2205双相不锈钢的焊接工艺

2205双相不锈钢的焊接工艺

1. 概述

双相不锈钢是目前国外应用朂普遍的钢种，此钢种在20世纪70年代首先由瑞典研制成功，材料牌号为SAF2205，对应的美国牌号为UNSS31803，它是一种典型的含N、超低碳、双相铁素体-奥氏体不锈钢。

由于现代工业技术的发展，传统的奥氏体不锈钢经常遇到晶间腐蚀、点蚀、缝隙腐蚀及应力腐蚀等局部腐蚀的破坏，双相不锈钢综合了奥氏体和铁素体不锈钢的优点，具有良好的韧性、强度及优良的耐氯化物应力腐蚀性能，在-50~280℃之间具有很好的力学性能。

奥氏体不锈钢接头有良好的塑性和韧性，但是导热性能差，线膨胀系数大，焊接应力和变形都比较大；普通铁素体不锈钢热导性能和线膨胀系数都小于奥氏体不锈钢，并且有较高的强度及耐氯离子应力腐蚀性能，但是塑性较差，并存在475℃脆化和δ相析出脆化以及高温晶粒粗化脆化现象。双相不锈钢的应用正是基于奥氏体和铁素体的优点并更大限度地减少了两相的缺点。它具有良好的导热性能，热膨胀系数低，因此焊接时不会产生很大的残余应力，抵抗热裂纹的能力优于奥氏体钢，从根本上解决了抗晶间腐蚀问题。

2. 双相不锈钢的焊接性

双相不锈钢具有与奥氏体不锈钢同样优良的焊接性。与奥氏体不锈钢焊接相比较，焊缝的热裂纹倾向小；与铁素体不锈钢焊接相比，焊前不需要预热，焊后不需要热处理，综合力学性能也较铁素体不锈钢好，尤其是塑韧性，不像铁素体不锈钢那样对脆性敏感。但双相不锈钢的焊接关键主要表现为通过选择填充金属和焊接参数，来控制焊缝金属和热影响区铁素体和奥氏体的相比例达到均衡。

（1）焊接方法 常规的几种焊接方法均能满足双相钢的焊接要求。本次试验选择了焊条电弧焊、钨极氩弧焊两种常用焊接方法，分别进行管-管对接焊接试验，通过控制焊接参数，采取有效工艺措施。

（2）试验材料 试验用的母材为SAF2205（国内牌号：022Cr23Ni5Mo3N）双相不锈钢，其力学性能和化学成分如表1和表2所示，将φ159mm×8mm管子单边开30°坡口，钝边1mm，管-管对接。在钨极氩弧焊中使用纯氩作为保护气体。

（3）焊接参数的选择 双相不锈钢焊接的关键是如何选择焊接参数，来保证获得良好的接头相比例。焊接热输入大小直接影响着焊缝和热影响区中铁素体的含量。热输入太小，不利于奥氏体的析出；热输入太大，则会引起合金元素Cr、Ni、Mo的烧损，导致材料的耐腐蚀性能下降、力学性能劣化，不能得到良好的相组织。

当焊接电流过大，冷却速度过快，会使得焊接热影响区和焊缝的铁素体含量偏高，对耐腐蚀性能和力学性能也是不利因素。然而冷却速度太慢也会使中间相析出，引起组织的不平衡，同样对耐腐蚀性能和力学性能不利。因此，通过调整焊接参数以得到更佳热输入，获得更佳的接头相比例和性能。

（4）焊接工艺 该双相不锈钢的焊接对接头污染较敏感，任何类型的油污及水分都会影响材料的铁素体含量，降低抗腐蚀性能及接头力学性能，因此在焊接前要对坡口两侧50mm处进行严格清理。

通过合理控制焊缝热输入以及层间温度，可以使得更多的奥氏体析出，保证焊接接头的铁素体含量和力学性能。

3. 试验结果及分析

（1）铁素体含量 双相不锈钢焊缝中铁素体和奥氏体含量的平衡对焊缝的力学性能和抗蚀性能有着重要的影响，因此为了评估结构的工作性能，需要测定焊缝的两相含量。采用铁素体检测仪检测了母材和热影响区的铁素体含量

试验结果表明，焊接热输入的大小对焊接接头两相比例影响较大。S12-01、S12-04试验冷却速度过快，奥氏体不能及时析出，影响焊接接接头两相含量，铁素体含量较低；S12-15、S12-16两组试验调整焊接工艺，减缓冷却速度，熔池在凝固过程中有足够时间使得焊缝中的有害物质析出，朂终能够达到良好的两相比例。

（2）金相组织分析 双相不锈钢的金相组织为铁素体+奥氏体，试验选取S12-15、S12-16对焊缝区、热影响区、母材进行金相分析。焊接接头进行取样、机械抛光、采用5%FeCl3盐酸水溶液浸蚀

（3）力学性能试验 拉伸试验：拉伸试验按照GB/T228.1—2010《金属材料室温拉伸试验方法》和NB/T47014《承压设备焊接工艺评定》实施，测定焊接接头拉伸时的抗拉强度。

弯曲试验：弯曲试验按照GB/T2653—2008《焊接接头弯曲试验方法》标准实施，试验形式为面弯、背弯，弯曲试验结果。

冲击试验：冲击试验按照GB/T229—2007《金属材料夏比摆锤冲击试验方法》标准实施。使用工艺评定试件取5mm×10mm×55mm的小尺寸试样进行试验，要求一套试样取自焊缝金属，另一套试样取自热影响区，每套试样应由三个试件组成。

4. 结语

（1）焊接过程中的热输入和冷却速度对铁素体和奥氏体的相比例有一定影响。减缓冷却速度，熔池在凝固过程中有足够时间使得焊缝中的有害物质析出，使得铁素体向奥氏体转变，达到相比例平衡。

（2）如果熔池保护效果差，容易导致焊缝组织中的氮含量过多，从而使铁素体含量降低。热输入过大会引起熔敷金属及热影响区的晶粒粗大，韧性较差，熔敷金属中铁素体的含量亦随之减小。

（3）在实际焊接中，必须保证层间温度不高于工艺试验设定的层间温度。当焊接量很大时，应合理地安排焊接顺序以保证焊缝层间有足够的冷却时间，这样既能保证层间温度, 又能提高劳动生产率。

keyword：2205双相不锈钢

文章来源：http://www.yokosst.com