浙江至德鋼業(yè)有限公司通過對S31803雙相不銹鋼的焊接性分析和焊接試驗(yàn)，在對其焊接接頭和熱影響區(qū)性能特點(diǎn)進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，確定了S31803雙相不銹鋼的焊接工藝。進(jìn)入21世紀(jì)，S31803雙相不銹鋼作為一種新型不銹鋼材料，以其優(yōu)良的綜合性能在石油、化工等行業(yè)得到越來越廣泛的應(yīng)用。這類鋼綜合了奧氏體型和鐵素體型不銹鋼兩者的優(yōu)點(diǎn)，具有良好的韌性、強(qiáng)度和焊接性。在浙江至德鋼業(yè)有限公司生產(chǎn)的海洋撬塊項(xiàng)目中，其容器和管路部分采用的為S31803雙相不銹鋼，由于筆者所在的公司還沒有雙相不銹鋼焊接方面的技術(shù)積累，因此要做焊接工藝評定試驗(yàn)。在查閱大量相關(guān)資料后，制定出相應(yīng)的預(yù)焊接工藝規(guī)程，進(jìn)行焊接試驗(yàn)，通過試驗(yàn)，最終確定了S31803雙相不銹鋼焊接工藝。

 一、雙相不銹鋼S31803焊接性分析

  S31803（22-5型）屬于第二代含氮的超低碳雙相不銹鋼，與第一代雙相不銹鋼（18-5）相比，碳的含量有所降低，同時(shí)增加了鉬的含量，加入了奧氏體形成元素氮，促進(jìn)了其焊接接頭單相鐵素體在冷卻過程中形成適量的奧氏體，使兩種組織趨于平衡，這樣既改善了雙相不銹鋼焊接熱影響區(qū)的塑性和韌性，又保證了雙相不銹鋼的抗應(yīng)力腐蝕、點(diǎn)蝕的能力。S31803雙相不銹鋼中鐵素體組織的含量一般在40%~50%之間，其余為奧氏體組織。

 從上表中可看出，S31803中碳、硫、磷等雜質(zhì)元素含量較低，性能上又兼有鐵素體不銹鋼和奧氏體不銹鋼的特點(diǎn)，所以其焊接熱裂紋、冷裂紋的敏感性較差。雙相不銹鋼焊接接頭的性能與接頭中奧氏體組織和鐵素體組織的比例有很大關(guān)系，比較理想的情況是兩種組織的比例接近1:1，此時(shí)接頭性能基本與母材等同，因此制定其焊接工藝是圍繞如何保證雙相組織比例關(guān)系的平衡來進(jìn)行的。

 由于焊接是一個(gè)快速加熱、快速冷卻的熱循環(huán)過程，在焊接熱影響區(qū)的過熱區(qū)，溫度在1150℃~1140℃區(qū)間時(shí)，會發(fā)生奧氏體向鐵素體轉(zhuǎn)變，過熱區(qū)奧氏體含量大大降低，鐵素體含量增加。在焊后冷卻過程中，如果冷速過快，鐵素體組織向奧氏體組織的相變就會受到抑制，從而導(dǎo)致冷卻到室溫的焊接熱影響區(qū)鐵素體含量過大；如果冷速過慢，有可能產(chǎn)生鐵素體組織晶粒粗大和δ相析出，焊接接頭的性能就會相應(yīng)降低。因此要保證焊接接頭的良好性能重要措施就是有效控制焊接接頭的冷卻速度。

二、S31803雙相不銹鋼焊接試驗(yàn)

 1. 焊接方法

  根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際，既要保證焊接接頭的組織性能又要考慮實(shí)際生產(chǎn)效率，我們采用鎢極氬弧焊打底、焊條電弧焊填充蓋面的焊接方法。

 2. 坡口形式

  按照NB/T47014-2011相關(guān)要求，考慮到生產(chǎn)實(shí)際中用到的板材和管材規(guī)格在工藝評定中的厚度范圍覆蓋，決定用10mm厚度的鋼板來做焊接工藝評定試板，坡口形式采用V型坡口，1mm鈍邊。組對間隙為2~3mm。

  試板坡口采用機(jī)械加工的辦法完成，防止母材金屬的氧化和鐵離子污染。

  3. 焊接材料和保護(hù)氣體

   雙相不銹鋼焊接的最終目的是得到性能和母材相同的焊接接頭，由于焊縫金屬的凝固和冷卻時(shí)間很快，所以選用的焊材化學(xué)成分和母材有所不同，Ni含量要稍高于母材金屬，同時(shí)含有一定的氮元素，以促進(jìn)焊接熱影響區(qū)高溫下形成的鐵素體組織冷卻時(shí)向奧氏體組織轉(zhuǎn)變。氬弧焊打底時(shí)我們選用的保護(hù)氣為純度99.99%的氬氣，氬弧焊絲牌號為ER2209，焊條牌號為E2209-16。

  4. 焊接熱輸入的選擇及控制措施

    在上文對S31803雙相不銹鋼焊接性分析可知，要想得到理想的焊接接頭，重要的工藝措施就是控制焊接熱影響區(qū)的冷卻速度，本質(zhì)就是控制焊接線能量。通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，焊接過程中焊接接頭冷卻速度控制在35~75℃/S，焊接熱影響區(qū)奧氏體組織和鐵素體組織析出相比例接近1:1。氬弧焊打底時(shí)采用直流正接，加大保護(hù)氣流量。焊條電弧焊時(shí)采用直流反接，采用多層焊，層間溫度控制在150℃以下。蓋面焊盡量一次完成以保證焊縫組織均勻。

三、焊接工藝評定

  通過以上分析，對S31803雙相不銹鋼的特點(diǎn)以及焊接性有了比較具體的了解，在此基礎(chǔ)上，制定出了S31803的預(yù)焊接工藝規(guī)程。焊接試板經(jīng)由張家港市質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督檢驗(yàn)所進(jìn)行力學(xué)性能和金相比例測定，達(dá)到了預(yù)期的效果。據(jù)此我們制定出了適合本單位生產(chǎn)實(shí)際的工藝規(guī)程。具體參數(shù)見表，焊接工藝評定試板性能測試參數(shù)見表。

  通過以上焊接工藝評定試驗(yàn)，了解雙相不銹鋼S31803的性能特點(diǎn)和焊接特點(diǎn)，使雙相不銹鋼S31803容器和管道的焊接有了經(jīng)評定合格的工藝做技術(shù)支持。

  如果長期大量生產(chǎn)雙相不銹鋼產(chǎn)品，還可以在氬弧焊保護(hù)氣中加入3%左右的氮?dú)?，焊接效果更為出色。以浙江至德鋼業(yè)有限公司的項(xiàng)目為例，所焊接的520余道對接焊縫，經(jīng)100%射線探傷，透照膠片的合格率在99%以上。