S22053雙相不銹鋼焊接工藝及應(yīng)用

唐榮軍 曾剛（浙江新安化工集團股份有限公司，浙江建德311600）

S22053雙相不銹鋼焊接工藝及應(yīng)用

唐榮軍 曾剛（浙江新安化工集團股份有限公司，浙江建德311600）

S22053雙相不銹鋼材料屈服強度高，不僅具有很強的抗氯化物應(yīng)力腐蝕能力，還有良好的綜合力學(xué)性能。市場應(yīng)用前景廣闊。其焊接工藝較復(fù)雜，其中保證焊縫及熱影響區(qū)雙相組織相比例平衡，對其焊接性能至關(guān)重要。

雙相不銹鋼；焊接技術(shù)

引言

S22053雙相不銹鋼在我公司承接項目中大量使用的材料，對其焊接性分析、進行工藝評定試驗，掌握該材料的焊接技術(shù)，對項目的推進有著現(xiàn)實的意義。

一、雙相不銹鋼的焊接分析

1.雙相不銹鋼的焊接性能分析：1）熱裂紋。熱裂紋的敏感性比奧氏體不銹鋼小得多。易形成低熔點共晶的雜質(zhì)極少，不易產(chǎn)生低熔點液膜；2）熱影響區(qū)脆化。雙相不銹鋼焊接的主要問題在熱影響區(qū)。焊接熱循環(huán)作用下，熱影響區(qū)處于快冷非平衡態(tài)，冷卻后總是保留更多的鐵素體，增大了腐蝕傾向和氫致裂紋（脆化）的敏感性；3）鐵素體475℃脆化。雙相不銹鋼含有50%左右的鐵素體，同樣也存在475℃脆性，但不如鐵素體不銹鋼那樣敏感。

2.焊接冶金

（1）相比例要求：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)南啾壤．?dāng)鐵素體和奧氏體量各接近50%時，似母材的性能，較好。而比例關(guān)系一旦改變，其耐蝕性能和力學(xué)性能就會下降；過低（<25%）或過高（＞75%）的鐵素體含量也不利于雙相不銹鋼焊接。

（2）相比例影響因素：1）合金元素的影響。據(jù)研究，母材中含氮是非常重要的。氮的能力遠大于鎳。在高溫下，氮穩(wěn)定奧氏體的能力比鎳大；加氮能延緩金屬間相的析出，還能提高焊縫金屬的強度和耐蝕性能。2）熱循環(huán)的影響。雙相不銹鋼焊接的最大特點是焊接熱循環(huán)對接頭內(nèi)組織的影響。因此，多層多道焊是有益的，后續(xù)焊道對前層焊道有熱處理作用，這樣能夠顯著改善整個焊接接頭的組織和性能。3）工藝參數(shù)的影響。焊接工藝參數(shù)即焊接線能量對雙相組織的平衡起著關(guān)鍵作用。雙相不銹鋼在高溫下是100%的鐵素體，線能量過小過大，都對熱影響區(qū)冷卻速度有影響。4）保護氣體的影響：鎢極氬弧焊時加入氮氣，可防止焊縫表面因擴散而損失氮，有助于鐵素體與奧氏體的平衡。

3.性能評定

在雙相不銹鋼的焊接過程中必須注意兩個問題：1）維持適當(dāng)?shù)南啾壤苑乐钩霈F(xiàn)焊縫金屬和熱影響區(qū)中奧氏體相含量不穩(wěn)定；2）鐵素體相在高溫范圍內(nèi)不穩(wěn)定，會析出有害物質(zhì)，須防止。

上述問題，一般選用合適的焊接材料及焊接方法、參數(shù)來解決。因缺少雙相不銹鋼的焊接經(jīng)驗和工藝參數(shù)，必須進行焊接試驗。

二、提出并確定焊接方法、焊接材料及工藝方案

1.焊接方法的選擇：根據(jù)現(xiàn)場施工及工裝設(shè)備，選用焊條電弧焊（SMAW）和氬弧焊（GTAW）兩種焊接方法。

2.提出并確定焊接材料方案：焊接材料要與母材化學(xué)成分相近，且比母材含鎳量高的雙相鋼焊材，確保焊縫中的奧氏體占優(yōu)勢。經(jīng)對比選擇ER2209焊絲、E2209焊條。

3.提出并確定焊接工藝方案

方案一：GTAW：焊縫正面氬氣保護+焊縫背面氬氣保護

方案二：GTAW：焊縫正面氬氣保護+焊縫背面氮氣保護

方案三：SMAW：對接全焊透。

按上述三方案可驗證工藝的可行性。

三、焊接工藝參數(shù)的選擇

為保證雙相組織平衡，焊接線能量太大或太小都不好，一般控制在0.5-2.5KJ/cm范圍，焊前不預(yù)熱，層間溫度控制在150℃以下，鑒于此，焊接工藝評定采用的兩種焊接方法焊接工藝參數(shù)見下表：

四、效果檢查

1.焊接工藝評定，按NB/T47014-2011進行焊接工藝評定，采用方案二、方案三，平均硬度測試值：HBW275，拉伸測試平均抗拉強度達880MPa，塑性斷裂在熱影響區(qū)；側(cè)彎試樣無裂紋合格，方案一存在側(cè)彎試樣不合格。

2.相比例評定，由方案二、三，金相法觀察到的組織形貌是白色奧氏體基體上分布有淺灰色條狀、塊狀鐵素體。經(jīng)評估，焊縫鐵素體含量約為55%；熱影響區(qū)為55%；經(jīng)各項質(zhì)量檢驗，均滿足設(shè)計要求，焊接雙相比得到了有效控制。

3.焊接檢驗：在項目施工中，采用方案二即GTAW：焊縫正面氬氣保護+焊縫背面氮氣保護的工藝施工，共完成2205雙相不銹鋼焊接RT射線探傷303張片子，其中一次合格303張，一次合格率為100%，實踐證明工藝效果良好。

五、結(jié)語

采用焊條電弧焊以及采用氬弧焊背面沖氮的焊接工藝，工藝參數(shù)適合，S22053雙相不銹鋼的焊接接頭綜合機械性能、單位面積雙相組織含量是可以達到標準要求的。通過氬弧焊充高純氮的方式，提高了焊接接頭機械能，說明氮元素促進了焊接過程的鐵素體的奧氏體轉(zhuǎn)化。

［1］張菽浪，00Cr25Ni7Mo4N超級雙相不銹鋼。特鋼技術(shù)2009年第2期4-7.

［2］《承壓設(shè)備用不銹鋼板及鋼帶》。GB24511-2009.