雙相不銹鋼具有優(yōu)良的耐蝕性和可焊性，線膨脹系數(shù)小，適合用于碳鋼、低合金制化工、壓力容器的耐蝕內(nèi)襯結構。針對雙相不銹鋼的焊接性，選用奧氏體不銹鋼焊材308L、309L，運用多種焊接方法和焊材，模擬產(chǎn)品常見接頭形式，對雙相不銹鋼S22253和S22053進行焊接，焊后進行外觀檢查、無損檢測、拉伸試驗、彎曲試驗和室溫沖擊試驗。結果表明，采用奧氏體不銹鋼焊材施焊雙相不銹鋼能夠獲得焊接工藝性良好、各項性能滿足要求的焊接接頭。

雙相不銹鋼是指固溶組織中鐵素體與奧氏體各約占50%，一般較少相的含量最少需達到30%的不銹鋼。雙相不銹鋼具有以下特點：

   1. 與奧氏體不銹鋼相比，強度較高，特別是屈服強度顯著提高；鎳含量低，屬節(jié)鎳不銹鋼，經(jīng)濟性好；耐氯化物應力腐蝕性能更好。但雙相不銹鋼應用溫度較窄，高溫不超過300～400℃，低溫不低于-40～-20℃。冷成形時比奧氏體不銹鋼的加工硬化效應更大。

   2. 與鐵素體不銹鋼相比，其韌性高、脆性轉(zhuǎn)變溫度低、耐晶間腐蝕性能和焊接性能均顯著提高，且保留了鐵素體不銹鋼熱導率高、線膨脹系數(shù)小，具有超塑性等特點，晶粒比單相不銹鋼細。

   3. 焊接性能較好，熱裂傾向小，一般焊前不預熱，焊后不熱處理，可與其他鋼材熔焊。

    常用不銹鋼化學成分及力學性能比較如表所示。由表可知，雙相不銹鋼線膨脹系數(shù)與碳鋼最為接近。綜上可知，雙相不銹鋼既有奧氏體不銹鋼的優(yōu)良耐蝕性和可焊性，線膨脹系數(shù)又最接近碳鋼，適合用于碳鋼、低合金制化工、壓力容器的耐蝕內(nèi)襯結構。

一、問題提出

    選用國內(nèi)已經(jīng)批量化生產(chǎn)的S22253和S22053雙相不銹鋼作為研究對象，研究其可焊性。同時，由于雙相不銹鋼焊材無壓力容器標準推薦材料，從經(jīng)濟性考慮，選用成熟的309L和308L焊材進行試驗，研究與之匹配的焊接工藝。

二、試驗過程

1. 試驗條件準備

    采用固溶熱處理狀態(tài)供貨的S22253和S22053（原材料標準：GB24511-2009）模擬產(chǎn)品常見焊接接頭結構進行焊接性試驗，接頭形式如圖所示，試驗分組如表所示，每種焊材均焊接對接接頭和十字型接頭各一組。

2. 焊接材料及焊接參數(shù)各種焊接方法

  手工氬弧焊GTAW、焊條電弧焊SMAW和藥芯氣保焊FCAW，分別由技術熟練的同一焊工在相同環(huán)境條件下，使用相同設備和同批次焊材以相同焊接參數(shù)范圍（焊材廠家推薦的常用參數(shù)范圍）進行施焊，焊前不預熱并在整個焊接過程中控制道間溫度小于等于150℃，以減少粗大誤差。

三、結果分析

1. 焊接接頭外觀檢查和無損探傷檢測

   a. 外觀檢查結果

    所有焊接接頭進行目視檢查，焊縫表面平整，無咬邊、裂紋、表面氣孔等缺陷。滿足NB/T47014-2011的合格標準。

   b. 無損探傷檢測結果

   所有焊接接頭按NB/T47013.5-2015進行100%滲透檢測目視檢查，Ⅰ級合格。所有焊接接頭按NB/T47013.2-2015進行100%射線檢測，Ⅱ級合格。滿足NB/T47014-2011的合格標準。

2. 焊接接頭破壞性試驗

   a. 金相檢查

   采用鋸切或機加的方法，垂直于焊接方向切開試件進行宏觀金相檢驗，如圖所示。未發(fā)現(xiàn)存在任何形式的裂紋、氣孔、夾渣、未熔合、板材分層等缺陷。在宏觀試樣上再選擇熔合線及附近區(qū)域進行微觀金相檢驗，如圖所示。未發(fā)現(xiàn)存在任何缺陷或異常組織，熔合線附近的母材和焊縫均為A+F雙相組織，但因雙相比例和結晶方向不同，存在一定的組織差異。

  b. 硬度試驗

   按照GB/T2654-2008標準在對接接頭和十字型接頭的宏觀試樣上進行焊縫、焊縫兩側(cè)熱影響區(qū)和母材的橫向硬度試驗。試驗結果為：硬度為190～257 HBW，滿足GB24511-2009的母材合格標準（≤293 HBW）。

  c. 拉伸試驗

   按照NB/T47014-2011標準在每組對接接頭上取樣進行橫向室溫拉伸試驗，每個試驗取2個試樣。試驗結果為：抗拉強度675～825 MPa，滿足GB24511-2009的母材合格標準（Rm≥620 MPa）；規(guī)定非比例延伸強度RP0.2=535～595 MPa，滿足GB24511-2009的母材合格標準（RP0.2≥450 MPa）。

  d. 彎曲試驗

   按照NB/T47014-2011標準在每組對接接頭上取樣進行橫向面彎、背彎試驗，每個試驗各取2個試樣。試驗結果均滿足標準要求。

  e. 沖擊試驗

   按照NB/T47014-2011標準在每組對接接頭上取樣進行焊縫和熱影響區(qū)室溫沖擊試驗，每個試驗各取3個試樣。試驗結果：焊縫沖擊HV5=22～74，熱影響區(qū)沖擊HV5=49～100，其中手工氬弧焊試樣的沖擊值偏高，焊條電弧焊和藥芯氣保焊試樣的沖擊值偏低。由于GB24511-2009無母材沖擊合格標準，故該試驗數(shù)據(jù)僅供分析焊接性參考。

四、結論

    雙相不銹鋼S22053和S22253焊接工藝性好，能適用于氬弧焊、焊條電弧焊、藥芯氣保焊等多種常見焊接方法。其裂紋敏感性、淬硬性低，采用奧氏體不銹鋼焊材（308L或309L）施焊，焊前可不預熱，焊后不熱處理。焊接接頭質(zhì)量優(yōu)異，機械性能不低于母材合格標準，金相組織由較好的過渡區(qū)域和結晶構成。采用較小的熱輸入量施焊，如氬弧焊，可以有效提高焊縫及熱影響區(qū)的室溫沖擊值。在此次試驗中，還存在幾個問題，將會在后續(xù)研究中進行改進。

   1. 采用奧氏體不銹鋼焊材（308L或309L），其焊縫組織與母材組織存在一定的差異，其組織形態(tài)從熔合線起按A+F比例和結晶方向存在漸變。

   2. 基于條件限制，僅進行了12組試驗，樣本數(shù)量偏少，個體樣本誤差對試驗結果統(tǒng)計有較大的影響。

  3. 試驗是基于東方電氣（廣州）重型機器有限公司現(xiàn)有設備和焊工按焊材供應商推薦參數(shù)進行試驗的，更換設備、人員和參數(shù)可能會與試驗結果產(chǎn)生差異。

   上述問題需通過改進系統(tǒng)精度、加大樣本數(shù)量來保證試驗數(shù)據(jù)結果的準確性和代表性，但本次試驗已經(jīng)具有實際工程意義，為采用奧氏體不銹鋼焊材施焊雙相鋼工藝提供了一定的數(shù)據(jù)參考。