雙相不銹鋼焊接性問題產生的原因及控制策略

梅明

摘 要：隨著我國經濟與科技的不斷發展，我國工業技術也得到了快速的發展，尤其是在焊接工藝技術中領域中，技術人員經過不斷的開發研究已經優化了不銹鋼焊接技術，極大地提高了工業生產的效率，推動了我國工業化發展的腳步。然而對于雙相不銹鋼焊接工藝來說，其在實際的應用過程中容易受到環境因素以及其他外界因素的影響，進而導致其出現焊接問題，影響最終的焊接成果。本文將從雙相不銹鋼焊接性能與特征、雙相不銹鋼焊接性問題產生的原因及控制策略兩個方面進行相關論述，以供參考。

關鍵詞：雙相不銹鋼 焊接技術 焊接問題 原因分析 控制策略

Causes and Control Strategies of Weldability Problems of Duplex Stainless Steel

Mei Ming

Abstract：With the continuous development of Chinas economy and technology， Chinas industrial technology has also been rapidly developed， especially in the field of welding technology. After continuous development and research， technicians have optimized the stainless-steel welding technology and greatly improved the efficiency of industrial production， and promoted the pace of industrialization in our country. However， for the welding process of duplex stainless steel， it is susceptible to environmental factors and other external factors in the actual application process， which in turn leads to welding problems and affects the final welding results. This article will discuss the welding performance and characteristics of duplex stainless steel， the causes of duplex stainless-steel weldability， and control strategies for reference.

Key words：duplex stainless steel， welding technology， welding problem， cause analysis， control strategy

1 引言

雙相不銹鋼焊接技術是一種重要的工業焊接技術，在工業生產中的應用較為廣泛，其中的雙相不銹鋼指的是鐵素體以及和奧氏體，其不僅具有良好的抗氯化物應力腐蝕性能，同時還體現出極高的屈服強度，再加上奧氏體相的特征，使得雙相不銹鋼還具有較好的耐腐蝕性以及韌性，這樣的鋼材強度與韌性都更好，同時也更加容易被焊接使用。隨著我國工業化的不斷推進，我國雙相不銹鋼材料的應用越來越廣泛，其中應用最為頻繁的就是石油、化工以及海洋工程等領域中，甚至已經逐漸取代了傳統奧氏體不銹鋼的應用地位。技術人員在使用雙相不銹鋼構件的時候一般都采取焊接的方式進行材料加工，而受到各種因素的影響，材料將會出現不同的焊接效果。本文就將對應用雙相不銹鋼焊接效果的因素進行具體分析，并提出針對性的解決方法與意見，希望能夠為業內人士提供有用的參考信息。

2 雙相不銹鋼焊接性能與特征分析

經過技術人員的觀察與實驗能夠發現，室溫下的雙相不銹鋼固溶體中同時具備奧氏體與鐵素體，材料的結構賦予了雙相不銹鋼材料兩相的結構特征，經過上文分析總結能夠知道，雙相不銹鋼材料即具備鐵素體的導熱系數大、耐點蝕等特征，同時也體現出奧氏體良好的強度與韌性優勢，能夠適應不同的環境溫度，同時還具備優秀的力學性能。經過實驗數據的對比探究能夠知道，雙相不銹鋼的屈服強度高于原奧氏體不銹鋼，因此在同等壓力等級下，使用雙相不銹鋼材料能夠有效節約材料資源。與傳統的材料相比，雙相不銹鋼的焊接性更好，經過焊接之后不會出現嚴重的冷裂紋與熱裂紋現象。技術人員使用雙相不銹鋼材料進行焊接的時候不需要進行預熱處理，如果在寒冷的環境中進行焊接，只需要將坡口清理之后并將其加熱至100℃去除濕氣就可以，即使在焊接之后也并不需要熱處理。再加上雙相不銹鋼材料的氮含量較高，其受到溫度影響的程度要小于鐵素體，因此其具備更加良好的焊接綜合性能。

3 雙相不銹鋼焊接性問題產生的原因及控制策略

3.1 合金元素的影響

對于雙相不銹鋼材料來說，其原材料中氮的含量將直接影響兩相的比例。氮能夠幫助奧氏體在焊縫金屬和焊后熱影響區內形成，但是從應用效果來看，氮的作用要大于鎳。因此，技術人員在進行焊接的過程中總是有意識地提高鎳的含量，進而保障奧氏體的形成，通常情況下技術人員應當控制鎳的含量比母材高出2%～4%。盡管氮含量的在呢個價也能夠起到控制鐵素體含量的作用，但是氮含量過高卻容易導致材料在焊接過程中出現氣孔問題，最終導致接頭內應力增大，影響材料的使用性能，因此技術人員應當控制其中的填充金屬氮含量。就目前的焊接情況來看，一般都要求鎳含量高于母材，而氮含量則可以與母材相同。之所以采取這樣的比例是因為鎳含量或氮含量的提高都能夠優化焊接性能，同時促進奧氏體的形成[1]。

3.2 熱循環的影響

從反應本質上來看，焊接其實就是一個冶金的過程，因此在焊接的過程中，根據環境溫度的變化，焊接金屬也將按照溫度由高到低的順序析出不同的組織。經過實驗總結能夠知道，在1200℃至凝固點溫度之間，材料將會析出鐵素體組織，而在800～1 200℃溫度之間，材料將會析出奧氏體，在475～800℃之間，材料將會析出碳化物、氮化物等。因此，接頭奧氏體的形成數量不僅受到原材料的化學成分比例影響，同時還會受到冷卻速度的影響。從研究結果中進行對比分析能夠發現，較快的冷卻速度能夠提高焊縫組織的鐵素體含量。因此，要想提高材料的焊接性能，技術人員就應該合理地控制熱輸入量，根據焊接材料的實際厚度合理選擇層間溫度。經過對類似研究文獻的學習與總結能夠發現，當焊接熱輸入超過一定溫度值的時候，隨著環境溫度的升高，其鐵素體的含量將會降低;且焊接輸入量將會直接影響焊縫組織的兩相比例以及高溫熱影響區的寬度，其對于高溫熱影響區的兩相比例影響較小并不大;而150℃的層間溫度是最利于焊接組織的，能夠實現鐵素體與奧氏體的等比存在，同時不存在二次奧氏體析出的現象。

因此，要想提升雙相不銹鋼材料的焊接工藝以及焊接效果，技術人員可以使用多層多道焊的方法，這樣就能夠有效控制兩相比例。在多層多道焊過程中，前面的一層焊道將會受后面焊道的熱處理作用，促進鐵素體向奧氏體的轉變，這樣就能夠增強熱影響，進而降低奧氏體析出的比例，同時還能夠降低碳化物以及氮化物的析出量，進而提高焊接接頭的性能。在這樣的焊接技術下，技術人員在實際的焊接過程中應該首先焊接觸介質面，之后在進行非接觸介質面的焊接處理，這樣的焊接方法與之前的奧氏體不銹鋼焊接方法完全不同。如果技術人員在焊接的過程中收到最后施焊接觸介質面的硬性要求，則技術人員可以在最后焊接結束的時候在其焊縫表面補焊一層工藝焊縫，這樣就能夠在進行一次熱處理，能夠有效提升焊接的工藝

效果[2]。

3.3 保護氣體的影響

另外，保護氣體同樣能夠起到改善兩相組織的效果。一般情況下，純氫已經能夠達到良好的保護效果，但是受到多種因素的影響，雙相不銹鋼材料在焊接的過程中總是會出現表面氮損失的情況。要想改善氮損失的現象，技術人員應該采取針對性的防護措施，降低焊接過程中的氮損失，而其中應用最廣泛的方法就是使用含氮的氣體實施保護。經過實驗能夠發現，當氫氣中添加2%的氮氣作為保護氣體時能夠達到最好的焊接效果，這樣的保護氣體不僅能夠降低焊接表面金屬氮的損失，同時還能夠降低鐵素體奧氏體相比例，使得焊接接頭的兩相比例更加接近母材，這樣就能夠提升材料的抗腐蝕能力[3]。

3.4 氫致裂紋的影響

一般情況下，雙相不銹鋼材料對于氫致裂紋并不敏感，但是在實際的焊接過程中也偶有發生因氫致裂紋導致的雙相不銹鋼焊接結構破壞事件出現，之所以會出現這樣的事故，其主要的原因就在于焊縫金屬內顯微組織以及氫含量存在問題。經過實驗能夠發現，如果雙相不銹鋼材料焊縫金屬顯微組織中鐵素體的體積分數超過60%，且其氫含量達到一定水平時，材料就會出現對氫致裂紋敏感的現象。

面對這樣的問題，技術人員首先應該防止過高的峰值溫度出現，嚴格控制焊縫金屬內的鐵素體含量，并將其保持在合適的范圍，這樣就能夠促進網狀奧氏體組織的形成。這樣一來，晶界和鐵素體晶都能夠有效限制氫的擴散，這樣就降低了氫致裂紋產生的概率。除此之外，技術人員還應該盡量避免在焊接過程中處于氫含量較高的環境，進一步提高焊接的質量[4]。

3.5 殘余應力與變形

與傳統使用的奧氏體鋼性能相比，盡管雙相不銹鋼在導熱性能、熱膨脹表現、殘余應力以及變形方面都體現出優勢，但是由于在實際焊接的過程中總是使用局部加熱的方法，這樣就會導致殘余應力和變形的出現。要想提高雙相不銹鋼材料的焊接效果，技術人員就應該想辦法控制其殘余應力以及變形情況。經過實驗分析之后能夠發現，雙相不銹鋼經過焊接后如果開展300～700℃消除應力處理或者變形矯正處理都會導致焊接接頭出現脆化的現象。而如果開展700～1 000℃處理則會導致金屬間化合物析出，進而降低焊接接頭的韌性與抗腐蝕能力。因此，技術人員不能夠通過焊接結束之后的熱處理消除應力與變形，其應該從焊接工藝參數的調整方面進行研究。經過類似文獻的研究與學習能夠知道，通過優化工藝參數、選用合理的焊接裝配程序的方法就能夠消除應力與變形，同時還能夠提升焊接的效果[5]。

4 結語

綜上所述，要想提升雙相不銹鋼材料的焊接效果與性能，技術人員應合理控制填充金屬元素的種類與含量，同時還應該及時調整保護氣體的體積分數，這樣就能夠優化奧氏體-鐵素體雙相不銹鋼的比例。其次，技術人員還應該不斷調整焊縫的金屬化學成分，同時控制焊接熱輸入量，這樣才能夠促進奧氏體的形成，從而減少有害相的析出。最后，技術人員還應該合理控制峰值溫度以及周圍環境的氫含量，這樣才能夠降低氫致裂紋敏感性，選擇合理的焊接裝配程序則能夠有效消除應力與變形，進一步提高焊接的效果。

參考文獻：

[1]王振坤.SAF2205雙相不銹鋼焊接工藝分析[J].現代鹽化工，2020，47（03）：65-66.

[2]黃衛東.淺談不銹鋼結構件焊接工藝[J].內燃機與配件，2020（04）：109-110.

[3]駱科彤，寧斌，崔雪鴻.2205雙相不銹鋼焊接力學性能和腐蝕性能研究[J].廣西民族大學學報（自然科學版），2020，26（01）：92-98.

[4]張羽，徐展.2205雙相不銹鋼煙管焊接質量控制[J].工業鍋爐，2019（05）：43-46.

[5]查小琴，任永峰，黑鵬輝，翟智梁.雙相不銹鋼焊接性問題原因及控制[J].材料開發與應用，2019，34（05）：59-65.