至德鋼業雙相不銹鋼焊接工藝技術詳細分析

 雙相不銹鋼具有良好的焊接性。本文就雙相不銹鋼焊接工藝進行了論述，以供同行參考。

一、雙相不銹鋼特性

  雙相不銹鋼在室溫下固溶體中奧氏體和鐵素體約各占半數（雙相不銹鋼2205鐵素體含量應為30%～55%，典型值是45%左右），兼有兩相組織特征，它保留了鐵素體不銹鋼導熱系數大、線膨脹系數小、耐點蝕、縫隙及氯化物應力腐蝕的特點；具有奧氏體不銹鋼韌性好、脆性轉變溫度較低、抗晶間腐蝕、力學性能好的優點。

  雙相不銹鋼比奧氏體不銹鋼的屈服強度高近1倍，同樣的壓力等級條件下，可以節約材料。比奧氏體不銹鋼的線性熱膨脹系數低，與低碳鋼接近。這使得雙相不銹鋼與碳鋼的連接較為合適，具有很好的工程意義。常用的鋼號有Cr18型、Cr23（無M 0）型、Cr22型。

二、雙相不銹鋼的焊接性

  雙相不銹鋼具有良好的焊接性，焊接冷裂紋和熱裂紋的敏感性都較小。通常焊前不預熱，焊后不熱處理。由于有較高的氮含量，熱影響區的單相鐵素體化傾向較小，當焊接材料選擇合理，焊接線能量控制適當時，焊接接頭具有良好的綜合性能。

三、坡口型式

  不銹鋼熔透性焊縫，外部第一層焊縫采用氬弧焊打底，其余焊層采用手工電弧焊填充蓋面，直流反接。氬弧焊絲直徑為Φ2.0，第二層焊及上部收口焊焊條采用Φ3.2，第三層焊條采用Φ4.0，其余各層焊縫采用焊條均為Φ4.0，（坡口及組對形式見圖）。由于焊接熱循環的影響，雙相不銹鋼焊接時要求與介質接觸的焊道應先焊接，這一點與奧氏體不銹鋼焊接順序的要求恰恰相反。

四、工藝特點

（1）焊接時盡量選用小的熱輸入量，即在保證焊接質量的前提下采用小的焊接電流和較快的焊接速度。

（2）采用窄縫多道焊，層間溫度小于150℃，施焊過程中焊條不作橫向擺動。

（3）接觸介質的焊縫要先焊，使最后一道焊縫移至非接觸介質面，這樣利用后道焊縫對先焊焊縫進行一次熱處理，使焊縫和熱影響區的單相鐵素體組織部分轉為奧氏體組織。

（4）該焊接技術方法主要針對雙相不銹鋼區別于普通鋼材的一些特點，制定了一系列雙相不銹鋼的組對焊接質量保障措施，并配備相關檢測設備，量化雙相不銹鋼焊口焊接施工中的一些控制指標，為保證雙相不銹鋼焊接質量尊定了堅實的理論基礎。

五、焊接工藝參數

  焊接工藝通常應規定焊接線能量范圍和最高的層間溫度。線能量為110Kj/cm～215Kj/cm，層間溫度控制在150℃以下。鑒于此，焊接工藝評定采用的焊接工藝參數見表1。

六、焊接操作要點

  a. 坡口的準備

 （1）焊件坡口出廠前以加工完成，質量必須符合圖紙要求。

 （2）在焊接前使用丙酮對焊口表面150mm～200mm范圍內進行認真清洗，要求目測管口顯現金屬光澤，保證沒有油脂、油漆、氧化鐵、Cu、Sn或其它任何可能影響焊接質量的物質存在。

  b. 焊口組對

 （1）焊口對接時與母材直接接觸的工具、器具必須保證為不銹鋼材質的材料。

 （2）焊口組對采用坡口定位塊來保證組對間隙、坡口定位塊必須采用與母材同材質的材料加工，并用丙酮認真清洗。

 （3）組對完成后檢查組對間隙，要求保證在規范的允許范圍內，測量工具必須使用不銹鋼材料完成。

  c. 焊接

 （1）焊接操作必須嚴格執行焊接工藝評定后制作的焊接工藝規程中的各項要求。

 （2）根部焊接推薦使用鎢極惰性氣體保護焊（TIG）的方法打底，打底最小高度為5mm。

 （3）所有的內部角焊縫應使用鎢極惰性氣體保護焊。

 （4）鎢極惰性氣體保護焊時，根據材料厚度，輸入熱量應控制在0.8Kj/cm～1.5Kj/cm，層間溫度最大為150℃攝氏度。焊接過程中輸入熱量和層間溫度應被監測和記錄。對于多層焊縫，填充焊道的電弧能量不得高于打底時的能量。其目的是使頭道焊縫中得到最多的奧氏體組分和鐵素體組分之間的平衡。同時在后續焊道的再加熱下，盡可能少地二次結晶或二次奧氏體化。

 （5）應避免過多的焊條橫向擺動和過寬的熔化池，以避免過大的電流輸入和形成較高的殘余應力。

 （6）鎢極惰性氣體保護焊的保護氣是氬氣加2.5%氮氣。背面保護氣應為99.9%的純氬氣。保護氣應確保氧氣和水份的含量不超過5ppm。保護氣和背面保護氣的正常流量大致為0.4m 3/h～0.7m 3/h。

 （7）不論使用何種接頭形式，使用鎢電極惰性氣體保護焊的背面保護氣是必須的。由于保護氣的密度比空氣小，保護氣應由底部進入，頂部排出。

 （8）在使用氬弧焊時，應按照合適的長度和間隔進行定位焊。根部焊道不應從定位焊點起焊，為了避免由于定位焊點導致根部道出現裂紋，焊工應在定位點前中斷根部焊道，在完全打磨掉該定位點后，繼續根部焊道。

 （9）在定位焊和打底時，使用非銅墊板應保證其背面的保護氬氣被完全保護起來。

 （10）當使用鎢電極惰性氣體保護焊時，焊炬應與工件保持垂直，盡可能的避免空氣混入保護氣中。

 （11）焊接金屬包括焊絲和電極，應在任何時候保持干燥并存放在有蓋的容器內。

 （12）內件應直接焊在覆層上。在焊接內件前，受影響的覆層區域應進行100%的超聲波探傷，檢查是否存在分層的缺陷。受影響的覆層區域為沿內件的輪廓線往外擴展100mm，在焊接內件之后，受影響的覆層區域應再進行100%的起聲波探傷。受影響的覆層區域內分層缺陷是不允許出現的。為了方便在焊基層材料而去除覆層材料的區域應使用硫酸銅溶液檢查，確定沒有不銹鋼殘存在表面上。在焊接前，硫酸銅溶液應被完全清除。

 （13）根據焊工施焊前復查焊口組對的各項指標，確認符合焊接工藝規程要求的才能轉入下道工序。

 （14）焊接地線采用不銹鋼材料制成的卡具與母材接觸，保證卡具與母材緊密接觸，以避免電弧傷害母材。

 （15）點固定塊時，TIG焊槍應朝向定位塊一次打磨掉。

 （16）禁止對外觀檢查中發現的焊接缺陷使用不填絲TIG焊處理。

 （17）焊縫在測量層尖溫度低于400℃時可以采用強制水冷的手段進行降溫，但在下一層施焊前必須保證焊道表面的干燥，在使用GTAW進行根焊和熱焊時禁止使用強制冷卻的方法。

 （18）焊接過程中使用的熱輸入量必須控制在1.0Kj/cm～1.5Kj/cm之間，因而焊工必須針對自己所使用的焊接電流電壓來控制自己的焊接速度在規定范圍之內。

 （19）焊后使用F-2A鐵素體儀進行鐵素體含量檢測，要求焊縫金屬鐵素體含量為30%～60%，熱影響區鐵素體含量為30%～70%，按照記錄表嚴格要求在焊縫、熱影響區及熔合線各測量6點，作詳細記錄。

 （20）焊口焊接結束后，使用白塑料布和交代對焊縫進行包裹保護，防止灰塵及雨水污染。

 （21）焊接過程中記錄使用的參數，并計算焊接線能量。

       焊接線能量=U×I/1000V

       式中，U——電壓（V）；

       I——電流（A）；

       V——焊接速度（mm/s）。

  d. 清洗

  （1）焊接后，按照不銹鋼的清洗方法清洗焊縫。對于能夠清洗的所有與介質接觸的焊縫表面，在焊接之后都應該使用酸洗膏或其他經過驗證的酸洗劑浸泡最少20分鐘，然后用水清洗掉酸洗膏或酸洗劑。在這個過程中，應該清除所有的氧化物、銹蝕、氯化膜和現表面污垢，換熱管的焊縫不進行酸洗。

  （2）當接觸介質的焊縫表面不能清洗時，如接管的對焊縫，必須使用吹掃氣體最大限度地清除保護焊縫背面用氣體，吹掃氣體中氧氣和水份的含量不超過25ppm，以保證在不去除氧化物的前提下焊縫的最大抗汽蝕性。

  e. 焊縫檢驗

   微觀斷面檢查和鐵素體成分測定，焊縫隙、熱影響區和母材斷面進行的檢驗和測定。這個斷面應采用微觀檢查，應顯示一個平衡的結構，沒有有害的晶粒邊界沉淀或兩相物存在。采用鐵素體測量儀測定鐵素體成分應控制在30%～60%范圍內。