關于雙相不銹鋼薄板焊接工藝的研究

虞超越

摘要：SA240 S32205雙相不銹鋼是美國機械工程師協會ASME標準下的新型不銹鋼材料，相較于普通奧氏體不銹鋼存在較多的鐵素體相，金屬鉬和氮的含量也有所提高。國內對雙相鋼薄板的焊接經驗較少，本文通過在工程實踐中的分析，選擇合適的焊接材料和焊接工藝，得到成形較好的焊縫，滿足工程使用要求。

關鍵詞：雙相不銹鋼;焊接;熱輸入

1前言

吸取日本福島事件的經驗教訓，考慮在嚴重事故工況下，系統應對放射性物質具有一定的滯留能力，防止放射性物質的擴散和非受控釋放，并考慮事故后系統仍有一定的處理能力。對廢液箱儲存罐房間進行改造，采用4mm厚雙相不銹鋼板（SA240 S32205）以粘結的方式，將房間設置成鋼覆面，使廠房增強對廢液儲罐破損后滯留液體的能力。

2? 焊接分析

雙相不銹鋼，其組織以奧氏體和鐵素體為基體，鐵素體相與奧氏體相約占各一半，兼有鐵素體不銹鋼與奧氏體不銹鋼的優點。既有較高的強度和耐氯化物應力腐蝕能力，又有優良的韌性和焊接性能。SA240 S32205型號雙相不銹鋼成分見下表1。

由于房間進出口空間限制，每塊雙相不銹鋼的規格受到較大限制，房間內焊縫非常密集且數量較多。最長的焊縫跨度達到12米，雙相不銹鋼的厚度僅為4mm，由于焊接過程中存在不規則的線性膨脹，導致焊接接頭的形變較大且難以控制。又由于雙相不銹鋼的熱導率和比熱容較小，散熱較慢，對于焊接接頭的惰性保護特別重要，尤其針對熱影響區可能產生的結構性缺陷須特別重視。

3? 焊接工藝措施

針對現場的實施環境和現有條件，兼顧工作效率，擬采用焊條電弧焊或鎢極氬弧焊。

3.1? 正確選用焊接材料。SA240 S32205雙相鋼焊接接頭的焊縫金屬化學成分主要取決于填充金屬，為了保證焊接接頭的使用性能，焊縫金屬的成分應力求接近于雙相鋼的成分。鎢極氬弧焊選用型號ER2209焊絲，焊條電弧焊選用型號E2209-16焊條，焊絲與焊條成分見下表2。

3.2? 預熱溫度和層間溫度。焊前預熱和層間溫度的控制對減少裂紋的形成有一定影響。預熱溫度過高，會導致焊縫的冷卻速度變慢，有可能引起焊接接頭晶粒邊界碳化物的析出和形成鐵素體組織，大大降低接頭的沖擊韌性。預熱溫度過低，則起不到預熱的作用，無法防止裂紋等缺陷。SA240 S32205雙相鋼初始溫度與層間溫度應保持在10-150攝氏度之間。

3.3? 嚴格控制焊接熱輸入效率。焊接熱輸入過大，焊縫處較容易獲得粗大的晶粒，產生脆化和裂紋，熱影響區由于缺乏惰性保護，與外界的活性元素發生反應，易產生不確定的結構性缺陷。所以采用較小的熱輸入，較小的焊接電流，較快的焊接速度;采用短弧焊接，擺動幅度盡可能小，減小熔合區與熱影響區的體積;焊后進行緩慢冷卻。焊接工藝參數見下表3與表4。

3.4? 注意事項

⑴ 焊接缺陷的產生與焊件、焊絲表面清潔度有很大的關系，焊接過程中水分、油脂、油、氧化物及其他雜質會嚴重影響焊接接頭的質量。因此，坡口表面及其周圍20mm范圍內的區域在焊接前要用丙酮清洗干凈，焊絲及鎢極在使用前也要用丙酮清洗干凈，以防止氫致裂紋的產生。⑵ 氬氣純度不應低于99.95%，焊接時應采用比焊縫更寬的陶瓷噴嘴，弧長盡量短，以充分保護焊縫金屬。⑶ 進行多層焊時，層間接頭應錯開，每道焊縫焊完后，必須將表面的焊渣清理干凈，并經質量檢驗合格后方可進行下一焊道的焊接，以免產生夾渣缺陷。⑷ 熄弧時采用回弧法，降低熔池溫度，避免焊條熄弧時產生裂紋。⑸ 由于現場焊縫較長且非常密集，應采用分段焊接與對稱焊接，并注意相鄰焊縫冷卻后再進行下一道焊縫的焊接。

4? 焊縫檢驗

采用焊條電弧焊得到的焊縫見下圖1，采用手工氬弧焊得到的焊縫見下圖2。

通過圖1和圖2可以清晰地發現焊縫成形良好，表面無裂紋和氣孔等缺陷，焊條電弧焊焊縫兩側熱影響區域氧化非常嚴重，氬弧焊焊縫兩側熱影響區域氧化程度較輕。

對焊條電弧焊焊縫進行取樣，橫向拉伸試驗合格，彎曲試驗合格，晶間腐蝕合格，鐵素體含量為46%，見圖3，符合要求。

對鎢極氬弧焊焊縫進行取樣，橫向拉伸試驗合格，彎曲試驗合格，晶間腐蝕合格，鐵素體含量為40%，見圖4，符合要求。

5? 結語

綜上，雙相不銹鋼薄板焊接對于焊接接頭的保護非常重要，現場為得到成型較好的焊縫，采用鎢極氬弧焊方法焊接，焊絲選用ER2209，選用合適的焊接電流、焊接速度以及層間溫度，較小的熱輸入，選用噴口直徑10mm以上的陶瓷噴嘴，就能獲得良好的焊接效果，滿足焊接結構的使用要求。

參考文獻：

[1]WLS流出液暫存箱房間設置鋼覆面，三門核電有限公司，文件號1-WLS-GEE-15001.

（作者單位：三門核電有限公司）