淺談2205雙相不銹鋼焊接接頭相比例的控制

代波

摘要：2205雙相不銹鋼焊接接頭成型過程中，為了提高焊縫和熱影響區(qū)（HAZ）的韌塑性和耐蝕性，需要嚴(yán)格控制其相比例。結(jié)合2205雙相不銹鋼的焊接性能，通過層間溫度的合理控制、焊接材料的合理選擇、保護(hù)氣體的合理搭配等方面闡述如何獲得更好的相比例和相形態(tài)分布，為2205雙相不銹鋼的現(xiàn)場(chǎng)焊接提供指導(dǎo)。

關(guān)鍵詞：相比例 雙相不銹鋼 熱影響區(qū)（HAZ）

1 概述

2205雙相不銹鋼作為一種重要的工程材料，在石油、天然氣和化工等領(lǐng)域得到廣泛的使用。對(duì)于這種鋼材來說，其特點(diǎn)是：同時(shí)具有鐵素體和奧氏體的雙相結(jié)構(gòu)，鐵素體的存在使其具有較高的強(qiáng)度和耐氯化物應(yīng)力腐蝕性能，奧氏體的存在使其具有良好的韌性和耐腐蝕性能；在焊接雙相不銹鋼的過程中，保證焊接接頭的韌塑性和耐蝕性是關(guān)鍵因素。也就是說期望得到的焊接接頭的各項(xiàng)性能指標(biāo)能與母材金屬相同；那就需要在焊接過程中嚴(yán)格控制焊接工藝來實(shí)現(xiàn)，本文針對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)各影響因素的控制進(jìn)行分析，從而獲得相比例與母材相近的焊接接頭。

2 層間溫度的合理控制

通常情況下，為了確保焊接接頭具有較高的焊接質(zhì)量，需要對(duì)二次熱循環(huán)的影響進(jìn)行充分的考慮，通過多層多道焊接的方式進(jìn)行焊接。在脆性區(qū)間內(nèi)，為了減少焊縫的冷卻時(shí)間，將脆性相析出的可能性降到最低，通常情況下需要對(duì)層間溫度進(jìn)行嚴(yán)格控制。因此，需要將層間溫度控制在150℃。因?yàn)?，在進(jìn)行焊接的過程中，前道焊縫受到后續(xù)焊道熱處理的影響，進(jìn)而在一定程度上使得焊縫金屬中的鐵素體轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體，進(jìn)而使得奧氏體在熱影響區(qū)的數(shù)量會(huì)不斷增多，從而改善了整個(gè)焊接接頭的組織和性能。

3 焊接熱輸入的控制

對(duì)管線進(jìn)行焊接時(shí)，不需要進(jìn)行相應(yīng)的預(yù)熱處理，這是因?yàn)轭A(yù)熱通常情況下會(huì)使焊接熱影響區(qū)的冷卻速度降低。但是，對(duì)于鋼材來說，預(yù)熱能夠降低其表面的濕氣，當(dāng)采用預(yù)熱的方式降低鋼材表面的濕氣時(shí)，首先需要對(duì)焊縫表面進(jìn)行清理，然后將其均勻地加熱到95℃；對(duì)于焊縫來說，如果冷卻速度過快，在焊接熱影響區(qū)，使得鐵素體含量進(jìn)一步增大，為了控制焊接接頭相比例，在這種情況下通過預(yù)熱處理是有意義的，但是熱輸入需要進(jìn)行嚴(yán)格的控制[1]。如果輸入過高的焊接熱，雖然在一定程度上便于熱影響區(qū)和焊縫金屬中的鐵素體轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體，進(jìn)一步確保奧氏體的數(shù)量。但同時(shí)容易導(dǎo)致鐵素體晶粒變大，甚至在一定程度上會(huì)產(chǎn)生有害的金屬間相，進(jìn)而降低韌性；相反，如果焊接線能量過低，冷卻速度過快，焊縫及熱影響區(qū)來不及充分析出奧氏體，進(jìn)一步導(dǎo)致鐵素體和氮化物含量過高，抗腐蝕能力和韌性大大降低，這就是在小線能量下，為什么焊接接頭耐蝕性和韌性較差的主要原因。

4 焊接方法的選擇

在焊接過程中，由于雙相不銹鋼要經(jīng)歷一個(gè)熱循環(huán)的過程，對(duì)于該過程來說，時(shí)間短，速度快，奧氏體的析出往往來不及發(fā)生，使得HAZ高溫段鐵素體晶粒發(fā)生劇烈的增大，進(jìn)而在一定程度上使得相比例和相分布狀態(tài)均發(fā)生相應(yīng)的變化，焊接接頭的力學(xué)性能和耐腐蝕性能受到影響和制約，因此需要選擇合適的焊接方法。通過研究分析施工現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，通常情況下，首先采用GTAW進(jìn)行根焊和第一道填充焊，然后通過SMAW進(jìn)行填充和蓋面焊，進(jìn)而在一定程度上提高焊接效率。

5 選擇合理的焊接材料

在選擇雙相不銹鋼管的焊接材料的過程中，所選擇的焊接材料，在化學(xué)成分方面，通常情況下與母材存在一定的差異，要求焊材中的Ni含量要高出母材2%～4%，N含量往往略低于母材，進(jìn)而在一定程度上促進(jìn)鐵素體轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體，同時(shí)對(duì)焊縫中的奧氏體相進(jìn)行穩(wěn)定。

6 保護(hù)氣體的選擇

在接頭焊接過程中，由于采用鎢極氬弧焊（GTAW）作為焊接方法，建議采用氬氣+3.5%氮?dú)獾幕旌蠚怏w進(jìn)行保護(hù)[2]，焊縫耐蝕性通過加入氮而增強(qiáng)。在根部通過采用純氬氣保護(hù)，進(jìn)而在一定程度確保接頭根部不被氧化，進(jìn)一步獲得純凈的接頭，進(jìn)行焊接之前，需要檢測(cè)焊縫背面的氧含量，在滿足焊接工藝要求后，才允許進(jìn)行焊接。

7 化學(xué)成分的影響

如表1 所示，2205雙相不銹鋼的化學(xué)成分，主要包括：Cr、Ni、Mo和N[3]。其中，鐵素體形成元素包括Cr和Mo，奧氏體形成元素包括Ni和N。在含量方面，由于Cr和Mo在鋼中比較高，因此在抗點(diǎn)腐蝕和均勻腐蝕破裂的能力方面表現(xiàn)的很好，同時(shí)將奧氏體穩(wěn)定元素N加入鋼中，在高溫條件下，可以進(jìn)一步促進(jìn)雙相不銹鋼焊接接頭熱影響區(qū)形成的單相鐵素體，在冷卻時(shí)發(fā)生逆轉(zhuǎn)，同時(shí)形成奧氏體，焊接熱影響區(qū)的各項(xiàng)性能從而得到改善，在一定程度上確保了耐蝕性的良好性。

8 結(jié)論

8.1 在焊接過程中，選擇合理的焊接線能量非常重要。當(dāng)焊接線能量很小時(shí)，對(duì)于焊接熱影響區(qū)和焊縫的鐵素體來說，由于快速冷卻使得其含量偏高，進(jìn)而降低了耐腐蝕性能和力學(xué)性能；但是，如果焊接線能量過高，在一定程度上會(huì)燒損合金元素、冷卻太慢而使得中間相析出，進(jìn)一步導(dǎo)致相組織失衡，同樣會(huì)降低耐腐蝕性能和力學(xué)性能。

8.2 在焊接過程中，使用的焊絲增加了奧氏體化元素的含量，采用熱輸入及多層多道焊等工藝都有利于形成奧氏體，在一定程度上與母材相比，使得焊縫區(qū)的奧氏體含量略高，使接頭獲得了良好的性能。

8.3 通過對(duì)焊接熱循環(huán)的控制，以及保護(hù)氣體中氮?dú)獾募尤耄３至私宇^熱影響區(qū)與母材相同的組織結(jié)構(gòu)和較為接近的相比例。

參考文獻(xiàn)：

[1]李健.不同焊接工藝對(duì)雙相鋼（SAF2205）金相組織的影響[J].壓力容器，2004，21（2）：7-11，31.

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[3]岳斌，馬鵬舉，王大治.2205雙相不銹鋼的焊接工藝研究[J].化工機(jī)械，2009，36（1）：5-8.