孟德龍 蘆宏星 王波

（1.遼河油田建設(shè)工程公司 遼寧盤錦 124010 2.遼寧石油化工大學(xué) 遼寧撫順 113001）

一、焊接前的質(zhì)量控制要點(diǎn)

1.焊接材料的選擇

2205 雙相鋼含有的主要元素有Cr，Ni，Mo，Mn，Si，N，其中Cr，Mo，Si 是鐵素體形成元素，Ni，Mn，N 是奧氏體形成元素，焊絲和焊條的化學(xué)成分種類與母材相近，但由于焊接熱循環(huán)中合金元素的燒損和熔敷金屬向母材的過(guò)渡多用，焊材中的合金元素含量要高于母材；從另一方面講，雙相鋼的焊接接頭兩相中單相比例在30～60%可以滿足接頭的力學(xué)性能要求，奧氏體含量稍占優(yōu)勢(shì)（含量在60～65%）時(shí)，既可以保證焊接接頭的力學(xué)性能，又可提高耐蝕性能，所以焊材的選擇時(shí)Ni，Mn 含量應(yīng)稍高于母材，氮元素也是奧氏體形成元素，可是N 元素高溫下會(huì)和Cr 結(jié)合形成脆性相，會(huì)使接頭熔合區(qū)強(qiáng)度陡增并降低接頭的耐蝕性能，所以焊材中氮元素應(yīng)稍低于母材金屬。

考慮到工藝管線現(xiàn)場(chǎng)施工的生產(chǎn)效率，焊接作業(yè)均采用氬弧打底加焊條電弧焊填充蓋面的焊接方法，為了保證焊接接頭根部不被氧化，根部要采用充氬保護(hù)，通常采用Ar+2.5%N2以補(bǔ)充N 元素的燒損造成焊縫區(qū)硬度過(guò)低的現(xiàn)象。

2.焊接材料的保護(hù)及坡口的加工

2205 雙相鋼對(duì)污染敏感，任何形式的油污，油脂和水分的污染都會(huì)影響接頭的抗腐蝕性能和力學(xué)性能，所以現(xiàn)場(chǎng)焊接一定要控制好雙相鋼管線的成品保護(hù)，不得與碳鋼，銅，低熔點(diǎn)點(diǎn)金屬或其他接觸雜質(zhì)接觸。

2205 雙相鋼管線下料、坡口加工宜采用機(jī)械加工法，避免坡口氧化；雙相鋼含有鐵素體，顯弱磁性，焊口打磨時(shí)切勿同一方向長(zhǎng)時(shí)間重復(fù)打磨，造成焊接磁偏吹現(xiàn)象，影響焊縫金屬的熔合。

圖1 為坡口機(jī)下料、加工坡口

3.焊前組對(duì)及預(yù)熱

2205 不銹鋼不僅有較好的耐蝕性，而且含有相當(dāng)比例的鐵素體相及N 的固溶強(qiáng)化作用，材質(zhì)的強(qiáng)度級(jí)別較高但延伸率較小，應(yīng)嚴(yán)格公職組對(duì)質(zhì)量，禁止帶強(qiáng)力組對(duì)，避免焊后產(chǎn)生較大殘余應(yīng)力，生產(chǎn)焊接變形，無(wú)法有效的矯正，嚴(yán)重影響管線焊接的直線度。組對(duì)好管線，宜用錫箔紙將坡口密封，管道內(nèi)部制作全程充氬保護(hù)裝置，對(duì)焊道背面進(jìn)行保護(hù)。

圖2 充氬保護(hù)裝置

雙相鋼焊前不需要預(yù)熱處理，管線壁厚較大或環(huán)境溫度過(guò)低時(shí)，為防止冷卻速度過(guò)快造成焊縫合金元素局部偏析，必要時(shí)采取預(yù)熱。

二、焊接過(guò)程中的質(zhì)量控制要點(diǎn)

1.定位焊的要求

管線組對(duì)好后進(jìn)行定位焊時(shí)應(yīng)采用較大的焊接熱輸入，且對(duì)定位焊縫的最小長(zhǎng)度進(jìn)行規(guī)定，防止焊縫冷卻速度過(guò)大，鐵素體含量升高和氮化物析出而影響焊縫耐蝕性。

2.焊接線能量和層間溫度的控制

2205 雙相不銹鋼因其良好的導(dǎo)熱性和較小的熱膨脹系數(shù)，可以適當(dāng)采用較大線能量而不至于使接頭產(chǎn)生熱烈紋和很大殘余應(yīng)力，從而提高生產(chǎn)效率。當(dāng)采用較大的線能量時(shí)，應(yīng)合理安排焊接順序以保證焊縫間有足夠的冷卻時(shí)間[2]，控制層間溫度不大于150℃。但隨著線能量的增大，冷卻速度降低，延長(zhǎng)了奧氏體析出時(shí)間，焊縫和熱影響區(qū)的鐵素體含量減少，焊縫組織粗大，產(chǎn)生過(guò)熱組織，影響接頭的韌性及耐蝕性，所以焊接線能量應(yīng)控制在適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)，保證焊接的兩相組織區(qū)域平衡，另外，焊接時(shí)隨著管線壁厚的增加，殘余應(yīng)力和軸向應(yīng)力都隨之增加，采用窄焊縫多次焊接，焊條盡量不做橫向擺動(dòng)的技術(shù)措施，如下圖焊縫，這樣既可以降低焊接的殘余應(yīng)力又保證了層間溫度不至于過(guò)高。

圖3 施工現(xiàn)場(chǎng)焊接試樣

3.焊接過(guò)程中其他注意事項(xiàng)

焊接過(guò)程中，應(yīng)嚴(yán)格按照焊接工藝評(píng)定執(zhí)行，層間及時(shí)打磨焊道上的熔渣，以保證焊縫的成型良好，焊后冷卻溫度應(yīng)注意800～475℃和350～280℃的停留時(shí)間，因?yàn)樵?75～800℃有可能產(chǎn)生碳化物、氮化物等中間相，280～350℃區(qū)間會(huì)產(chǎn)生過(guò)渡時(shí)效，兩者皆導(dǎo)致焊接接頭韌性的下降。

三、焊后對(duì)控制要點(diǎn)可行性的討論分析

1.無(wú)損檢測(cè)證實(shí)焊縫的缺陷情況

通過(guò)對(duì)以上控制要點(diǎn)的執(zhí)行，對(duì)上面提及的集氣和脫水脫烴裝置區(qū)，SAF2205 雙相鋼工藝管線焊接作業(yè)面一個(gè)月內(nèi)的394 道焊口進(jìn)行射線檢測(cè)，得到的焊口一次探傷合格率為98.9%，較之前一個(gè)月的焊后合格率高出近4 個(gè)百分點(diǎn)，可以證明此控制要點(diǎn)對(duì)焊縫缺陷的控制是有效可行的。

2.測(cè)定兩相比例的均衡性

對(duì)焊接作業(yè)探傷合格的焊口中，隨機(jī)抽取20 道焊口，利用鐵素體檢測(cè)儀測(cè)定焊縫相比例，得到的結(jié)論是20 道口中鐵素體所占比例均在30～45%之間，鐵素體、奧氏體相比例均衡性良好，能夠滿足接頭各方面的性能要求。

圖4 現(xiàn)場(chǎng)焊口鐵素體檢測(cè)

3.焊縫硬度的測(cè)定分析

在焊接作業(yè)探傷合格的焊口中，隨機(jī)抽取20 道焊口，利用HV-30 鐵素體檢測(cè)儀檢定焊縫熱影響區(qū)的硬度，可知焊縫的硬度與母材硬度相近，熱影響區(qū)的硬度稍高于母材，焊道至母材之間沒(méi)有明顯的硬度起伏，不至于引起應(yīng)力集中使焊縫強(qiáng)度下降，綜合力學(xué)性能能夠得到保證。

四、結(jié)論

1.通過(guò)焊接前材料的合理選擇、管線的正確組對(duì)、可以為2205 雙相不銹鋼的焊接質(zhì)量的有效控制打下良好的基礎(chǔ)。

2.焊接時(shí)選擇合適的焊接工藝，嚴(yán)格控制焊接線能量和層間溫度對(duì)焊縫的成型良好，兩相比例的均衡性和綜合力學(xué)性能的提高起著至關(guān)重要的作用。

3.在實(shí)際焊接生產(chǎn)過(guò)程中，嚴(yán)格執(zhí)行焊接工藝規(guī)程，遵守工藝紀(jì)律，對(duì)各焊接要點(diǎn)徹底的貫徹執(zhí)行，才能在不影響生產(chǎn)效率的情況下保證焊接質(zhì)量的良好。

[1]李為衛(wèi),宮少濤,熊慶人等. 2205 雙相不銹鋼的焊接性及焊接技術(shù)[J].熱加工工藝,2006,35 卷(3),35-37.

[2]岳斌,馬鵬舉,王大治等. 雙相不銹鋼的焊接工藝研究[J].化工機(jī)械,2009,36 卷(1),5-8.