SAF2205雙相不銹鋼焊接工藝分析

王振坤

摘 ? 要：隨著社會的發展和工業化的進步，傳統的不銹鋼已不能滿足高耐腐蝕性的要求，在石油化工等行業的應用逐漸減少。研究發現雙相不銹鋼材質能兼顧鐵素體和奧氏體的優點，耐腐蝕性和力學性能十分優秀，很快就被投入到工業生產中。我國對于雙相不銹鋼的研究起步比西方發達國家晚，但在生產加工中已經取得了較好的應用成果，許多生產企業也看到了雙相不銹鋼在未來市場的潛力。因此，系統地介紹SAF2205雙相不銹鋼焊接的工藝和具體操作。

關鍵詞：2205雙相不銹鋼;焊接工藝;金屬分析

傳統的不銹鋼為奧氏體不銹鋼，對晶間腐蝕和孔腐蝕的耐性表現不佳，影響了石油管道運輸等工作的正常開展，使管道的使用壽命受到束縛，影響了生產企業的生產運輸成本。從20世紀70年代起，我國開始自主研究雙相不銹鋼的生產應用，并取得了比較突出的成績。根據我國獨特的礦產資源分布特點，研究人員將稀土元素融入不銹鋼的生產，降低了其中的氮質量濃度，研發的稀土雙相不銹鋼工藝加工性能、抗應力和抗腐蝕性能較好，已經投入生產使用。

1 ? ?SAF2205雙相不銹鋼概述

1.1 ?SAF2205雙相不銹鋼性能特點

雙相不銹鋼是指在生產中通過熱加工將鐵素體與奧氏體結合，各占約1/2，使用氮或其他元素以促進二者更好地融合。雙相不銹鋼的優點十分明確，即可以兼顧鐵素體和奧氏體的優勢，在保持硬度和可加工性的基礎上提高不銹鋼材料的耐腐蝕性，延長材料的使用壽命，降低生產企業的成本。

SAF2205是雙相不銹鋼的一種，性能優越且價格較低，在實際的生產運輸中應用十分廣泛。SAF2205雙相不銹鋼的抗拉強度可達到655 MPa，雙相不銹鋼材質的密度更小、質量輕，線性熱膨脹系數也低于奧氏體不銹鋼，使SAF2205雙相不銹鋼的可加工性更突出，使用時不容易開裂，鍛造和冶煉更便利[1]。同時，由于添加了鉬元素，雙相不銹鋼的孔抗蝕力當量值（Equivalent Value of Pitting Resistance，PRE）超過40，極大地彌補了傳統不銹鋼的缺點，在耐孔蝕和耐縫隙腐蝕方面表現更佳。

1.2 ?SAF2205雙相不銹鋼焊接分析

焊接的工藝直接影響不銹鋼管材的使用，由于雙相不銹鋼中獨特的雙重組織，在焊接管材焊縫處奧氏體因受熱產生變化，逐漸向鐵素體轉變，即鋼材內鐵素體和奧氏體的比例發生變化，一旦材料內鐵素體的質量分數超過60%，不銹鋼的整體性能會下降，因此，要正確運用焊接技術，在接頭處妥善處理，才能使焊接區域和母材保持同樣的性能。首先，在焊接之前要進行接頭設計，保證接頭處受熱后材料依然能夠保持與其他部分相同的二相性。

在焊接時要注意減少應力集中，避免腐蝕介質聚集在焊縫處導致使用時發生斷裂。其次，在焊接時要用小功率、大焊速，有效避免十字交叉焊縫。焊接時要特別關注對溫度的控制，每個焊縫完成后應冷卻至要求溫度后再繼續工作，防止材料過熱發生脆化斷裂。

2 ? ?SAF2205雙相不銹鋼焊接工藝

2.1 ?焊接準備

在開始焊接前，要先按照要求的尺寸切割不銹鋼鋼材，在焊接處留出X形或V形的焊接口，切割焊縫的角度約為60°，焊縫的寬度約為2 mm。一般的焊接口使用直線切割更節約成本，且焊接效果差距較小，如果使用U形接口則需要由專門的機器加工，不利于控制生產成本。切割完成后要打磨焊接口周圍50 mm內的鋼材，將附著的油脂、灰塵和水漬清理干凈。可以使用酸蝕的方式清洗切口處，使切口處的金屬鈍化，提高焊縫表面的平整度[2]。清洗完成后要將腐蝕介質清除干凈，防止酸溶液聚集在焊縫處，影響焊接質量。打磨鋼材時要使用專用的拋光片，不能使用含碳量高的砂輪，也不能和其他碳鋼接觸，防止影響鋼材的防腐蝕性能。焊接時要做好必要的防護措施，連接好地線，防止出現意外事故。

由于SAF2205雙相不銹鋼中氮元素質量分數較高，更適合使用鎢極氬弧焊，焊接出來的焊縫質地輕薄美觀、連接性能好。鎢極氬弧焊的保護氣體多選擇氬氣，并摻雜適量的氮氣，一般混合量約為1%，以保證在焊接時鋼材不會因為受熱而流失氮元素，破壞鐵素體與奧氏體的比例成分。在混氣時要特別注意，不能為了保護鋼材特性加入過多的氮氣，氮氣會加速焊接設備中鎢極的燒毀，選擇釷鎢極進行焊接，能有效對抗這種損壞。

為了保證SAF2205雙相不銹鋼的焊接效果，焊接處的材料一般選擇和母材性質類似的材料，如E2209焊條或ER2209焊絲，碳質量分數均為0.014%，能更好地和母材融合，不會因為受熱和冷卻使焊接出現開裂現象。焊接材料在使用之前需要經過檢測，保證其成分和性能符合要求后再使用。

2.2 ?焊接過程

在焊接過程中需要關注焊接的工藝和焊接溫度。首先，在焊接前要固定不銹鋼的邊角，保證焊接的精確性，在焊接完成后可以使用切割機將其切除，但要保證不能破壞母材原本的尺寸，切割后要使用酸性溶液清洗鈍化。其次，在焊接時要用小電流，高溫會破壞鋼材的耐腐蝕性。焊槍的擺動幅度小，能夠有效避免交叉焊縫的形成。焊槍可以使用大直徑噴嘴，在提高焊接速度的同時，加大保護氣體的噴出量，使焊縫處的焊接更加緊密，保護效果更明顯。要在留出的X形或V形焊接口內操作焊槍，防止焊槍刮傷鋼材，或因高溫影響鋼材的質量。再次，鋼材表面的焊接盡量一次完成，以保證焊縫的均勻細密，使其更加平整美觀。一般對鋼材的層間焊接不作要求，但要注意控制鋼材溫度，保證每層溫度冷卻至150 ℃之下再焊接，冷卻鋼材時可以加大空氣流速，嚴禁使用冷水冷卻，否則會使鋼材變脆開裂[3]。最后，焊接完成后要清理鋼材整體，清理工具要選擇同樣由雙相不銹鋼制成的，避免雙相不銹鋼與其他鋼材直接接觸，否則打磨時其他材料的粉末接觸到雙相鋼材會出現點腐蝕的現象。當焊縫的溫度逐漸降低，但還未降至凝固點時，要用鋼絲刷洗掉焊接過程中氧化和飛濺的殘渣，確保焊縫表面的完整性。

2.3 ?參數確定

在焊接時要注意控制焊接參數以提高焊接質量。首先，SAF2205雙相不銹鋼在焊接時對溫度的要求較高，如果控制不當會直接影響焊縫內材料的結晶程度和雙相鋼材的相性質量。在焊接之前，要使用紅外線測溫儀器測量鋼材的層間溫度，在低于150 ℃時才能進行下一步焊接，且每個焊縫焊接完成后都需要測溫才能繼續焊接，嚴格控制每一次焊接操作都符合規范。其次，焊接要采取直線的方式，減少焊槍的橫向擺動，焊接材料要填滿所留的焊接口，不能留有空氣。在向氬氣中充填氮氣時要控制用量，如果超過鋼材需要的量，過多的氣體會從熔化的金屬焊條中析出，冷卻時形成氣孔，影響焊接質量[4]。

2.4 ?質量測評

在完成焊接后要對焊接好的鋼材進行質量評測，合格后方可投入使用。首先，要對連接在一起的鋼材進行抽樣，記錄外觀上有明顯缺陷的焊接口。對選取好的焊接口進行拉伸測試，主要記錄其對抗應力的彎曲性能的數據，保證鋼材焊接后的穩固性。當鋼材產生裂縫時，較好的彎曲性能可以抑制裂縫的進一步擴展，延長鋼材的使用壽命。

其次，要對鋼材內部的相性和比例進行測定，保證焊接處的雙相性和母材保持一致、鋼材整體的抗腐蝕性好。測量時可以使用X射線進行衍射測試，準確分析焊接處的內部結構。由于在焊接過程中會產生高溫，焊接處周圍受熱影響較大，金屬的熱影響區會有相性變化，奧氏體的晶相受到破壞，使鋼材內部產生許多無定形的晶界，影響鋼材的耐腐蝕性能。

最后，需要對焊接接頭進行無損測試和抗腐蝕性測試。一般研究抗腐蝕的效果是通過對比金屬腐蝕前后的質量差來測算的，因此，也被稱為無損測試，若鋼材的質量不發生損失，則說明其抗腐蝕性能較好。

3 ? ?結語

SAF2205雙相不銹鋼的性能十分優秀，耐孔耐腐和耐晶間耐腐都明顯優于傳統的奧氏體材質，在工業生產中已經逐步代替傳統不銹鋼，生產企業應該積極引入雙相不銹鋼，提高產品質量，為擴大企業生產規模、擁有更高的市場占有率打下基礎。在生產中，雙相不銹鋼對焊接工藝要求較高，只有保證焊接前的準備到位、焊接材料和參數選擇適宜、焊接操作時嚴格把控打磨技術、焊接定位和溫度，才能放大雙相不銹鋼的優點，保證工程焊接質量。

[參考文獻]

[1]賈 強，劉 艷，張志昌.SAF2205雙相不銹鋼焊接工藝及耐蝕性的研究[J].科技信息，2017（23）：23-25.

[2]蘇海濱.淺談雙相不銹鋼及其應用[J].中國高新技術企業，2017（9）：62-63.

[3]劉俊龔，霍立興，金曉軍，等.焊接工藝對SAF2205管道焊接接頭組織和力學性能的影響[J].焊管，2018（3）：20-23.

[4]朱興海.SAF2205雙相不銹鋼設備SAW焊接工藝[J].石油化工建設，2017（2）：43-46.