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（HAZ）的韌塑性和耐蝕性，需要嚴格控制其相比例。結合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分布，為2205雙相不銹鋼的現場焊接提供指導。

關鍵詞：相比例 雙相不銹鋼 熱影響區（HAZ）

1 概述

2205雙相不銹鋼作為一種重要的工程材料，在石油、天然氣和化工等領域得到廣泛的使用。對于這種鋼材來說，其特點是：同時具有鐵素體和奧氏體的雙相結構，鐵素體的存在使其具有較高的強度和耐氯化物應力腐蝕性能，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鍵因素。也就是說期望得到的焊接接頭的各項性能指標能與母材金屬相同；那就需要在焊接過程中嚴格控制焊接工藝來實現，本文針對施工現場各影響因素的控制進行分析，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量，需要對二次熱循環的影響進行充分的考慮，通過多層多道焊接的方式進行焊接。在脆性區間內，為了減少焊縫的冷卻時間，將脆性相析出的可能性降到最低，通常情況下需要對層間溫度進行嚴格控制。因此，需要將層間溫度控制在150℃。因為，在進行焊接的過程中，前道焊縫受到后續焊道熱處理的影響，進而在一定程度上使得焊縫金屬中的鐵素體轉變為奧氏體，進而使得奧氏體在熱影響區的數量會不斷增多，從而改善了整個焊接接頭的組織和性能。

3 焊接熱輸入的控制

對管線進行焊接時，不需要進行相應的預熱處理，這是因為預熱通常情況下會使焊接熱影響區的冷卻速度降低。但是，對于鋼材來說，預熱能夠降低其表面的濕氣，當采用預熱的方式降低鋼材表面的濕氣時，首先需要對焊縫表面進行清理，然后將其均勻地加熱到95℃；對于焊縫來說，如果冷卻速度過快，在焊接熱影響區，使得鐵素體含量進一步增大，為了控制焊接接頭相比例，在這種情況下通過預熱處理是有意義的，但是熱輸入需要進行嚴格的控制[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和焊縫金屬中的鐵素體轉變為奧氏體，進一步確保奧氏體的數量。但同時容易導致鐵素體晶粒變大，甚至在一定程度上會產生有害的金屬間相，進而降低韌性；相反，如果焊接線能量過低，冷卻速度過快，焊縫及熱影響區來不及充分析出奧氏體，進一步導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歷一個熱循環的過程，對于該過程來說，時間短，速度快，奧氏體的析出往往來不及發生，使得HAZ高溫段鐵素體晶粒發生劇烈的增大，進而在一定程度上使得相比例和相分布狀態均發生相應的變化，焊接接頭的力學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場的實際情況，通常情況下，首先采用GTAW進行根焊和第一道填充焊，然后通過SMAW進行填充和蓋面焊，進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，進而在一定程度上促進鐵素體轉變為奧氏體，同時對焊縫中的奧氏體相進行穩定。

6 保護氣體的選擇

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%氮氣的混合氣體進行保護[2]，焊縫耐蝕性通過加入氮而增強。在根部通過采用純氬氣保護，進而在一定程度確保接頭根部不被氧化，進一步獲得純凈的接頭，進行焊接之前，需要檢測焊縫背面的氧含量，在滿足焊接工藝要求后，才允許進行焊接。

7 化學成分的影響

如表1 所示，2205雙相不銹鋼的化學成分，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，因此在抗點腐蝕和均勻腐蝕破裂的能力方面表現的很好，同時將奧氏體穩定元素N加入鋼中，在高溫條件下，可以進一步促進雙相不銹鋼焊接接頭熱影響區形成的單相鐵素體，在冷卻時發生逆轉，同時形成奧氏體，焊接熱影響區的各項性能從而得到改善，在一定程度上確保了耐蝕性的良好性。

8 結論

8.1 在焊接過程中，選擇合理的焊接線能量非常重要。當焊接線能量很小時，對于焊接熱影響區和焊縫的鐵素體來說，由于快速冷卻使得其含量偏高，進而降低了耐腐蝕性能和力學性能；但是，如果焊接線能量過高，在一定程度上會燒損合金元素、冷卻太慢而使得中間相析出，進一步導致相組織失衡，同樣會降低耐腐蝕性能和力學性能。

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，使得焊縫區的奧氏體含量略高，使接頭獲得了良好的性能。

8.3 通過對焊接熱循環的控制，以及保護氣體中氮氣的加入，保持了接頭熱影響區與母材相同的組織結構和較為接近的相比例。

參考文獻：

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

[2]周立忠，韓志誠，徐風林.2205雙相不銹鋼焊接工藝研究[J].焊接與切割，2007，12：37-39.

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