隨著工程建設(shè)不斷發(fā)展，雙相不銹鋼已成為一種重要的工程材料，廣泛應(yīng)用于石油、天然氣和化工等領(lǐng)域。雙相不銹鋼具有優(yōu)良的綜合性能，如高強(qiáng)度、高抗疲勞強(qiáng)度、低溫高韌性、耐蝕性和對(duì)應(yīng)力腐蝕裂紋不敏感等，在-50～280℃范圍內(nèi)具有優(yōu)良的力學(xué)性能和焊接性能。

 伊拉克井口注水項(xiàng)目中管線(xiàn)輸送介質(zhì)為高腐蝕性化學(xué)試劑，利用2205雙相不銹鋼的材質(zhì)特性達(dá)到安全運(yùn)輸?shù)哪康?，所以?xiàng)目施工中運(yùn)用合理的的焊接工藝及參數(shù)至關(guān)重要。本文以該工程中2205雙相不銹鋼（規(guī)格為φ168.3mm×14.27mm）的工藝為例，詳細(xì)闡述了2205雙相不銹鋼焊接工藝試驗(yàn)研究。

 一、2205雙相不銹鋼的焊接性分析

  2205雙相不銹鋼的焊接質(zhì)量，決定于焊縫和熱影響區(qū)中鐵素體和奧氏體含量的平衡及兩相組織的均勻性。焊縫、熱影響區(qū)及靠近焊接熔合線(xiàn)的高溫加熱區(qū)在焊接加熱過(guò)程中全部轉(zhuǎn)變?yōu)殍F素體，在隨后冷卻過(guò)程中部分鐵素體轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體，形成鐵素體—奧氏體雙相組織。該兩相組織可以保證焊接接頭同時(shí)具有鐵素體和奧氏體不銹鋼的特點(diǎn)，具有良好的力學(xué)性能和耐蝕性能。

  在焊接過(guò)程中，金屬?gòu)娜廴诘嚼鋮s，很可能有中間相（碳化物、氮化物）析出。因此，焊接熱輸入的大小，直接影響著焊縫和熱影響區(qū)中鐵素體的含量。熱輸入太小，不利于奧氏體析出；熱輸入太大，會(huì)引起合金元素鉻、鎳、鉬的燒損，導(dǎo)致材料的耐腐蝕性能下降，力學(xué)性能劣化，不能得到良好的相組織，更容易析出中間相。

二、焊接熱輸入控制原理

  2205雙相不銹鋼導(dǎo)熱系數(shù)小并包含兩種組織鐵素體和奧氏體。為了避免析出相的產(chǎn)生，層間溫度需控制在100℃以?xún)?nèi)，因此2205雙相不銹鋼的焊接試驗(yàn)中，焊接熱輸入是決定焊縫質(zhì)量的重要因素。根據(jù)焊接熱輸入公式和工藝要求，2205雙相不銹鋼的焊接熱輸入標(biāo)準(zhǔn)范圍為0.5～2.5kJ/mm。

  1. 焊接工藝

  a. 焊接方法及裝置為保證焊縫根部打底質(zhì)量和管內(nèi)清潔度，采用鎢極氬弧焊打底、填充，焊條電弧焊填充、蓋面的方法，如表2所示。所選焊材的化學(xué)成分如表所示。焊道背面充氣保護(hù)裝置如圖所示。

  b. 焊接工藝與性能檢測(cè)焊接工藝中母材為φ168.3mm×14.27mm管件，坡口采用60°的V形坡口，坡口間隙3～4mm，鈍邊0～2mm,如圖2所示。焊接參數(shù)如表所示。該焊接工藝中蓋面焊采用單道的方式進(jìn)行，從表中看出，焊接熱輸入值均在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。

  2. 外觀(guān)檢測(cè)與無(wú)損檢測(cè)

   對(duì)焊件進(jìn)行外觀(guān)檢查，焊縫外觀(guān)如圖所示。外觀(guān)檢測(cè)項(xiàng)目均達(dá)到各項(xiàng)要求。焊接管件進(jìn)行RT檢測(cè)，檢測(cè)合格。力學(xué)性能檢測(cè)：全部合格，結(jié)果如表所示。

  3. 硬度試驗(yàn)

   焊件硬度試驗(yàn)結(jié)果如表所示，硬度點(diǎn)分布示意如圖所示。焊件硬度試驗(yàn)測(cè)試合格。相比例試驗(yàn)：對(duì)焊道剖面圖侵蝕后，進(jìn)行相比例測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如圖所示。在低倍組織中，焊縫金屬與母材熔合良好。母材、焊縫及熱影響區(qū)的顯微組織均為鐵素體加奧氏體，未見(jiàn)金屬間相和沉淀物。物理測(cè)試合格。

  4. 腐蝕試驗(yàn)

  將試樣浸入溫度為（25±1）℃的約6%濃度的三氯化鐵溶液中進(jìn)行24小時(shí)點(diǎn)腐蝕試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果是試樣表面有點(diǎn)腐蝕，腐蝕率為1.45g/m2。該試驗(yàn)焊件，外觀(guān)檢測(cè)、無(wú)損檢測(cè)、力學(xué)性能檢測(cè)和相比例測(cè)試均合格，但腐蝕試驗(yàn)中焊縫蓋面處產(chǎn)生點(diǎn)腐蝕，焊縫耐蝕性較差。

  缺陷分析該焊接工藝中，焊縫蓋面位置除了產(chǎn)生點(diǎn)腐蝕外，其它性能檢測(cè)項(xiàng)目均合格，分析原因?yàn)樯w面焊接過(guò)程中熱輸入值較大，造成了一些合金元素?zé)龘p。經(jīng)理論計(jì)算，焊件蓋面焊接寬度為16～18mm。由于僅焊縫蓋面位置產(chǎn)生缺陷，根焊和填充處均無(wú)缺陷。為研究焊接熱輸入對(duì)蓋面焊接的影響，保留根焊和填充焊接工藝，將蓋面焊接工藝從單道焊接改為雙排道焊接。

  5. 新焊接工藝及性能檢

  測(cè)焊接參數(shù)如表所示。外觀(guān)檢測(cè)與無(wú)損檢測(cè)：對(duì)焊件進(jìn)行外觀(guān)檢測(cè)，如圖所示。外觀(guān)和RT檢測(cè)項(xiàng)目均達(dá)到各項(xiàng)要求。力學(xué)性能檢測(cè)：全部合格，如表所示。

  硬度試驗(yàn)：焊件硬度試驗(yàn)結(jié)果如表所示，硬度點(diǎn)分布示意如圖所示。

  相比例試驗(yàn)： 對(duì)焊道剖面圖侵蝕后，進(jìn)行相比例測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如圖所示。母材、焊縫及熱影響區(qū)顯微組織均為鐵素體加奧氏體，未見(jiàn)金屬間相和沉淀物。

  腐蝕試驗(yàn)：將試樣浸入溫度為（22±1）℃的約6%濃度的三氯化鐵溶液中進(jìn)行24小時(shí)點(diǎn)腐蝕試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果是試樣表面無(wú)點(diǎn)腐蝕，腐蝕率為0.69g/m2。

  從檢測(cè)結(jié)果得出：雙排道試驗(yàn)焊件，外觀(guān)檢測(cè)、無(wú)損檢測(cè)、力學(xué)性能檢測(cè)、相比例測(cè)試和腐蝕試驗(yàn)全部合格，焊縫質(zhì)量好。

  對(duì)比試驗(yàn)分析經(jīng)對(duì)比試驗(yàn)分析得出，雙排道蓋面焊接工藝間接提升了焊接速度，根據(jù)焊接熱輸入公式，降低了單位時(shí)間單位面積內(nèi)的焊接熱輸入值。所以對(duì)于2205雙相不銹鋼，控制焊接熱輸入極為重要，焊接熱輸入的大小對(duì)焊縫及熱影響區(qū)顯微組織中奧氏體的形貌和體積分?jǐn)?shù)均有影響：①焊接熱輸入適中，在適當(dāng)?shù)木€(xiàn)能量下焊接，無(wú)焊接缺陷，焊縫及熱影響區(qū)的奧氏體轉(zhuǎn)變充分，兩相比例在合適的范圍，接頭韌性增加。②焊接熱輸入過(guò)大，熱輸入過(guò)大，焊接過(guò)程冷卻速度過(guò)慢，焊縫或熱影響區(qū)金屬間相析出的可能性增加，接頭韌性增加，但耐蝕性降低。

  蓋面焊接工藝無(wú)論是單道焊或排道焊，焊接熱輸入計(jì)算值均在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，但焊縫質(zhì)量卻不同。經(jīng)分析得出焊接熱輸入理論值與實(shí)際焊接操作中焊接熱輸入的真實(shí)值有偏差，所以焊接熱輸入往往需要從實(shí)際焊接過(guò)程中進(jìn)行有效控制。

三、焊接熱輸入控制方法

 根據(jù)2205雙相不銹鋼的物理性質(zhì)，熱傳導(dǎo)速度相對(duì)較慢，焊接熱輸入的控制方法有：

  1.  多采用滅弧焊的方式焊接。

  2. 嚴(yán)格控制層間溫度，每焊接完一層需等待層間溫度降低到100℃以?xún)?nèi)，再進(jìn)行下一層焊道的焊接。

  3. 控制焊接層數(shù)及焊道數(shù)，不得隨意更改。有效增加層數(shù)和焊道數(shù)，可使整個(gè)焊接接頭的組織及性能有顯著提升。

四、結(jié)語(yǔ)

  1. 2205雙相不銹鋼的焊接工藝，通過(guò)采用合理的工藝參數(shù)、層間溫度的控制方法，并結(jié)合自行設(shè)計(jì)的管內(nèi)充氣裝置，可保證焊縫質(zhì)量和各項(xiàng)性能檢測(cè)。

  2. 當(dāng)焊接熱輸入過(guò)大，焊縫過(guò)熱，部分金屬元素?zé)龘p，金屬相析出增加，焊縫韌性增加但耐蝕性降低。

  3. 焊接實(shí)際操作中，熱輸入的實(shí)際值與理論值會(huì)有偏差，往往需要從焊接工藝參數(shù)制定、焊接操作方法等途徑，對(duì)實(shí)際熱輸入進(jìn)行有效控制。

  4. 雙排道焊接工藝已成功應(yīng)用于伊拉克3505-01井口注水工程項(xiàng)目，并得到了非常好的焊縫質(zhì)量，焊接一次合格率達(dá)97%以上。