2205雙相不銹鋼復(fù)合板的焊接工藝

【摘要】本文分析了2205雙相不銹鋼復(fù)合板的材料特性和焊接性，施工前對(duì)該種材質(zhì)的板材進(jìn)行了焊接工藝評(píng)定，確定了其焊接工藝。在實(shí)際施焊過(guò)程中，通過(guò)嚴(yán)格執(zhí)行焊接工藝，既保證了焊接質(zhì)量，又提高了焊接效率，滿足了設(shè)計(jì)、規(guī)范和建設(shè)單位要求。

【關(guān)鍵詞】2205雙相不銹鋼復(fù)合板；焊接工藝

前言

2009年，在江西鹽礦有限責(zé)任公司高純度鹽精加工及資源綜合利用技改工程技術(shù)改造項(xiàng)目上，業(yè)主工程部為調(diào)整工期，給我們?cè)黾又瓢?臺(tái)非標(biāo)設(shè)備（鹽母液罐T402、母液罐T404），而這2臺(tái)設(shè)備主材為2205雙相不銹鋼復(fù)合板，其材質(zhì)為2205/Q235B。而2205雙相不銹鋼復(fù)合板組對(duì)焊接是本施工技術(shù)的核心，其質(zhì)量好壞直接關(guān)系到我公司聲譽(yù)和后續(xù)工程的承接。因2205/Q235B復(fù)合板的焊接在我公司并不常見(jiàn)，為保證其焊接質(zhì)量，特對(duì)其焊接工藝研究如下。

1、材料特性

1.1 2205雙相不銹鋼成分特點(diǎn)

2205雙相不銹鋼（00Cr22Ni5Mo3N）是中合金雙相不銹鋼的代表品種，組織中鐵素體和奧氏體各約占50%，其成分特點(diǎn)是超低碳、含氮，氮是強(qiáng)烈的奧氏體形成元素，加入到雙相不銹鋼中，既提高鋼的強(qiáng)度且不損傷鋼的塑韌性，又增強(qiáng)了其在氯離子濃度較高的酸性介質(zhì)中的耐應(yīng)力腐蝕和抗點(diǎn)蝕性能。由于其具有良好的耐腐蝕性能、力學(xué)性能、加工性能和焊接性能，廣泛應(yīng)用于石油和天然氣工業(yè)、化學(xué)和石化加工工業(yè)、化肥工業(yè)、運(yùn)輸業(yè)、造紙和制鹽輕工業(yè)等。

1.2 2205/Q235B雙相不銹鋼復(fù)合板的生產(chǎn)機(jī)制及特點(diǎn)

2205/Q235B雙相不銹鋼復(fù)合板材料是采用基材Q235B和復(fù)材2205不銹鋼爆炸焊接而成。爆炸焊接生產(chǎn)復(fù)合板以炸藥為能源介質(zhì)，利用爆炸產(chǎn)生的沖擊波推動(dòng)復(fù)板向基板運(yùn)動(dòng)，在排出間隙中氣體的同時(shí)通過(guò)撞擊，在接觸界面上發(fā)生薄層金屬的塑形變形、融化和原子間的擴(kuò)散，從而使金屬板之間焊合。大量的研究以及成熟的生產(chǎn)工藝都表明，復(fù)合板各元素在界面附近為梯度過(guò)渡，呈漸進(jìn)分布，復(fù)合板基材/復(fù)材界面區(qū)域形成牢固的冶金結(jié)合過(guò)渡區(qū)。達(dá)到在不降低使用效果（防腐性能、機(jī)械強(qiáng)度等）的前提下節(jié)約資源、降低成本的效果。

2、焊接性

2.1復(fù)材的焊接

2205雙相鋼鋼為超低碳的奧氏體-鐵素體不銹鋼，在通過(guò)固溶處理后具有良好的韌性、強(qiáng)度和焊接性，由于該鋼Cr當(dāng)量與Ni當(dāng)量比值適當(dāng)，在高溫加熱后仍保留有較大量的一次奧氏體組織，又可使二次奧氏體組織在冷卻中生成，使鋼中的奧氏體相總量不低于30%～40%，因而使鋼具有良好的耐腐蝕性能；因母材中含有較高的N，焊接近縫區(qū)不會(huì)形成單相鐵素體區(qū)，奧氏體含量一般不低于30%。

雙相不銹鋼2205具有良好的焊接性，焊接冷裂紋和熱裂紋的敏感性都較小。通常焊前不預(yù)熱，焊后不熱處理。

2.2過(guò)渡層的焊接

2205/Q235B復(fù)合板焊接過(guò)渡層時(shí)，由于其符合界面成分復(fù)雜，要在保證熔合良好的前提下，盡量減少基材金屬的熔入量，即降低熔合比。為此，應(yīng)采用較小直徑的焊條及較小的焊接線能量，當(dāng)焊接材料選擇合理，焊接線能量控制適當(dāng)時(shí)，焊接接頭具有良好的綜合性能。

2.3基層的焊接

基層為Q235B碳素鋼板，焊接工藝成熟。在這里我們選取的J506焊條為低氫鉀型焊條，是在低氫鈉型基礎(chǔ)加入穩(wěn)弧劑，改善電弧工藝性能，增強(qiáng)了抗裂性。

2.4焊接要點(diǎn)

雙相不銹鋼焊接接頭的力學(xué)性能和耐蝕性能取決于焊接接頭能否保持適當(dāng)?shù)慕鹣啾壤?，因此，焊接是圍繞如何保證其雙相組織進(jìn)行的。當(dāng)鐵素體和奧氏體量各接近50%時(shí)，性能較好，接近母材的性能。改變這個(gè)比例關(guān)系，將使雙相不銹鋼焊接接頭的耐蝕性能和力學(xué)性能（尤其是韌性）下降。雙相不銹鋼2205鐵素體含量的最佳值是45%。過(guò)低的鐵素體含量（<25%）將導(dǎo)致強(qiáng)度和抗應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂能力下降；過(guò)高的鐵素體含量（>75%）也會(huì)有損于耐蝕性和降低沖擊韌性。

金相比例的影響因素如下：

焊接接頭中鐵素體和奧氏體的平衡關(guān)系既受到鋼中合金元素含量的影響，又受到填充金屬、焊接熱循環(huán)、工藝參數(shù)的影響。

（1）合金元素的影響

根據(jù)研究和大量試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，復(fù)材中含氮是非常重要的。氮在保證焊縫金屬和焊后熱影響區(qū)內(nèi)形成足夠量的奧氏體方面具有重要作用。氮和鎳一樣是形成奧氏體和擴(kuò)大奧氏體元素，但是，氮的能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于鎳。在高溫下，氮穩(wěn)定奧氏體的能力也比鎳大，可防止焊后出現(xiàn)單相鐵素體，并能阻止有害金屬相的析出。

由于焊接熱循環(huán)的作用，自熔焊或填充金屬成分與母材相同時(shí)，焊縫金屬的鐵素體量急劇增加，甚至出現(xiàn)純鐵素體組織。為了抑制焊縫中鐵素體的過(guò)量增加，采用奧氏體占優(yōu)勢(shì)的焊縫金屬是雙相不銹鋼的焊接趨。目前，填充材料一般都是在提高鎳的基礎(chǔ)上，再加入與母材含量相當(dāng)?shù)牡?/p>

（2）熱循環(huán)的影響

雙相不銹鋼復(fù)合板焊接的最大特點(diǎn)是焊接熱循環(huán)對(duì)焊接接頭內(nèi)的組織有影響，無(wú)論焊縫還是熱影響區(qū)都會(huì)有相變發(fā)生，這對(duì)焊接接頭的性能有很大影響。因此，多層多道焊是有益的，后續(xù)焊道對(duì)前層焊道有熱處理作用，焊縫金屬中的鐵素體進(jìn)一步轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體，成為以?shī)W氏體占優(yōu)勢(shì)的兩相組織，從而使整個(gè)焊接接頭的組織和性能顯著改善。

（3）工藝參數(shù)的影響

焊接工藝參數(shù)即焊接線能量對(duì)雙相組織的平衡也起著關(guān)鍵的作用。由于復(fù)層雙相不銹鋼在高溫下是100%的鐵素體，若線能量過(guò)小，熱影響區(qū)冷卻速度快，奧氏體來(lái)不及析出，過(guò)量的鐵素體就會(huì)在室溫下過(guò)冷保持下來(lái)。若線能量過(guò)大，冷卻速度太慢，盡管可以獲得足量的奧氏體，但也會(huì)引起熱影響區(qū)的鐵素體晶粒長(zhǎng)大以及σ相等有害金屬相的析出，造成接頭脆化。

為了避免上述情況的發(fā)生，最佳的措施是控制焊接線能量和層間溫度，并使用鎳含量比母材高、氮含量與母材相當(dāng)?shù)奶畛浣饘佟?/p>

3、焊接工藝評(píng)定

在本項(xiàng)目上，我們根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，結(jié)合設(shè)計(jì)圖紙并參考了其他兄弟單位的焊接參數(shù)，選取了一組尺寸為350*400mm、厚度為16+2的2205雙相不銹鋼板復(fù)合板，來(lái)進(jìn)行焊接工藝評(píng)定。

3.1焊接位置和焊接方法的選擇

焊接位置選擇水平固定。為保證內(nèi)部質(zhì)量，根據(jù)施工要求，均選用大西洋牌焊條，且按說(shuō)明烘烤。

3.2焊接材料的選擇

復(fù)層焊條選用大西洋牌（E2209-16， Φ3.2），過(guò)渡層選用大西洋牌（CHS062，Φ3.2），基層選用大西洋牌（J506）。

復(fù)層、過(guò)渡層和分別選擇的焊接材料成分對(duì)比如表3.2：

3.3坡口形式和尺寸

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，坡口形式采用雙V形坡口（坡口形式和尺寸見(jiàn)下表），雙面焊接。表3.3

3.4焊接參數(shù)的選擇

焊接時(shí)選擇的規(guī)范參數(shù)如下：表3.4

焊縫表面清理、外觀檢查和酸洗鈍化后，進(jìn)行射線探傷，探傷結(jié)果符合JB/T4730.2-2005 Ⅰ級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。

按照J(rèn)B4708規(guī)定，對(duì)試件截取試樣，進(jìn)行下列試驗(yàn)：

拉伸（拉伸試驗(yàn)符合《金屬拉伸試驗(yàn)方法》GB228的規(guī)定，拉伸強(qiáng)度分別為720 MPa、725MPa） 2個(gè)；

側(cè)彎（彎曲試驗(yàn)符合《金屬?gòu)澢囼?yàn)方法》GB232的規(guī)定）4個(gè)；

焊縫和熱影響區(qū)沖擊（沖擊試驗(yàn)符合《金屬夏比缺口沖擊試驗(yàn)方法》GB/T229的規(guī)定，焊縫區(qū)沖擊功分別為107J、109J、139J，平均為118J；熱影響區(qū)沖擊功分別為282J、282J、276J，平均為280J） 各3個(gè)；

點(diǎn)腐蝕（點(diǎn)腐蝕試驗(yàn)符合《不銹鋼三氯化鐵點(diǎn)腐蝕試驗(yàn)方法》GB/T17897-1999的規(guī)定，3個(gè)試樣的腐蝕量分別為2.329、2.560、2.138mg/24h，平均為2.342mg/24h，質(zhì)量損失小于0.1mg/cm2） 3個(gè)。

結(jié)果各項(xiàng)檢測(cè)和試驗(yàn)均符合規(guī)范和設(shè)計(jì)規(guī)定，證明選擇的焊接材料和焊接工藝是正確的，在此基礎(chǔ)上編制了焊接作業(yè)指導(dǎo)書(shū)，并進(jìn)行了技術(shù)交底。

4、焊接工藝

在焊接工藝評(píng)定的基礎(chǔ)上，母液桶的制安正式開(kāi)始。施工程序如下：

4.1選擇焊接方式及焊接材料，見(jiàn)下表：

注：以上適用于所有焊縫。

焊接材料入庫(kù)時(shí)，應(yīng)仔細(xì)核對(duì)合格證、質(zhì)量證明書(shū)，符合相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)后才能投入使用。將焊材存放在干燥、通風(fēng)良好、溫度>5℃，且空氣相對(duì)濕度<60%的庫(kù)房?jī)?nèi)；設(shè)置焊材二級(jí)庫(kù)，并由保管員專門(mén)負(fù)責(zé)焊材的保管、烘烤、發(fā)放和回收，并做好各種記錄；焊條使用前按說(shuō)明書(shū)的要求進(jìn)行烘烤，然后存放到100～150℃恒溫箱里隨用隨??；焊條使用超過(guò)4小時(shí)應(yīng)重新烘烤，并且重復(fù)烘烤不得超過(guò)兩次；焊工憑焊接技術(shù)員簽發(fā)的領(lǐng)料單領(lǐng)取焊材。

4.2坡口加工（坡口樣式見(jiàn)表3.3）

現(xiàn)場(chǎng)復(fù)材面和過(guò)渡層都采用等離子弧切割方法開(kāi)制坡口，并用磨光機(jī)進(jìn)行修磨。應(yīng)避免將切割熔渣濺落在母材表面上，坡口表面應(yīng)平整、光潔?；鶎硬捎冒迨狡驴跈C(jī)。

4.3焊前清理

焊前應(yīng)采用機(jī)械方法及有機(jī)溶劑，將焊接坡口內(nèi)外兩側(cè)至少各20mm范圍內(nèi)的油、漆、銹、垢、毛刺、氧化膜等清除干凈，且坡口表面不得有裂紋、夾層等缺陷；多層多道焊時(shí)，必須清除前道焊縫表面的熔渣和缺陷等。為防止焊接飛濺物污染不銹鋼表面，應(yīng)在坡口兩側(cè)各100mm范圍內(nèi)涂上石灰水。

4.4組對(duì)

為避免增加內(nèi)應(yīng)力和產(chǎn)生應(yīng)力集中，內(nèi)外壁應(yīng)盡量平齊，其內(nèi)壁錯(cuò)邊量不宜超過(guò)壁厚的10%，且不大于0.5mm；不得對(duì)焊接接頭進(jìn)行加熱校正，不得用強(qiáng)力對(duì)口。厚度相同（基材與復(fù)材厚度均相同）的不銹鋼復(fù)合鋼板焊件的裝配，應(yīng)以復(fù)材表面為基準(zhǔn)。厚度不同（或復(fù)材厚度不同，或基材厚度不同，或兩者均不同）的不銹鋼復(fù)合鋼板焊件的裝配基準(zhǔn)，按設(shè)計(jì)圖樣的規(guī)定執(zhí)行。

4.5定位焊

定位焊縫只允許焊在基層母材上，且應(yīng)由持證焊工承擔(dān)。若發(fā)現(xiàn)定位焊縫出現(xiàn)裂紋或其它不允許存在的缺陷時(shí)，應(yīng)予鏟除，并移位再焊。

4.6正式焊接

1）焊接規(guī)范參數(shù)見(jiàn)表3.4：

采用磨光機(jī)進(jìn)行清根，層間溫度<100℃。

2）焊接順序：基層——過(guò)渡層——復(fù)層。焊接復(fù)層前應(yīng)用磨光機(jī)清根，深度2mm。為防止飛濺破壞復(fù)層表面，焊接前應(yīng)涂白堊粉予以保護(hù)，復(fù)層焊接時(shí)應(yīng)盡量采用快速焊。

3）焊接注意事項(xiàng)

a.不得用碳鋼焊材、低合金鋼焊材在復(fù)層母材、過(guò)渡焊縫和復(fù)層焊縫上施焊。

b.過(guò)渡焊縫應(yīng)同時(shí)熔合基層焊縫、基層母材和復(fù)層母材，且應(yīng)蓋滿基層焊縫和基層母材。

c.過(guò)渡層焊縫在復(fù)層側(cè)距材質(zhì)分界線距離宜為0.5-1.5mm，在基層側(cè)距材質(zhì)分界線距離宜為1.5-2.5mm。

d.基材的焊接

焊接基材時(shí)，其焊道不得觸及和熔化母材。先焊基材時(shí)，其焊道根部或表面，應(yīng)距復(fù)合界面1-2mm。

e.過(guò)渡層的焊接

焊接過(guò)渡層時(shí)，要在保證熔合良好的前提下，盡量減少基材金屬的熔入量，即降低熔合比。為此，應(yīng)采用較小直徑的焊條及較小的焊接線能量，過(guò)渡層的厚度應(yīng)不小于2mm。

f.復(fù)材的焊接

復(fù)材焊縫表面，應(yīng)盡可能與復(fù)材表面保持平整、光順。對(duì)接焊縫的余高，應(yīng)不大于1.5mm。角焊縫的凹凸度及焊腳高度，應(yīng)符合設(shè)計(jì)規(guī)定。

g.復(fù)材的表面質(zhì)量保護(hù)

在施工過(guò)程中，應(yīng)注意保護(hù)復(fù)材的表面質(zhì)量。在卷板、校圓時(shí)，應(yīng)將滾軸表面清理干凈，去除銹、毛刺并修磨平整，對(duì)上滾筒應(yīng)進(jìn)行軟保護(hù)；卷板時(shí)，復(fù)層應(yīng)朝上；不得用鐵錘錘擊復(fù)材表面；要防止焊接飛濺物損傷復(fù)材表面；不得在復(fù)材表面隨意引弧、焊接卡具、吊環(huán)及臨時(shí)支架等。

焊后應(yīng)仔細(xì)清理焊件表面的焊渣、焊瘤、飛濺物及其它污物。必要時(shí)應(yīng)對(duì)焊縫進(jìn)行局部修整。

h.縱縫（不包括封頭拼縫）兩端過(guò)渡層留30-50mm不焊，等環(huán)焊縫基層焊完后和環(huán)焊縫的過(guò)渡層一起焊接后焊；復(fù)層焊縫兩端留60-100mm不焊，等環(huán)焊縫基層和過(guò)渡層焊完后與環(huán)焊縫的復(fù)層一起焊接或先于環(huán)焊縫的復(fù)層焊接，但注意不要焊成了十字焊縫。

i.焊接過(guò)渡層和復(fù)層時(shí)先焊兩側(cè)，再焊中間焊道，兩相臨焊道之間重疊1/3～1/2，但應(yīng)注意焊條擺動(dòng)的幅度不要太大，擺動(dòng)幅度一般為焊條直徑的0.5～1.0倍；復(fù)層焊縫表面應(yīng)平滑，焊道凹陷深度不大于1.5mm，焊縫金屬與母材應(yīng)平緩過(guò)渡，不能形成臺(tái)階。對(duì)不符合要求的焊縫可以用小直徑焊條補(bǔ)焊再用砂輪修磨。

4.7焊接注意事項(xiàng)：

a.氣象管理

1）現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)，氬弧焊時(shí)風(fēng)速≥2m/s，手工電弧焊時(shí)風(fēng)速≥8m/s應(yīng)采取防風(fēng)措施。

2）焊接電弧1米范圍內(nèi)的相對(duì)濕度>90%，室外作業(yè)在下雨時(shí)應(yīng)停止施焊。

3）當(dāng)母材表面潮濕，或下雨、刮風(fēng)期間，焊工及焊件無(wú)保護(hù)措施時(shí)，不應(yīng)進(jìn)行焊接。

b.焊工代號(hào)管理

1）參與本工程施工的焊工進(jìn)行統(tǒng)一編號(hào)，代號(hào)一經(jīng)確定，在施工過(guò)程中不再變動(dòng)，一名人員離崗后，與其對(duì)應(yīng)的代號(hào)即相應(yīng)空缺。

2）焊工將本人焊口焊完后應(yīng)進(jìn)行清理，經(jīng)自檢合格后在焊縫附近用記號(hào)筆作上永久性標(biāo)記。

c.為防止合金元素的氧化和燒損，降低焊接殘余應(yīng)力，避免產(chǎn)生晶間腐蝕，同時(shí)防止熱裂紋的產(chǎn)生，在保證焊透和熔合良好的條件下，應(yīng)適當(dāng)選用小電流、短電弧、快焊速、窄焊道和多層多道焊工藝，并應(yīng)控制層間溫度不超過(guò)100℃。

d.施焊過(guò)程中應(yīng)保證起弧和收弧處的質(zhì)量，收弧時(shí)應(yīng)將弧坑填滿。多層焊的層間接頭應(yīng)錯(cuò)開(kāi)。

e.焊接時(shí)注意焊接順序，盡量采用對(duì)稱焊接。

f.焊后應(yīng)仔細(xì)清理焊件表面的焊渣、焊瘤、飛濺物及其它污物。必要時(shí)應(yīng)對(duì)焊縫進(jìn)行局部修整。

g.鐵素體測(cè)量：為確保焊縫中鐵素體的含量符合設(shè)計(jì)要求和規(guī)范規(guī)定，每焊完一層，我們用德國(guó)菲希爾公司生產(chǎn)的MP-30鐵素體含量測(cè)定儀，對(duì)焊縫的鐵素體含量進(jìn)行測(cè)量，測(cè)定的鐵素體含量均在45-55%之間，結(jié)果表明，焊縫的雙相比例是合格的。

4.8外觀檢查

外觀檢查采用目視或4-10倍放大鏡檢查，檢查率為100%。

焊縫外形和幾何尺寸應(yīng)符合設(shè)計(jì)規(guī)定。

焊縫及熱影響區(qū)表面不得有裂紋、氣孔、未焊透、未熔合、弧坑、夾渣、飛濺物等缺陷；因?qū)儆诓讳P鋼，焊縫不允許有咬邊。

對(duì)接焊縫的余高不超過(guò)1.5mm。角焊縫的焊腳尺寸應(yīng)為組對(duì)接頭中較薄件的厚度，焊縫與母材應(yīng)圓滑過(guò)渡。

4.9酸洗鈍化

焊縫表面清理后，對(duì)焊縫復(fù)層表面，應(yīng)進(jìn)行酸洗鈍化。

4.10內(nèi)部質(zhì)量檢查

焊縫內(nèi)部質(zhì)量檢測(cè)方法、比例及合格級(jí)別，執(zhí)行設(shè)計(jì)文件規(guī)定。

對(duì)焊縫無(wú)損檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)的缺陷，應(yīng)分析原因消除缺陷后再進(jìn)行補(bǔ)焊，并對(duì)補(bǔ)焊處用原規(guī)定的方法進(jìn)行檢驗(yàn)；焊縫返修應(yīng)采用與正式焊接相同的焊接材料及工藝。返修后的焊縫應(yīng)修磨成與原焊縫基本一致，并按原無(wú)損檢測(cè)要求檢驗(yàn)。當(dāng)同一部位的返修次數(shù)超過(guò)兩次時(shí)，應(yīng)制訂返修措施，并經(jīng)焊接技術(shù)負(fù)責(zé)人審批后方可進(jìn)行返修。對(duì)規(guī)定進(jìn)行局部無(wú)損檢驗(yàn)的焊縫，當(dāng)發(fā)現(xiàn)不允許缺陷時(shí)，應(yīng)進(jìn)一步用原規(guī)定的方法進(jìn)行擴(kuò)大檢驗(yàn)。

按建設(shè)單位要求，本工程采用射線探傷進(jìn)行隨機(jī)抽檢，檢測(cè)比例為20%，評(píng)定要求為JB/T4730.3-2005Ⅱ級(jí)，一次合格率100%。

5、結(jié)論

本文分析了2205雙相不銹鋼復(fù)合板的焊接性，通過(guò)焊接工藝評(píng)定，制定了焊接工藝，并將該工藝成功應(yīng)用于江西鹽礦技改擴(kuò)建項(xiàng)目非標(biāo)設(shè)備制作的組焊中，效果良好。實(shí)踐表明，制定的2205雙相不銹鋼復(fù)合板的焊接工藝適當(dāng)，焊接質(zhì)量?jī)?yōu)良，既有力地保證了工期，提升了公司的形象，又為繼續(xù)承接同類工程打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。