2205 双相不锈钢埋弧自动焊焊接工艺研究及分析

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1、2205双相不锈钢埋弧自动焊焊接工艺研究及分析摘要：本文针对双相不锈钢埋弧焊焊接接头的金相组织观察及力学性能的检测，以及耐蚀性能的分析，进而对双相不锈钢埋弧焊焊接工艺运用进行较为全面的总结，以便制定合理的焊接工艺方案。试验结果表明，双相不锈钢具有良好的焊接性，在选择合适的坡口并合理控制热输入和冷却速度的前提下，可以获得良好的力学性能和耐蚀性能的焊接接头，保证焊接试板的质量。前言试验采用Outokumpu公司生产的2205双相不锈钢材料，具有极强的耐腐蚀性能，又具有较高的强度和韧性，且便于制造加工，这就使得其成为化学品船液货舱结构建造的首要选择。而焊接方法中，埋弧自动焊工艺应用较多。但双相不锈

2、钢在埋弧焊焊接过程中存在一系列问题：（1）焊接变形大，精度控制难度增加；（2）热输入的大小使双相组织受到破坏，影响其具有的力学性能及耐腐蚀性能；（3）焊接参数不合适将引起一系列的焊接缺陷等。本文通过对不同厚度的双相不锈钢进行埋弧自动焊试验，选择出合适的坡口形式及焊接参数，通过力学性能试验及金相试验，分析在保证焊接接头质量的可靠性和稳定性的情况下如何选择合适的焊接参数控制焊接变形等一些问题。12205双相不锈钢的特点分析2205双相不锈钢最主要合金元素是Cr、Ni、Mo和N，其中Cr含量为22%。其化学成分见表(1)。Cr和Mo为增加铁素体含量，而Ni、N为奥氏体稳定元素，有些钢种还含有Mn、

3、Cu、W等元素。Cr、Ni和Mo能够改进抗腐蚀性，在含氯化物的环境中抗点蚀及裂缝腐蚀的性能特别好。N是强化奥氏体形成元素，增加双相不锈钢的耐点蚀和缝隙腐蚀的能力，氮可以延缓金属间隙的析出，降低双相不锈钢中形成σ相的倾向[1]。双相不锈钢的力学性能与钢板的回火温度有关,回火温度越高,强度越低。回火温度为600℃时,屈服强度为400MPa,抗拉强度为650MPa。图2为2205双相不锈钢的金相组织(腐蚀剂30gK(OH)+30gK3Fe(CN)6+100mlH2O)，双相不锈钢的金相组织由α铁素体(黑色)和γ奥氏体(白色)二相组成,具有体积分数大体相等的特征[2]。因此,双相不锈钢兼有奥氏体不锈

4、钢与铁素体不锈钢的双重特征。与铁素体不锈钢相比,其韧性高,韧脆转变温度低,耐晶间腐蚀性能和焊接性能显著提高,同时保留了铁素体不锈钢导热系数高、膨胀系数小、具有超塑性等特性；而与奥氏体不锈钢相比，屈服强度和抗疲劳强度显著提高，约为奥氏体不锈钢的2倍，且耐晶间腐蚀、应力腐蚀和腐蚀疲劳等性能有明显改善。氮在强化2205双相不锈钢中起着重要的作用,但当氮的质量分数超过0.2%时,由于氮的间隙固溶强化使得奥氏体的强度大于铁素体。增加铁素体的含量,会导致冲击韧性降低,也导致氮在铁素体中的析出,生成氮化铬,因为氮在铁素体中比在奥氏体中的溶解度低。冷加工能降低2205双相不锈钢的冲击韧性,提高韧脆转变温度。

5、而在280——350℃区间过渡时效也会导致韧性降低。22205双相不锈钢埋弧焊试验及焊接性分析1）焊接试验材料选用1．母材本次埋弧焊试验的材料为Outokumpu公司提供δ=10mm、δ=12mm和δ=16mm的双相不锈钢，其力学性能如下表2。2205双相不锈钢的焊接对污染更敏感，特别是对湿气和水分。任何类型的油污、油脂和水分等污染会影响材料的抗腐蚀性及力学性能，因此在焊接前要对母材进行严格清理。2.埋弧焊丝本次试验选用国外进口Avesta2205的匹配双相不锈钢焊丝，直径为Φ3.2mm，为保证试验结果的可靠性，整个试验过程均按照DNV船级社的要求进行。3.埋弧焊剂2205双相不锈钢的埋弧焊

6、焊接过程中，因为双相不锈钢的焊缝熔池流动性较差，必须考虑焊接的熔透性和良好的脱渣性，在确保焊透的前提下，保证焊缝成型的效果，焊剂的选用是关键。因此，本次工艺试验选用Avesta805焊剂，此焊剂为碱性的烧结焊剂，在焊剂中添加Cr元素，以保证焊缝金属的性能要求，同时，在焊剂中有一定量的SiO2,能够将焊剂碱度控制在1.7左右，以减少焊剂的熔化量，减小熔宽波动，避免焊道边缘不良的成型效果，确保焊缝的美观。2）坡口形式的选择在焊接过程中，坡口的选择决定焊接变形的大小。双相钢具有良好的导热性及较低的膨胀系数使得双相不锈钢的焊接变形比碳钢大很多。我们选取常用的钢板厚范围：10-18mm，分别选用三种不

7、同板厚，三种不同坡口形式进行前期比较试验，通过埋弧焊焊接后，观察其变形程度。板厚分别为δ=10mm，δ=12mm，δ=16mm，其坡口形式如下图：通过对以上三组板厚及坡口试板进行埋弧焊试验比较，其中δ=10mm和δ=12mm的双相钢板采用双面单道焊的变形相比于板厚为δ=16mm的双相钢板的双面单道焊变形小，其变形大小如下表4所示因此，综合考虑焊接变形及施工过程中的焊接效率，我们选用厚度为δ=12mm，坡口形式