浅谈2205双相不锈钢焊接接头相比例的控制

代波

摘要：2205双相不锈钢焊接接头成型过程中，为了提高焊缝和热影响区（HAZ）的韧塑性和耐蚀性，需要严格控制其相比例。结合2205双相不锈钢的焊接性能，通过层间温度的合理控制、焊接材料的合理选择、保护气体的合理搭配等方面阐述如何获得更好的相比例和相形态分布，为2205双相不锈钢的现场焊接提供指导。

关键词：相比例 双相不锈钢 热影响区（HAZ）

1 概述

2205双相不锈钢作为一种重要的工程材料，在石油、天然气和化工等领域得到广泛的使用。对于这种钢材来说，其特点是：同时具有铁素体和奥氏体的双相结构，铁素体的存在使其具有较高的强度和耐氯化物应力腐蚀性能，奥氏体的存在使其具有良好的韧性和耐腐蚀性能；在焊接双相不锈钢的过程中，保证焊接接头的韧塑性和耐蚀性是关键因素。也就是说期望得到的焊接接头的各项性能指标能与母材金属相同；那就需要在焊接过程中严格控制焊接工艺来实现，本文针对施工现场各影响因素的控制进行分析，从而获得相比例与母材相近的焊接接头。

2 层间温度的合理控制

通常情况下，为了确保焊接接头具有较高的焊接质量，需要对二次热循环的影响进行充分的考虑，通过多层多道焊接的方式进行焊接。在脆性区间内，为了减少焊缝的冷却时间，将脆性相析出的可能性降到最低，通常情况下需要对层间温度进行严格控制。因此，需要将层间温度控制在150℃。因为，在进行焊接的过程中，前道焊缝受到后续焊道热处理的影响，进而在一定程度上使得焊缝金属中的铁素体转变为奥氏体，进而使得奥氏体在热影响区的数量会不断增多，从而改善了整个焊接接头的组织和性能。

3 焊接热输入的控制

对管线进行焊接时，不需要进行相应的预热处理，这是因为预热通常情况下会使焊接热影响区的冷却速度降低。但是，对于钢材来说，预热能够降低其表面的湿气，当采用预热的方式降低钢材表面的湿气时，首先需要对焊缝表面进行清理，然后将其均匀地加热到95℃；对于焊缝来说，如果冷却速度过快，在焊接热影响区，使得铁素体含量进一步增大，为了控制焊接接头相比例，在这种情况下通过预热处理是有意义的，但是热输入需要进行严格的控制[1]。如果输入过高的焊接热，虽然在一定程度上便于热影响区和焊缝金属中的铁素体转变为奥氏体，进一步确保奥氏体的数量。但同时容易导致铁素体晶粒变大，甚至在一定程度上会产生有害的金属间相，进而降低韧性；相反，如果焊接线能量过低，冷却速度过快，焊缝及热影响区来不及充分析出奥氏体，进一步导致铁素体和氮化物含量过高，抗腐蚀能力和韧性大大降低，这就是在小线能量下，为什么焊接接头耐蚀性和韧性较差的主要原因。

4 焊接方法的选择

在焊接过程中，由于双相不锈钢要经历一个热循环的过程，对于该过程来说，时间短，速度快，奥氏体的析出往往来不及发生，使得HAZ高温段铁素体晶粒发生剧烈的增大，进而在一定程度上使得相比例和相分布状态均发生相应的变化，焊接接头的力学性能和耐腐蚀性能受到影响和制约，因此需要选择合适的焊接方法。通过研究分析施工现场的实际情况，通常情况下，首先采用GTAW进行根焊和第一道填充焊，然后通过SMAW进行填充和盖面焊，进而在一定程度上提高焊接效率。

5 选择合理的焊接材料

在选择双相不锈钢管的焊接材料的过程中，所选择的焊接材料，在化学成分方面，通常情况下与母材存在一定的差异，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，进而在一定程度上促进铁素体转变为奥氏体，同时对焊缝中的奥氏体相进行稳定。

6 保护气体的选择

在接头焊接过程中，由于采用钨极氩弧焊（GTAW）作为焊接方法，建议采用氩气+3.5%氮气的混合气体进行保护[2]，焊缝耐蚀性通过加入氮而增强。在根部通过采用纯氩气保护，进而在一定程度确保接头根部不被氧化，进一步获得纯净的接头，进行焊接之前，需要检测焊缝背面的氧含量，在满足焊接工艺要求后，才允许进行焊接。

7 化学成分的影响

如表1 所示，2205双相不锈钢的化学成分，主要包括：Cr、Ni、Mo和N[3]。其中，铁素体形成元素包括Cr和Mo，奥氏体形成元素包括Ni和N。在含量方面，由于Cr和Mo在钢中比较高，因此在抗点腐蚀和均匀腐蚀破裂的能力方面表现的很好，同时将奥氏体稳定元素N加入钢中，在高温条件下，可以进一步促进双相不锈钢焊接接头热影响区形成的单相铁素体，在冷却时发生逆转，同时形成奥氏体，焊接热影响区的各项性能从而得到改善，在一定程度上确保了耐蚀性的良好性。

8 结论

8.1 在焊接过程中，选择合理的焊接线能量非常重要。当焊接线能量很小时，对于焊接热影响区和焊缝的铁素体来说，由于快速冷却使得其含量偏高，进而降低了耐腐蚀性能和力学性能；但是，如果焊接线能量过高，在一定程度上会烧损合金元素、冷却太慢而使得中间相析出，进一步导致相组织失衡，同样会降低耐腐蚀性能和力学性能。

8.2 在焊接过程中，使用的焊丝增加了奥氏体化元素的含量，采用热输入及多层多道焊等工艺都有利于形成奥氏体，在一定程度上与母材相比，使得焊缝区的奥氏体含量略高，使接头获得了良好的性能。

8.3 通过对焊接热循环的控制，以及保护气体中氮气的加入，保持了接头热影响区与母材相同的组织结构和较为接近的相比例。

参考文献：

[1]李健.不同焊接工艺对双相钢（SAF2205）金相组织的影响[J].压力容器，2004，21（2）：7-11，31.

[2]周立忠，韩志诚，徐风林.2205双相不锈钢焊接工艺研究[J].焊接与切割，2007，12：37-39.

[3]岳斌，马鹏举，王大治.2205双相不锈钢的焊接工艺研究[J].化工机械，2009，36（1）：5-8.