隨著工程建設不斷發(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，如高強度、高抗疲勞強度、低溫高韌性、耐蝕性和對應力腐蝕裂紋不敏感等，在-50～280℃范圍內(nèi)具有優(yōu)良的力學性能和焊接性能。

 伊拉克井口注水項目中管線輸送介質(zhì)為高腐蝕性化學試劑，利用2205雙相不銹鋼的材質(zhì)特性達到安全運輸?shù)哪康?，所以項目施工中運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，詳細闡述了2205雙相不銹鋼焊接工藝試驗研究。

 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)及靠近焊接熔合線的高溫加熱區(qū)在焊接加熱過程中全部轉(zhuǎn)變?yōu)殍F素體，在隨后冷卻過程中部分鐵素體轉(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具有鐵素體和奧氏體不銹鋼的特點，具有良好的力學性能和耐蝕性能。

  在焊接過程中，金屬從熔融到冷卻，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，會引起合金元素鉻、鎳、鉬的燒損，導致材料的耐腐蝕性能下降，力學性能劣化，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℃以內(nèi)，因此2205雙相不銹鋼的焊接試驗中，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準范圍為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。所選焊材的化學成分如表所示。焊道背面充氣保護裝置如圖所示。

  b. 焊接工藝與性能檢測焊接工藝中母材為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行，從表中看出，焊接熱輸入值均在標準范圍內(nèi)。

  2. 外觀檢測與無損檢測

   對焊件進行外觀檢查，焊縫外觀如圖所示。外觀檢測項目均達到各項要求。焊接管件進行RT檢測，檢測合格。力學性能檢測：全部合格，結(jié)果如表所示。

  3. 硬度試驗

   焊件硬度試驗結(jié)果如表所示，硬度點分布示意如圖所示。焊件硬度試驗測試合格。相比例試驗：對焊道剖面圖侵蝕后，進行相比例測試，測試結(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，未見金屬間相和沉淀物。物理測試合格。

  4. 腐蝕試驗

  將試樣浸入溫度為（25±1）℃的約6%濃度的三氯化鐵溶液中進行24小時點腐蝕試驗。試驗結(jié)果是試樣表面有點腐蝕，腐蝕率為1.45g/m2。該試驗焊件，外觀檢測、無損檢測、力學性能檢測和相比例測試均合格，但腐蝕試驗中焊縫蓋面處產(chǎn)生點腐蝕，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)生點腐蝕外，其它性能檢測項目均合格，分析原因為蓋面焊接過程中熱輸入值較大，造成了一些合金元素燒損。經(jīng)理論計算，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，根焊和填充處均無缺陷。為研究焊接熱輸入對蓋面焊接的影響，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

  測焊接參數(shù)如表所示。外觀檢測與無損檢測：對焊件進行外觀檢測，如圖所示。外觀和RT檢測項目均達到各項要求。力學性能檢測：全部合格，如表所示。

  硬度試驗：焊件硬度試驗結(jié)果如表所示，硬度點分布示意如圖所示。

  相比例試驗： 對焊道剖面圖侵蝕后，進行相比例測試，測試結(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，未見金屬間相和沉淀物。

  腐蝕試驗：將試樣浸入溫度為（22±1）℃的約6%濃度的三氯化鐵溶液中進行24小時點腐蝕試驗。試驗結(jié)果是試樣表面無點腐蝕，腐蝕率為0.69g/m2。

  從檢測結(jié)果得出：雙排道試驗焊件，外觀檢測、無損檢測、力學性能檢測、相比例測試和腐蝕試驗全部合格，焊縫質(zhì)量好。

  對比試驗分析經(jīng)對比試驗分析得出，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，降低了單位時間單位面積內(nèi)的焊接熱輸入值。所以對于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焊縫及熱影響區(qū)顯微組織中奧氏體的形貌和體積分數(shù)均有影響：①焊接熱輸入適中，在適當?shù)木€能量下焊接，無焊接缺陷，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焊接熱輸入過大，熱輸入過大，焊接過程冷卻速度過慢，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。

  蓋面焊接工藝無論是單道焊或排道焊，焊接熱輸入計算值均在標準范圍內(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際焊接操作中焊接熱輸入的真實值有偏差，所以焊接熱輸入往往需要從實際焊接過程中進行有效控制。

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)，熱傳導速度相對較慢，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℃以內(nèi)，再進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)，可使整個焊接接頭的組織及性能有顯著提升。

四、結(jié)語

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

  2. 當焊接熱輸入過大，焊縫過熱，部分金屬元素燒損，金屬相析出增加，焊縫韌性增加但耐蝕性降低。

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

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