栗文博

身份證號(hào)：210106198011010917

淺談雙向不銹鋼焊接中常遇問(wèn)題及解決辦法
——ADIC幕墻遮陽(yáng)系統(tǒng)采用雙相不銹鋼設(shè)計(jì)小結(jié)

栗文博

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由于雙相不銹鋼鐵素體含量高，具有非常好的抗熱裂性，焊接時(shí)很少考慮熱裂。雙相不銹鋼焊接最主要的問(wèn)題與熱影響區(qū)有關(guān)，而不是焊縫金屬。熱影響區(qū)的問(wèn)題是耐蝕性及韌性損失或焊后開裂。為了避免發(fā)生上述問(wèn)題，焊接工藝的重點(diǎn)是最大程度減少在“紅熱”溫度范圍總的停留時(shí)間，而不是控制任何一道焊接的熱輸入。經(jīng)驗(yàn)表明，這種方法可使焊接工藝從技術(shù)和經(jīng)濟(jì)角度都最優(yōu)化。根據(jù)上述介紹，將給出雙相不銹鋼焊接的一些一般準(zhǔn)則，以及將這些基本知識(shí)和準(zhǔn)則在具體焊接方法中應(yīng)用

幕墻雙相不銹鋼焊接

一、導(dǎo)言

工程實(shí)例：ADIC全稱Abu Dhabi investment Council New Head Quaters，建筑總高度145m，由兩棟25層辦公大樓組成，該工程地處阿布扎比，沿海氣候明顯，空氣濕度大，鹽堿度高，智能遮陽(yáng)系統(tǒng)的支撐部件選用的是具有高耐腐蝕性及高強(qiáng)度的雙相不銹鋼材料。

1、雙相不銹鋼介紹及化學(xué)成分

雙相不銹鋼(Duplex Stainless Steel，簡(jiǎn)稱DSS)，指鐵素體與奧氏體各約占50%，一般較少相的含量最少也需要達(dá)到30%的不銹鋼。雙相不銹鋼是一個(gè)集優(yōu)良耐腐蝕性、高強(qiáng)度和易于制造加工等諸多優(yōu)異性能于一身的鋼類，其物理性能介于奧氏體不銹鋼和鐵素體不銹鋼之間，但更接近于鐵素體不銹鋼和碳鋼。

本工程選用的是1.4462雙相不銹鋼化學(xué)成分表(見(jiàn)表1)

2、焊前清理

焊前清理全部加熱部位的要求不僅適用于雙相不銹鋼，而且適用于所有不銹鋼：母材和填充金屬化學(xué)成分確定的假設(shè)條件是沒(méi)有額外的污染源，灰塵、油脂、油污、油漆和任何形式的水分都會(huì)干擾焊接操作并對(duì)焊件的耐蝕性和力學(xué)性能產(chǎn)生不利影響，如果不在焊前對(duì)材料進(jìn)行徹底清理，則無(wú)論什么工藝評(píng)定均是無(wú)效的。

3、接頭設(shè)計(jì)

雙相不銹鋼焊接接頭的設(shè)計(jì)必須有助于完全焊透并避免在凝固的焊縫金屬中存在未熔合的母材。最好是機(jī)加工而不采用砂輪打磨坡口，以使焊接區(qū)厚度或間隙均勻。必須打磨時(shí)，應(yīng)特別注意坡口加工及其裝配的均勻一致。為了保證完全熔合和焊透，應(yīng)當(dāng)去掉任何打磨毛刺。

4、預(yù)熱

由于預(yù)熱可能是有害的，所以―般不推薦進(jìn)行預(yù)熱，如果沒(méi)有特殊正當(dāng)?shù)睦碛?，不?yīng)當(dāng)把預(yù)熱作為―個(gè)工序，若用于消除天冷或夜間冷凝形成的濕氣時(shí)，預(yù)熱可能是有益的，當(dāng)采用預(yù)熱去除濕氣時(shí)，應(yīng)將鋼均勻地加熱到約100℃(200°F)且只能在坡口清理后進(jìn)行。

5、熱輸入與層間溫度

雙相不銹鋼能夠容許相對(duì)高的熱輸入。焊縫金屬凝固后的雙相組織的抗熱裂性大大優(yōu)于奧氏體焊縫金屬。雙相不銹鋼具有較高的導(dǎo)熱率和較小的熱膨脹系數(shù)，焊縫處沒(méi)有像奧氏體不銹鋼那樣高的局部熱應(yīng)力。在有必要對(duì)焊縫要求提出嚴(yán)格限制時(shí)，熱裂紋不是個(gè)常見(jiàn)的問(wèn)題。極低的熱輸入可導(dǎo)致母材熔合區(qū)和熱影響區(qū)鐵素體含量過(guò)高，韌性和耐蝕性降低，極高的熱輸入增加了形成金屬間相的危險(xiǎn)。為了防止熱影響區(qū)的問(wèn)題，焊接工藝規(guī)程應(yīng)允許該區(qū)域焊后快速冷卻。工件溫度很重要，因?yàn)樗鼘?duì)熱影響區(qū)的冷卻影響最大。作為一般準(zhǔn)則，經(jīng)濟(jì)型和標(biāo)準(zhǔn)雙相不銹鋼的最高層間溫度限制在150℃(300°F)，超級(jí)雙相不銹鋼限制在100℃(210°F)。進(jìn)行焊接工藝評(píng)定時(shí)應(yīng)采用該限制值，生產(chǎn)性焊接中也應(yīng)監(jiān)測(cè)以確保層間溫度不高于工藝評(píng)定時(shí)所采用的溫度.

6、焊后熱處理

雙相不銹鋼需要進(jìn)行焊后應(yīng)力消除處理，且這樣做可能是有害的，會(huì)降低韌性和耐蝕性。

二、焊接方法

氣體保護(hù)鎢極電弧焊(GTAW)有時(shí)也叫做惰性氣體保護(hù)鎢極焊(TIG)，特別適用于短焊道手工焊。

設(shè)備：GTAW最好采用恒定電流電源，用高頻電路輔助起弧。GTAW應(yīng)采用直流正極性(DCSP)，焊條為負(fù)極。使用直流反極性(DCRP)會(huì)損壞電極。

填充金屬：用于雙相不銹鋼焊接的填充金屬多數(shù)是“匹配”的，通常鎳含量比鍛軋產(chǎn)品高約2%～4%。填充金屬中的氮含量―般略低于母材。普遍認(rèn)為較高合金化的雙相不銹鋼填充金屬適用于焊接低合金化的雙相不銹鋼。采用“匹配”填充金屬焊接雙相不銹鋼與奧氏體不銹鋼或碳鋼和合金鋼可以獲得令人滿意的結(jié)果。

技術(shù)和參數(shù)：對(duì)于雙相不銹鋼來(lái)說(shuō)，坡口、對(duì)準(zhǔn)根部鈍邊和間隙準(zhǔn)備的均勻一致特別重要。雖然奧氏體不銹鋼允許使用一些焊接技巧克服坡口準(zhǔn)備的缺陷，但使用這些技巧卻使雙相不銹鋼有在相應(yīng)溫度區(qū)間停留時(shí)間延長(zhǎng)的危險(xiǎn)。如果可能的話，不建議使用銅墊板，因?yàn)殡p相不銹鋼對(duì)銅造成的表面污染敏感。

在焊接區(qū)外起弧會(huì)產(chǎn)生局部自熔焊焊點(diǎn)，冷卻速度很快，導(dǎo)致局部高鐵素體含量及耐蝕性的下降。為了避免產(chǎn)生這種問(wèn)題，應(yīng)在焊接接頭上起弧。

應(yīng)采用完全的氣體保護(hù)進(jìn)行定位焊。在根部焊道的起點(diǎn)不應(yīng)當(dāng)進(jìn)行定位焊。理想情況下，為了避免定位焊引起的根部焊道開裂，根部焊道最好采用斷續(xù)焊且磨掉定位焊縫或在焊接根部前局部修磨定位焊縫，應(yīng)仔細(xì)保持根部間隙寬度以確保根部焊道熱輸入和稀釋的一致。應(yīng)在焊接填充焊道前研磨根部焊道的起點(diǎn)和終點(diǎn)。各焊接道次間，保證后續(xù)焊接中使熱影響區(qū)有足夠的時(shí)間冷卻。

焊絲應(yīng)當(dāng)清潔、干燥，使用前應(yīng)保存在有蓋容器內(nèi)。在平焊位置進(jìn)行焊接效果最佳。焊炬應(yīng)保持盡可能接近垂直以使保護(hù)氣體中吸入的空氣量最少。

為滿足多種材料厚度和接頭設(shè)計(jì)要求選擇熱輸入的靈活性很大。按下列公式計(jì)算熱輸入一般在0.5～2.5kj/mm(15～655kj/英寸)范圍內(nèi)。

熱輸入(kj/mm=(V×A)/(s×100)

其中V＝電壓(伏特)A＝電流(安培)S＝移動(dòng)速度(mm/s)

或

熱輸入(KJ/inch)=(VxAx6)/(SX100)

其中V＝電壓(伏特)A＝電流(安培)S＝移動(dòng)速度(in/min)

一般推薦的熱輸入：

2304或經(jīng)濟(jì)型雙相不銹鋼：0.5～2.0kj/mm(15～50kj/in)

2205：0.5～2.5kj/mm(15～65kj/in)

2507：0.3～1.5kj/mm(8～38kj/in)

以上是我從ADIC工程中使用不銹鋼產(chǎn)品的一些心得。不銹鋼材料的選用和設(shè)計(jì)是一個(gè)非常大的課題，涵蓋了太多的知識(shí)和內(nèi)容，我這里只是拋磚引玉，希望能對(duì)大家有所啟發(fā)。

表1