2205雙相不銹鋼焊接工藝與機(jī)理研究

摘 要：本文基于2205雙相不銹鋼的焊接實(shí)踐，對(duì)相應(yīng)的焊接工藝進(jìn)行選擇，同時(shí)對(duì)焊縫性能進(jìn)行檢測(cè)，做出了細(xì)致的研究，得到了預(yù)期效果。

關(guān)鍵詞：2205雙相不銹鋼；焊接；焊接機(jī)理

中圖分類號(hào)：TG441.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-3362（2013）10-0164-02

1引言

雙相不銹鋼同時(shí)具有奧氏體不銹鋼和鐵素體不銹鋼的特性：高強(qiáng)度、良好的沖擊韌性以及良好的整體和局部的抗應(yīng)力腐蝕能力。因此近年來(lái)發(fā)展迅猛應(yīng)用廣泛，主要應(yīng)用于化工、石油領(lǐng)域。在雙相不銹鋼的應(yīng)用中，2205雙相不銹鋼的應(yīng)用量最大可以占到80%左右，具有代表性，因此，對(duì)2205雙相不銹鋼的研究對(duì)于整體了解雙相不銹鋼的特性及焊接規(guī)程的選擇具有一定的代表作用。

2 2205雙相不銹鋼焊接性分析及解決方案

2.1 2205雙相不銹鋼材料特性分析

2205雙相不銹鋼含有化學(xué)成分是：C的質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于3.5%、Mn的質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于2.0%、P的質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于0.03%，Cr的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在21%和23%之間，S的的質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于0.02%，Si的質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于1.0%，Ni的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在4.5%和6.5%之間，Mo的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在2.5%和3.5%之間，N的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0.08%和0.2%之間。2205雙相不銹鋼力學(xué)性能隨著回火溫度的升高，強(qiáng)度反而降低。當(dāng)回火溫度達(dá)到600℃時(shí)，抗拉強(qiáng)度等于650MPa，屈服強(qiáng)度等于400MPa。此不銹鋼不僅具有奧氏體不銹鋼的特性還具有鐵素體不銹鋼的特性，其導(dǎo)熱系數(shù)大、韌性較高、焊接性能好、膨脹系數(shù)小、耐晶間腐蝕性能優(yōu)良、韌脆轉(zhuǎn)變溫度低并具有超塑性等性質(zhì)。

2.2 2205雙相不銹鋼的焊接特性及解決方向

雙相鋼的焊接難點(diǎn)在于在焊接以后能否獲得與母材相同或者相近的組織比例，這是保證焊接接頭與母材具有相同力學(xué)性能的關(guān)鍵所在。包括三個(gè)區(qū)域：焊縫區(qū)、高溫?zé)嵊绊憛^(qū)、低溫?zé)嵊绊憛^(qū)。

焊縫區(qū) 選擇合適的焊接材料即可以控制；

高溫?zé)嵊绊憛^(qū) 應(yīng)采用較大的焊接線量使焊縫冷卻速度降低使高溫鐵素體有一定的時(shí)間向奧氏體轉(zhuǎn)化從而使相組織均衡

低溫?zé)嵊绊憛^(qū) 由于該區(qū)域的溫度較低不足以引起基本相的變化但可能會(huì)發(fā)生二次相的產(chǎn)生。因此采用合適的焊接線量并控制層間溫度是防止低溫?zé)犴憛^(qū)性能變壞的主要手段。

經(jīng)過(guò)我們?cè)趲讉€(gè)工地對(duì)2205雙相不銹鋼的焊接實(shí)踐記錄結(jié)果表明焊接過(guò)程中的熱輸入和冷卻速率強(qiáng)烈影響鐵素體和奧氏體的相平衡：當(dāng)采用很低的熱輸入時(shí)由于快速冷卻仍使得焊接熱影響區(qū)的鐵素體含量偏高對(duì)沖擊韌性不利，但是過(guò)高的熱輸入會(huì)由于冷卻太慢而使得氮在鐵素體中析出同樣對(duì)沖擊韌性不利。因此實(shí)際焊接操作中通過(guò)調(diào)整焊接熱輸入可以得到最佳的焊接熱影響區(qū)性能。

2.3 2205雙相不銹鋼焊接方法選擇

一般的焊接方法如焊條電弧焊、鎢極氬弧焊和熔化極氣體保護(hù)焊埋弧焊等都可用于雙相不銹鋼的焊接。但在實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中選擇GTAW+SMAW最為廣泛。

2.4 2205雙相不銹鋼焊接材料選擇

在2205雙相不銹鋼焊接材料選擇的問(wèn)題上，依照的原則是：第一，為了焊頭容易形成奧氏體組織，焊材應(yīng)該比2205不銹鋼含有Ni的質(zhì)量分?jǐn)?shù)高出2到4個(gè)百分點(diǎn)。焊接材料要選用比母材含鎳量高的雙相鋼焊材確保焊縫中奧氏體相占優(yōu)勢(shì)焊縫鐵素體含量控制在30%～45%為宜。

2.5 焊接線能量的控制

焊接線能量太大或者太小都不好，一般控制在0.5-2.5KJ/cm為合適，具體大小根據(jù)焊件厚度選擇。一般焊接不需要預(yù)熱，但焊件厚度超過(guò)35mm或者環(huán)境溫度低于-5℃時(shí)應(yīng)考慮預(yù)熱措施，這樣可以防止冷卻速度過(guò)快造成焊縫區(qū)及熱影響區(qū)鐵素體含量過(guò)高；同時(shí)應(yīng)控制層間溫度在150℃以內(nèi)防止因?yàn)槔鋮s速度過(guò)低造成析出相的產(chǎn)生。

3 2205雙相不銹鋼焊接工藝評(píng)定

根據(jù)上述對(duì)2205不銹鋼的組織特性、焊接性分析，在正是焊接前進(jìn)行了工藝評(píng)定實(shí)驗(yàn)，確定焊接參數(shù)

3.1 母材使用2205雙相不銹鋼管道￠168*8.

3.2 打底焊材使用H00Cr18Ni14Mo2，填充及蓋面焊材使用A042

3.3 工藝評(píng)定焊接參數(shù)

（2）彎曲實(shí)驗(yàn)

彎曲實(shí)驗(yàn)根據(jù)工藝評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)制做面彎試件4個(gè)、背彎試件4個(gè)，彎曲結(jié)果合格。

（3）沖擊試驗(yàn)在20℃條件下6個(gè)試件的沖擊功在24-30J之間。

（4）金相組織檢測(cè)

將焊接試樣沿焊縫縱斷面切開，同時(shí)割成若干小塊，在此階段需要采用金相砂紙打磨、拋光， 同時(shí)用堿性赤血鹽溶液浸泡焊接接頭達(dá)到腐蝕效果。最后，應(yīng)用OLYMPUS-GX51金相顯微鏡觀察工藝的顯微組織。經(jīng)過(guò)對(duì)比觀測(cè)，雙相組織比例基本與母材吻合。

4 實(shí)際操作中需要注意的幾個(gè)問(wèn)題

4.1 與單相不銹鋼相比

雙相不銹鋼對(duì)油污、水汽等焊道污染物更為敏感，因此在焊接前應(yīng)對(duì)接頭區(qū)仔細(xì)清理，滿足焊接要求。

4.2定位焊縫

定位焊縫焊接時(shí)，如果長(zhǎng)度過(guò)短，焊接未建立起平衡過(guò)程即結(jié)束焊縫冷卻會(huì)很快可能導(dǎo)致鐵素體含量過(guò)高、低韌性并因氮化物析出而降低耐腐蝕性能。因此， 如采用定位焊對(duì)定位焊縫的最短長(zhǎng)度應(yīng)進(jìn)行規(guī)定且應(yīng)采用較大熱輸入規(guī)范參數(shù)。必要時(shí)可以進(jìn)行預(yù)熱操作或者是正是焊接到定位焊時(shí)將定位焊焊縫全部清理。

4.3焊接熔池及背面的保護(hù)氣體

保護(hù)焊時(shí)保護(hù)氣體中加氮可以提高焊縫的耐蝕性。有效的背面氣體保護(hù)是保證焊接質(zhì)量的前提，保護(hù)氣體的純度應(yīng)滿足工藝要求，應(yīng)采取有效的背面保護(hù)。工裝開始焊接時(shí)要對(duì)焊縫背面的氧含量進(jìn)行檢測(cè)滿足工藝要求后才能開始焊接。

4.4焊接過(guò)程材料的保護(hù)

材料表面的弧擊和起弧， 是一個(gè)瞬間的高溫過(guò)程， 冷卻速度很快，表面顯微組織中鐵素體含量很高， 這種組織對(duì)裂紋和腐蝕很敏感， 應(yīng)盡力避免， 如果產(chǎn)生必須用細(xì)砂輪打磨去除并進(jìn)行鈍化處理?，F(xiàn)場(chǎng)焊接過(guò)程中材料的保護(hù)非常重要， 應(yīng)避免碳鋼、銅、低熔點(diǎn)金屬或其它雜質(zhì)對(duì)不銹鋼的污染。焊接和切割過(guò)程中應(yīng)采取措施防止飛濺、弧擊、滲碳、局部過(guò)熱等。

5 結(jié)論

2205 雙相不銹鋼具有良好的力學(xué)性能和耐腐蝕性能應(yīng)用前景廣闊。該材料的焊接有許多特點(diǎn)，掌握材料的焊接性能特點(diǎn)采用適當(dāng)?shù)暮附庸に嚳梢员ＷC焊接接頭的性能。

（l）奧氏體化元素Ni和N在得到合理兩相比的方面，具有明顯的作用。

（2）合金元素、焊接熱循環(huán)和焊接工藝參數(shù)等都會(huì)對(duì)奧氏體和鐵素體兩相區(qū)產(chǎn)生影響，通過(guò)合理控制，可以獲得最佳的兩相組織。有害析出相通常是形成腐蝕失效的地方，需嚴(yán)格控制其析出形成。氫脆決定于焊接熱輸人的峰值溫度和周圍環(huán)境，通過(guò)合理控制可減小其發(fā)生的可能性。

（3）焊接接頭的腐蝕性能是其應(yīng)用的關(guān)鍵，與腐蝕電位、兩相比和冷卻速度等因素有關(guān)，通過(guò)合金元素和工藝參數(shù)控制，可以獲得較好的耐腐蝕性能。

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作者簡(jiǎn)介：同春社，男，陜西蒲城人，1996年畢業(yè)于西安理工大學(xué)材料工程學(xué)院。高級(jí)工程師，現(xiàn)任陜西建工設(shè)備安裝集團(tuán)有限公司科技信息部副部長(zhǎng)。