氮损失、氮化物析出、焊接气孔等缺陷，因此其焊接性能受到业界广泛关注。
公开号为CN105772944A的中国专利公开了一种“解决高氮钢焊接气孔和提高接头强度的焊接装置及其焊接方法”，提供了一种高氮钢激光-电弧焊接的新方法，它是利用磁控和温控复合的方法解决高氮钢焊接气孔和焊缝接头性能差的问题。公开号为CN106346171A的中国专利公开了一种“高氮钢加压焊接用装置及利用该装置焊接高氮钢的方法”，提供了一种通过控制焊接保护气体的组成、焊接的压力以及焊接时的冷却参数，从而减少高氮钢焊缝中氮含量的流失和提高高氮钢焊缝力学性能的焊接方法。上述高氮钢焊接方法均存在工艺繁琐、焊接装置复杂等问题，并且不能同时解决焊缝氮气孔和氮含量减少等问题。论文《高氮钢MIG焊焊缝增氮及接头组织性能研究，刘昂，哈尔滨工业大学，2015-07-01》提供了一种高氮钢MIG焊接增氮方法，它利用自制MnN焊丝来提高焊缝氮含量，但单独通过元素Mn来提高氮元素溶解度效果有限，且该方法难以解决焊缝气孔缺陷，MnN焊丝也很难保证焊接的稳定性。
发明内容
为了解决现有高氮钢焊接方法存在的焊缝氮含量减少、氮化物析出、析出型气孔等缺陷问题，本发明提供一种喷涂材料及基于热喷涂预处理的高氮钢焊接工艺。
本发明为解决技术问题所采用的技术方案如下：
本发明的一种喷涂材料，由21％wt Cr、69％wt Mn、3％wt TiN和7％wt Ni组成。
采用本发明的一种喷涂材料实现的基于热喷涂预处理的高氮钢焊接工艺，主要包括以下步骤：
步骤一、喷涂材料配制
该喷涂材料由21％wt Cr、69％wt Mn、3％wt TiN和7％wt Ni组成，对该喷涂材料进行雾化处理；
步骤二、预处理
对高氮钢焊接坡口处进行打磨、吹砂，利用热喷涂方法将喷涂材料喷涂在高氮钢焊接坡口处；
步骤三、高能束焊接
对经热喷涂处理后的高氮钢进行高能束焊接。
作为优选的实施方式，步骤一中，对该喷涂材料进行雾化处理，使其粒径控制在0.1mm内。
作为优选的实施方式，步骤二中，所述热喷涂方法选用火焰喷涂处理方法。
作为优选的实施方式，步骤二中，所述喷涂材料的喷涂厚度为0.3-0.6mm。
作为优选的实施方式，步骤三中，所述高能束焊接的焊接热源为激光束或电子束。
本发明的有益效果是：
本发明的一种基于热喷涂预处理的高氮钢焊接工艺，焊接前预先对高氮钢焊接坡口进行热喷涂预处理，使高氮钢焊接坡口处形成一层合金涂层，该合金涂层是一种由21％wt Cr、69％wt Mn、3％wt TiN和7％wt Ni组成的特殊喷涂材料，最后采用激光束或电子束等高能束焊接方法对高氮钢进行焊接。
本发明通过在高氮钢焊接坡口处预置合金涂层，减少焊接时母材熔化量，同时合金涂层的成分可有效提高氮在钢中的溶解度，从而解决焊缝氮含量减少、氮化物析出及析出型气孔缺陷等问题。
本发明采用热喷涂预处理的方法在高氮钢焊接坡口处预置合金涂层，提高了工作效率，并且涂层分布均匀，不易脱落。
附图说明
图1为实施例1中的基于热喷涂预处理的高氮钢焊接工艺焊接后的焊缝探伤图。
图2为现有激光焊方法焊接后的焊缝探伤图。
图3为实施例2中的基于热喷涂预处理的高氮钢焊接工艺焊接后的焊缝探伤图。
图4为现有激光焊方法焊接后的焊缝探伤图。
图5为实施例3中的基于热喷涂预处理的高氮钢焊接工艺焊接后的焊缝探伤图。
图6为现有电子束焊方法焊接后的焊缝探伤图。
图7为实施例4中的基于热喷涂预处理的高氮钢焊接工艺焊接后的焊缝探伤图。
图8为现有电子束焊方法焊接后的焊缝探伤图。
具体实施方式
本发明的一种喷涂材料，由21％wt Cr、69％wt Mn、3％wt TiN和7％wt Ni组成。
本发明的一种基于热喷涂预处理的高氮钢焊接工艺，主要包括以下步骤：
步骤一、喷涂材料配制
该喷涂材料由21％wt Cr、69％wt Mn、3％wt TiN和7％wt Ni组成，对该喷涂材料进行雾化处理，使其粒径控制在0.1mm内。
步骤二、预处理
对高氮钢焊接坡口处进行打磨、吹砂，利用火焰喷涂处理方法将喷涂材料喷涂在高氮钢焊接坡口处，形成厚度为0.3-0.6mm的喷涂层。
步骤三、高能束焊接
对经热喷涂处理后的高氮钢进行高能束焊接，其中，高能束焊接的焊接热源可以采用激光束或电子束，但不限于此。
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1基于热喷涂预处理的高氮钢焊接工艺
1、喷涂材料配制
该喷涂材料由21％wt Cr、69％wt Mn、3％wt TiN和7％wt Ni组成，对该喷涂材料进行雾化处理，使磨料粒径控制在0.1mm内；
2、预处理
2.1将两块厚度为8.0mm、氮含量为0.62％的高氮钢板用角磨机去除表面氧化膜，然后用丙酮去除表面油污；
2.2采用吸射式吹砂机对高氮钢焊接坡口处进行细化吹砂处理；吸射式吹砂机的压力设置为0.45MPa，吹砂角度设置为30°；
2.3采用火焰喷涂处理方法在高氮钢焊接坡口处喷涂厚度为0.5mm的喷涂材料。
3、高能束焊接(激光焊)
3.1将经过热喷涂处理后的两块高氮钢板按照对接形式装配好，在两块高氮钢板的待焊接处上方使用激光束垂直照射焊接，激光束离焦量为-2mm，激光功率为4.0kw，焊接速度为0.8m/min，保护气体为氩气。
如图1所示，采用本实施例的焊接方法，焊接后焊缝处无气孔；并且经万能材料试验机检测，焊接接头抗拉强度达到924.7Mpa，可达母材抗拉强度的88.1％；另外，焊缝经氮氧分析仪检测可知，采用本实施例的焊接方法，焊缝氮含量可达0.55％。
如图2所示，现有激光焊方法(将两块厚度为8.0mm、氮含量为0.62％的高氮钢板用角磨机去除表面氧化膜，然后用丙酮去除表面油污；两块高氮钢板按照对接形式装配好，在两块高氮钢板的待焊接处上方使用激光束垂直照射焊接，激光束离焦量为-2mm，激光功率为4.0kw，焊接速度为0.8m/min，保护气体为氩气)，焊接后焊缝处气孔较多；并且经万能材料试验机检测，焊接接头抗拉强度为820.3Mpa，为母材抗拉强度的78.1％；另外，焊缝经氮氧分析仪检测可知，现有激光焊方法，焊缝氮含量为0.41％。
实施例2基于热喷涂预处理的高氮钢焊接工艺
1、喷涂材料配制
该喷涂材料由21％wt Cr、69％wt Mn、3％wt TiN和7％wt Ni组成，对该喷涂材料进行雾化处理，使磨料粒径控制在0.1mm内；
2、预处理
2.1将两块厚度为6.0mm、氮含量为0.62％的高氮钢板用角磨机去除表面氧化膜，然后用丙酮去除表面油污；
2.2采用吸射式吹砂机对高氮钢焊接坡口处进行细化吹砂处理；吸射式吹砂机的压力设置为0.45MPa，吹砂角度设置为30°；
2.3采用火焰喷涂处理方法在高氮钢焊接坡口处喷涂厚度为0.4mm的喷涂材料。
3、高能束焊接(激光焊)
3.1将经过热喷涂处理后的两块高氮钢板按照对接形式装配好，在两块高氮钢板的待焊接处上方使用激光束垂直照射焊接，激光束离焦量为-2mm，激光功率为3.0kw，焊接速度为0.8m/min，保护气体为氩气。
如图3所示，采用本实施例的焊接方法，焊接后焊缝处无气孔；并且经万能材料试验机检测，焊接接头抗拉强度达到937.5Mpa，可达母材抗拉强度的89.3％；另外，焊缝经氮氧分析仪检测可知，采用本实施例的焊接方法，焊缝氮含量可达0.57％。
如图4所示，现有激光焊方法(将两块厚度为6.0mm、氮含量为0.62％的高氮钢板用角磨机去除表面氧化膜，然后用丙酮去除表面油污；两块高氮钢板按照对接形式装配好，在两块高氮钢板的待焊接处上方使用激光束垂直照射焊接，激光束离焦量为-2mm，激光功率为3.0kw，焊接速度为0.8m/min，保护气体为氩气)，焊接后焊缝处气孔较多；并且经万能材料试验机检测，焊接接头抗拉强度为829.5Mpa，为母材抗拉强度的79％；另外，焊缝经氮氧分析仪检测可知，现有激光焊方法，焊缝氮含量为0.43％。
实施例3基于热喷涂预处理的高氮钢焊接工艺
1、喷涂材料配制
该喷涂材料由21％wt Cr、69％wt Mn、3％wt TiN和7％wt Ni组成，对该喷涂材料进行雾化处理，使磨料粒径控制在0.1mm内；
2、预处理
2.1将两块厚度为4.0mm、氮含量为0.62％的高氮钢板用角磨机去除表面氧化膜，然后用丙酮去除表面油污；
2.2采用吸射式吹砂机对高氮钢焊接坡口处进行细化吹砂处理；吸射式吹砂机的压力设置为0.45MPa，吹砂角度设置为30°；
2.3采用火焰喷涂处理方法在高氮钢焊接坡口处喷涂厚度为0.3mm的喷涂材料。
3、高能束焊接(电子束焊)
3.1将经过热喷涂处理后的两块高氮钢板按照对接形式装配好，采用电子束焊接设备进行电子束焊接，加速电压为60kv，工作距离为238mm，焊接束流为20mA，聚焦电流为715mA，焊接速度为6.5mm/s，然后取出工件，即完成高氮钢的电子束焊接。
如图5所示，采用本实施例的焊接方法，焊接后焊缝处无气孔；并且经万能材料试验机检测，焊接接头抗拉强度达到945.3Mpa，可达母材抗拉强度的90％；另外，焊缝经氮氧分析仪检测可知，采用本实施例的焊接方法，焊缝氮含量可达0.59％。
如图6所示，现有电子束焊接方法(将两块厚度为4.0mm、氮含量为0.62％的高氮钢板用角磨机去除表面氧化膜，然后用丙酮去除表面油污；两块高氮钢板按照对接形式装配好，采用电子束焊接设备进行电子束焊接，加速电压为60kv，工作距离为238mm，焊接束流为20mA，聚焦电流为715mA，焊接速度为6.5mm/s，然后取出工件，即完成高氮钢的电子束焊接)，焊接后焊缝处气孔较多；并且经万能材料试验机检测，焊接接头抗拉强度为836.9Mpa，为母材抗拉强度的79.7％；另外，焊缝经氮氧分析仪检测可知，现有电子束焊方法，焊缝氮含量为0.45％。
实施例4基于热喷涂预处理的高氮钢焊接工艺
1、喷涂材料配制
该喷涂材料由21％wt Cr、69％wt Mn、3％wt TiN和7％wt Ni组成，对该喷涂材料进行雾化处理，使磨料粒径控制在0.1mm内；
2、预处理
2.1将两块厚度为10.0mm、氮含量为0.62％的高氮钢板用角磨机去除表面氧化膜，然后用丙酮去除表面油污；
2.2采用吸射式吹砂机对高氮钢焊接坡口处进行细化吹砂处理；吸射式吹砂机的压力设置为0.45MPa，吹砂角度设置为30°；
2.3采用火焰喷涂处理方法在高氮钢焊接坡口处喷涂厚度为0.6mm的喷涂材料。
3、高能束焊接(电子束焊)
3.1将经过热喷涂处理后的两块高氮钢板按照对接形式装配好，采用电子束焊接设备进行电子束焊接，加速电压为60kv，工作距离为238mm，焊接束流为52mA，聚焦电流为1.92A，焊接速度为11.5mm/s，然后取出工件，即完成高氮钢的电子束焊接。
如图7所示，采用本实施例的焊接方法，焊接后焊缝处无气孔；并且经万能材料试验机检测，焊接接头抗拉强度达到940.2Mpa，可达母材抗拉强度的89.5％；另外，焊缝经氮氧分析仪检测可知，采用本实施例的焊接方法，焊缝氮含量可达0.57％。
如图8所示，现有电子束焊接方法(将两块厚度为10.0mm、氮含量为0.62％的高氮钢板用角磨机去除表面氧化膜，然后用丙酮去除表面油污；两块高氮钢板按照对接形式装配好，采用电子束焊接设备进行电子束焊接，加速电压为60kv，工作距离为238mm，焊接束流为52A，聚焦电流为1.92A，焊接速度为11.5mm/s，然后取出工件，即完成高氮钢的电子束焊接)，焊接后焊缝处气孔较多；并且经万能材料试验机检测，焊接接头抗拉强度为841.6Mpa，为母材抗拉强度的80.2％；另外，焊缝经氮氧分析仪检测可知，现有电子束焊方法，焊缝氮含量为0.43％。
本发明公开了一种喷涂材料及基于热喷涂预处理的高氮钢焊接工艺，本领域技术人员可以借鉴本文内容，适当改进工艺参数实现。特别需要指出的是，所有类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，它们都被视为包括在本发明。本发明的产品已经通过较佳实施例进行了描述，相关人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文所述的产品进行改动或适当变更与组合，来实现和应用本发明技术。
- 上一篇：一种医用注射器针头装配设备
- 下一篇：一种高熔敷速率气保焊接嘴