鐵素體-奧氏體雙相不銹鋼管焊接工藝特點及注意事項

? 許多焊接方法都可用于不銹鋼管焊接，但對于不同類型的不銹鋼管，由于其組織與性能存在較大的差異，焊接性也各不相同，因此，不同的焊接方法對于不同類型的不銹鋼管具有不同的適用性。在選擇焊接方法時，要根據不銹鋼管母材的焊接性，對焊接接頭力學性能、耐腐蝕性能的綜合要求來確定。例如埋弧焊是一種高效優質的焊接方法，對于含有少量鐵素體的奧氏體不銹鋼焊縫來講，通常不會產生焊接熱裂紋，但對于純奧氏體不銹鋼焊縫，由于許多焊劑向焊縫金屬中增硅，焊縫金屬容易形成粗大的單相奧氏體柱狀晶，焊縫金屬的熱裂紋敏感性大，因此一般不采用埋弧焊焊接純奧氏體不銹鋼，除非采用特殊的焊劑。當焊接接頭的腐蝕性要求高時，鎢極氬焊等惰性氣體保護焊具有明顯的優勢。對于一些特種焊接方法，如電阻點焊、縫焊、閃光焊及螺柱焊，也可用于不銹鋼的焊接，與普通低碳鋼相比，由于不銹鋼管具有較高的電阻和較高的強度，因此需要較低的焊接電流和較大的壓力或頂鍛力。釬焊也廣泛應用于不銹鋼的連接，母材類型不同，釬焊溫度也不同，與普通碳鋼相比，不銹鋼用釬劑有較強的腐蝕性，為了防止殘留的釬劑對釬焊接頭的腐蝕，需對釬焊接頭予以仔細的清理。現如今所應用的不銹鋼有奧氏體不銹鋼和雙相不銹鋼， 所以對這兩種類型的不銹鋼管的焊接進行重點介紹。

一、雙相不銹鋼管的化學成分及組織特點

? ?a. 化學成分

? 目前，國際上普遍采用的鐵素體-奧氏體雙相不銹鋼可為Cr18型、Cr23型、Cr22型、Cr25型四類。對于Cr25型雙相不銹鋼管，也有普通雙相不銹鋼管和超級雙相不銹鋼管之分，當點蝕指數PREN（PREN=w(Cr)+ 3.3w(Mo)+16 w(N)）>40時，稱為超級雙相不銹鋼，

? 我國列入國家的鐵素體-奧氏體雙相不銹鋼主要有Cr18與Cr25兩大類型。另外一些與國外典型材料相類似的鋼種也有生產和應用。

? ?b. 組織特點

? ?雙相不銹鋼以單相δ鐵素體凝固結晶，當繼續冷卻時，發生δ→γ相變，隨著溫度的降低，δ→γ相變不斷進行。在平衡條件下或者非快速冷卻的情況下，部分δ鐵素體將保留到室溫，因此，室溫下的組織為δ→γ雙相組織。

二、雙相不銹鋼的焊接特點

? 焊接過程是一個快速加熱與快速冷卻的熱循環過程。在加熱過程中，當熱影響區的溫度超過雙相不銹鋼的固溶處理溫度，在1150~1400℃的高溫狀態下，晶粒將發生長大，而且發生γ→δ相變，γ相明顯減少，δ相增多。一些鋼的高溫近縫區會出現晶粒較粗大的δ鐵素體組織。如果焊后的冷卻速度較快，將抑制δ→γ的二次相變，使熱影響區的相比例失調，當δ鐵素體大于70%時，二次轉變的γ奧氏體也變成針狀和羽毛狀，具有魏氏組織特征，導致力學性能和耐腐蝕性能惡化。當焊后冷卻速度較慢時，則δ→γ的二次相變比較充分，室溫下為相比例較為合適的雙相組織。因此，為防止熱影響區的快速冷卻，使δ→γ二次相變較為充分，保證較合理的相比例，足夠的焊接熱輸入是必要的。隨著母材厚度的增加，焊接熱輸入應適當提高。

? 對于雙相不銹鋼焊縫金屬，仍以單相δ鐵素體凝固結晶，并隨溫度的降低發生δ→γ組織轉變。但由于其熔化-凝固-冷卻相變是一個速度較快的不平衡過程，因此，焊縫金屬冷卻過程中的δ→γ組織轉變必然是不平衡的。當焊縫金屬的化學成分與母材成分相同，或者母材自熔時，焊縫金屬中的δ相將偏高，而γ相偏低。為了保證焊縫金屬中有足夠的γ相，應提高焊縫金屬化學成分的Ni當量，通常的方法是提高奧氏體化元素（Ni、N）的含量，因此就出現了焊縫金屬的超合金化的特點。

? ?雙相不銹鋼管具有良好的焊接性，盡管其凝固結晶為單相鐵素體，但在一般的拘束條件下，焊縫金屬的熱裂紋敏感性很小，當雙相組織的比例適當時，其冷裂紋敏感性也較低。但應注意，雙相不銹鋼管中畢竟具有較高的鐵素體，當拘束度較大及焊縫金屬含氫量較高時，還存在焊接氫致裂紋的危險。因此，在焊接材料選擇與焊接過程中應控制氫的來源。

? 另請注意：雙相鋼與雙相不銹鋼定義不同，雙相鋼是指由低碳鋼或低合金高強度鋼經臨界處理或控制軋制而得到的主要由鐵素體和馬氏體所組成的鋼。

三、焊接工藝方法與焊接材料

? ?a. 焊接工藝方法

? ? 到目前為止，焊條電弧焊、鎢極氬弧焊、熔化極氣體保護焊（采用實心焊絲或藥芯焊絲）、甚至埋弧焊都可用于鐵素體-奧氏體雙相不銹鋼的焊接。

? b. 焊接工藝方法選擇及坡口形式與尺寸

? ? 根據管、板厚度及相應的焊接工藝方法選擇及坡口尺寸。

? c. 雙相不銹鋼鋼管焊接指南

? ? 我公司在M021項目上用的雙相不銹鋼管為ASTM A790 S32750和S32760，且此二者皆為超級雙相不銹鋼管，所選焊接方法為GTAW，所選焊絲為SANDVIK 25.10.4.L。焊接時的注意與焊接超級奧氏體類似，但層間溫度可控制為150攝氏度以下。

? d. 不銹鋼焊接材料品牌

? ? 到目前為止，焊條電弧焊、鎢極氬弧焊、已經在我公司進行使用，現在正在使用的焊材如下表：

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