SMAW和GTAW對2205雙相不銹鋼焊縫組織與耐蝕性影響分析

摘要：本文對2205雙相不銹鋼的兩種焊接方法做出了論述，分別對鎢極氬弧（GTAW）焊和手工電弧（SMAW）焊做出了論述，重點分析了這兩種焊接方法對2205雙相不銹鋼組織與耐蝕性影響，為相關工作者提供一定的參考和建議。

關鍵詞：SMAW；GTAW；2205雙相不銹鋼；耐蝕性

就雙相不銹鋼而言，其是由大約相同的鐵素體和奧氏體相比例構成，將雙相不銹鋼運用到實際操作中，此種不銹鋼能具有很好的力學性能，且其耐腐性能強[1]。考慮到雙相不銹鋼結合了上述兩種不銹鋼的優點，其也被廣泛運用到我國各行各業中，比如運輸、造紙或石油化工等行業。本文現對2205雙相不銹鋼的兩種焊接方法做出分析，設計了相關實驗，來探討鎢極氬弧焊和手工電弧焊對2205雙相不銹鋼焊縫組織與耐蝕性影響，分析2205雙相不銹鋼焊縫組織在這兩種焊接法中是否能夠具有最優的兩相比，即α相是否能達到40%～60%，而γ相是否能達到40%～60%，并測試了這兩種焊接法的焊縫在不同Cl-離子濃度中的耐蝕行為，以期實現驗證2205雙相不銹鋼的耐蝕性能。

1.相關實驗的方法

1.1.所需材料和工藝介紹

對2205雙相鋼板的焊接，采用鎢極氬弧焊和手工電弧焊工藝，運用多層多道焊的方式來進行焊接。鎢極氬弧焊選用直徑為2.4mm的焊絲，焊絲為22.8.3L，并采用了2%的氮氣和98%的氬氣為保護氣體，在進行焊接時，各層間的溫度要控制適宜，不應高出100℃，對于焊速應控制合理，保持在12～13cm/min，焊接時熱輸入更應控制好，保持在9.9～12.5Kj/cm；運用手工電弧焊時，可應選用直徑為3.2㎜的焊條，焊條為22.9.3LR，焊速和熱輸入同應控制合理，焊速要保持在22～24㎝/min，熱輸入保持在6.75～8.58kJ/cm。此外，板材和焊材的選用應合理，根據實際情況而決定，坡口和取樣位置可以參照圖1來執行，保證取樣合理。

1.2.測定鐵素體的含量

首先配制溶液，需要K3[Fe（CN）6]，NaOH和水，K3[Fe（CN）6]為12g，NaOH為40g，水為100ml，水的溫度在90℃左右，按照這樣的比例將溶液配制好。然后將取樣作為試樣來進行試樣，將試樣放入到配制好的溶液中，試樣放置時間為45s，侵蝕之后運用顯微鏡做觀察，選用型號為LeicaQ500MW顯微鏡，主要對試樣的焊縫進行觀察，并且按照ASTM/E562標準節點法來測定，主要運用此標準來測定鐵素體α相數量。

1.3.腐蝕試驗

先將兩種不同焊接法的兩種試樣進行加工，兩種試樣均加工成長寬都為10㎜、厚度2㎜的薄片，然后再配置氯化鐵溶液，配置按照ASTM/G48標準來配置，從而配置出6%濃度的氯化鐵溶液，與其同時，按照此標準方法再配制出另外兩種不同濃度的氯化鐵溶液，濃度分別為10%和17%，將這兩種溶液作為腐蝕介質。整個腐蝕試驗溫度保持在49.5℃左右，腐蝕的時間不低于1d，在計算腐蝕速度時，可以按照式1來計算：

V=（Wa-Wb）/St 式1

在式1中，V表示腐蝕速度，單位mg/（dm2h），Wa為試驗前試樣的質量，Wb為試驗后試樣的質量，單位為㎎，S為試樣的總面積，單位為dm2，t為試驗所需用的時間，單位為h。整個腐蝕試驗完成后，對試樣上的腐蝕產物做出清除，然后再運用顯微鏡來做觀察。

2.實驗結果和分析

2.1.金相組織分析

從相關實驗的結果來看，不論是手工電弧焊還是鎢極氬弧焊，這兩種焊接工藝的組織的相比例都滿足單相40%～60%的比例，焊縫冷卻后，其鐵素體會發生轉變，會部分轉變成為二次奧氏體，此時鉻、鎳、鉬和氮等合金元素會發生化學反應，因化學反應導致元素重新分配，一旦這些元素重新分配，那么就造成了焊縫金屬的化學成分出現了變化，而從影響合金元素分配的因素來看，溫度和焊接熱循環是關鍵的影響因素[2]。從熔池金屬冷卻來看，在其冷卻過程中，鐵素體作為奧氏體非均質形核的核心，同時又對奧氏體的變大有阻力作用，這種作用可以阻止奧氏體晶粒的長大，這樣一來，就會讓柱狀晶的方向性受到干擾，從而促進雙相組織形成，可以讓奧氏體相得到均勻分布，同時也能讓鐵素體相得到均勻分布。

根據實驗來看，相比于手工電弧焊的奧氏體相含量，鎢極氬弧焊的奧氏體相含量要更高一些，出現這種情況，考慮其因素為：鎢極氬弧焊使用了氮氣結合氬氣的保護氣體，這種保護氣體可以讓焊縫金屬表面的氮損失降低，并且可以讓奧氏體的生成得到促進[3]；此外，鎢極氬弧焊這種焊接工藝，其需用的線能量更大，那么會造成焊縫的冷卻時間得到了延長，這樣的情況會讓奧氏體的生成變多，故鎢極氬弧焊的焊縫中奧氏體相含量更高。

2.2.腐蝕試驗結果分析

腐蝕試驗的結果可以參照圖2來看，在圖2中我們可以看出，氯化鐵的濃度越高那么試樣的腐蝕速度越快，在同一個濃度下，無疑可以看出，鎢極氬弧焊的耐腐蝕性要優于手工電弧焊的耐腐蝕性，如果將這兩種焊接工藝形成的焊縫和母材來對比，且鎢極氬弧焊工藝形成的焊縫均略好于母材。

從腐蝕形貌來看，母材的腐蝕形貌更規則一些，其蝕點比較均勻，且蝕點不大；而手工電弧焊的焊縫蝕點則最大，最不均勻，鎢極氬弧焊焊縫蝕點的形貌位于居中水平。

從2205雙相不銹鋼焊縫的耐蝕性來看，其關鍵取決于鐵素體與奧氏體的相比例，而雙相不銹鋼焊縫表面的鈍化膜也起著重要的影響作用。從本文的試驗中可以看出，由于氯化鐵溶液中存有侵蝕性的Cl-離子，這種離子可以和氧離子發生反應，從而出現置換反應，在試樣的氧化層中就具有氧離子，因此Cl-離子會破壞掉試樣鈍化膜溶解與修復的動態平衡，使得溶解占優勢，從而引起接頭的腐蝕。

其次，決定相比例的關鍵因素還有兩類，分別為金屬元素、線能量，如果合金元素得到了確定，那么有這個確定因素線能量的大小就成了關鍵因素，其大小會直接影響到相比例。在本文的試驗研究中，大的線能量可能讓冷卻時間得到延長，并且可以讓奧氏體的轉變得到了加快，而小的線能量則無法讓冷卻時間延長，相反會讓冷卻速度變快，冷卻速度一旦變快，在焊縫中奧氏體無法充分析出，從而會讓焊縫中的鐵素體含量變高，可以造成氮化物含量增高，這些物質的含量變高卻會讓試樣的抗腐蝕性性能下降[4]。而從腐蝕試驗來看，接觸到氯化鐵溶液的試樣，其奧氏體/鐵素體相界會先遭到浸蝕，隨著時間推移，首先被腐蝕的會是鐵素體，從而造成了局部腐蝕的出現[5]。

3.總結語

綜上所述，無論是手工電弧焊還是鎢極氬弧焊，其都可以讓α相和γ相都達到40%～60%，而運用鎢極氬弧焊這種焊接工藝，可以讓奧氏體生成更多，且此種焊接工藝可以讓奧氏體組織在鐵素體基體中的分布比較均勻，在同樣的Cl-離子作用下，鎢極氬弧焊工藝的耐蝕性更強。Cl-離子濃度越高那么雙相不銹鋼的腐蝕速度越快，在同一個濃度下，鎢極氬弧焊的耐腐蝕性要優于手工電弧焊的耐腐蝕性，如果將這兩種焊接工藝形成的焊縫和母材來對比，兩種工藝的耐腐蝕性均略好于母材，且鎢極氬弧焊的耐腐蝕性更好一些。

參考文獻：

[1]李吉承. 2205雙相不銹鋼焊接接頭組織與耐蝕性研究[D].遼寧石油化工大學，2010.

[2]李燕. SAF2205雙相不銹鋼與異種金屬的焊接性研究[D].南京航空航天大學，2011.

[3]程東亮. 焊接及熱處理對2205雙相不銹鋼焊接接頭腐蝕行為的影響[D].江蘇科技大學，2012.

[4]譚華. 雙相不銹鋼焊縫組織演變與腐蝕行為研究[D].復旦大學，2012.

[5]石巨巖，昌敬源，謝貴生，田曉青，張丙靜. 固溶溫度對2205雙相不銹鋼焊縫組織與韌性的影響[J]. 材料熱處理學報，2009，04：69-72.