浅谈双向不锈钢焊接中常遇问题及解决办法——ADIC幕墙遮阳系统采用双相不锈钢设计小结

栗文博

身份证号：210106198011010917

浅谈双向不锈钢焊接中常遇问题及解决办法
——ADIC幕墙遮阳系统采用双相不锈钢设计小结

栗文博

身份证号：210106198011010917

由于双相不锈钢铁素体含量高，具有非常好的抗热裂性，焊接时很少考虑热裂。双相不锈钢焊接最主要的问题与热影响区有关，而不是焊缝金属。热影响区的问题是耐蚀性及韧性损失或焊后开裂。为了避免发生上述问题，焊接工艺的重点是最大程度减少在“红热”温度范围总的停留时间，而不是控制任何一道焊接的热输入。经验表明，这种方法可使焊接工艺从技术和经济角度都最优化。根据上述介绍，将给出双相不锈钢焊接的一些一般准则，以及将这些基本知识和准则在具体焊接方法中应用

幕墙双相不锈钢焊接

一、导言

工程实例：ADIC全称Abu Dhabi investment Council New Head Quaters，建筑总高度145m，由两栋25层办公大楼组成，该工程地处阿布扎比，沿海气候明显，空气湿度大，盐碱度高，智能遮阳系统的支撑部件选用的是具有高耐腐蚀性及高强度的双相不锈钢材料。

1、双相不锈钢介绍及化学成分

双相不锈钢(Duplex Stainless Steel，简称DSS)，指铁素体与奥氏体各约占50%，一般较少相的含量最少也需要达到30%的不锈钢。双相不锈钢是一个集优良耐腐蚀性、高强度和易于制造加工等诸多优异性能于一身的钢类，其物理性能介于奥氏体不锈钢和铁素体不锈钢之间，但更接近于铁素体不锈钢和碳钢。

本工程选用的是1.4462双相不锈钢化学成分表(见表1)

2、焊前清理

焊前清理全部加热部位的要求不仅适用于双相不锈钢，而且适用于所有不锈钢：母材和填充金属化学成分确定的假设条件是没有额外的污染源，灰尘、油脂、油污、油漆和任何形式的水分都会干扰焊接操作并对焊件的耐蚀性和力学性能产生不利影响，如果不在焊前对材料进行彻底清理，则无论什么工艺评定均是无效的。

3、接头设计

双相不锈钢焊接接头的设计必须有助于完全焊透并避免在凝固的焊缝金属中存在未熔合的母材。最好是机加工而不采用砂轮打磨坡口，以使焊接区厚度或间隙均匀。必须打磨时，应特别注意坡口加工及其装配的均匀一致。为了保证完全熔合和焊透，应当去掉任何打磨毛刺。

4、预热

由于预热可能是有害的，所以―般不推荐进行预热，如果没有特殊正当的理由，不应当把预热作为―个工序，若用于消除天冷或夜间冷凝形成的湿气时，预热可能是有益的，当采用预热去除湿气时，应将钢均匀地加热到约100℃(200°F)且只能在坡口清理后进行。

5、热输入与层间温度

双相不锈钢能够容许相对高的热输入。焊缝金属凝固后的双相组织的抗热裂性大大优于奥氏体焊缝金属。双相不锈钢具有较高的导热率和较小的热膨胀系数，焊缝处没有像奥氏体不锈钢那样高的局部热应力。在有必要对焊缝要求提出严格限制时，热裂纹不是个常见的问题。极低的热输入可导致母材熔合区和热影响区铁素体含量过高，韧性和耐蚀性降低，极高的热输入增加了形成金属间相的危险。为了防止热影响区的问题，焊接工艺规程应允许该区域焊后快速冷却。工件温度很重要，因为它对热影响区的冷却影响最大。作为一般准则，经济型和标准双相不锈钢的最高层间温度限制在150℃(300°F)，超级双相不锈钢限制在100℃(210°F)。进行焊接工艺评定时应采用该限制值，生产性焊接中也应监测以确保层间温度不高于工艺评定时所采用的温度.

6、焊后热处理

双相不锈钢需要进行焊后应力消除处理，且这样做可能是有害的，会降低韧性和耐蚀性。

二、焊接方法

气体保护钨极电弧焊(GTAW)有时也叫做惰性气体保护钨极焊(TIG)，特别适用于短焊道手工焊。

设备：GTAW最好采用恒定电流电源，用高频电路辅助起弧。GTAW应采用直流正极性(DCSP)，焊条为负极。使用直流反极性(DCRP)会损坏电极。

填充金属：用于双相不锈钢焊接的填充金属多数是“匹配”的，通常镍含量比锻轧产品高约2%～4%。填充金属中的氮含量―般略低于母材。普遍认为较高合金化的双相不锈钢填充金属适用于焊接低合金化的双相不锈钢。采用“匹配”填充金属焊接双相不锈钢与奥氏体不锈钢或碳钢和合金钢可以获得令人满意的结果。

技术和参数：对于双相不锈钢来说，坡口、对准根部钝边和间隙准备的均匀一致特别重要。虽然奥氏体不锈钢允许使用一些焊接技巧克服坡口准备的缺陷，但使用这些技巧却使双相不锈钢有在相应温度区间停留时间延长的危险。如果可能的话，不建议使用铜垫板，因为双相不锈钢对铜造成的表面污染敏感。

在焊接区外起弧会产生局部自熔焊焊点，冷却速度很快，导致局部高铁素体含量及耐蚀性的下降。为了避免产生这种问题，应在焊接接头上起弧。

应采用完全的气体保护进行定位焊。在根部焊道的起点不应当进行定位焊。理想情况下，为了避免定位焊引起的根部焊道开裂，根部焊道最好采用断续焊且磨掉定位焊缝或在焊接根部前局部修磨定位焊缝，应仔细保持根部间隙宽度以确保根部焊道热输入和稀释的一致。应在焊接填充焊道前研磨根部焊道的起点和终点。各焊接道次间，保证后续焊接中使热影响区有足够的时间冷却。

焊丝应当清洁、干燥，使用前应保存在有盖容器内。在平焊位置进行焊接效果最佳。焊炬应保持尽可能接近垂直以使保护气体中吸入的空气量最少。

为满足多种材料厚度和接头设计要求选择热输入的灵活性很大。按下列公式计算热输入一般在0.5～2.5kj/mm(15～655kj/英寸)范围内。

热输入(kj/mm=(V×A)/(s×100)

其中V＝电压(伏特)A＝电流(安培)S＝移动速度(mm/s)

或

热输入(KJ/inch)=(VxAx6)/(SX100)

其中V＝电压(伏特)A＝电流(安培)S＝移动速度(in/min)

一般推荐的热输入：

2304或经济型双相不锈钢：0.5～2.0kj/mm(15～50kj/in)

2205：0.5～2.5kj/mm(15～65kj/in)

2507：0.3～1.5kj/mm(8～38kj/in)

以上是我从ADIC工程中使用不锈钢产品的一些心得。不锈钢材料的选用和设计是一个非常大的课题，涵盖了太多的知识和内容，我这里只是抛砖引玉，希望能对大家有所启发。

表1