吳 偉，彭 文，江齊鋒

（1.滬東中華造船集團(tuán)有限公司，上海 200129；2.中船澄西船舶修造有限公司，江蘇江陰 214433；3.中船黃埔文沖船舶有限公司，廣州 510715）

0 引言

某18 600 t化學(xué)品船的貨艙區(qū)裝卸系統(tǒng)管系使用超級(jí)雙相不銹鋼?？紤]到此管系將來要輸送對(duì)環(huán)境要求極其嚴(yán)格的化學(xué)品液貨，所以其焊縫質(zhì)量必須通過設(shè)計(jì)要求的 100%RT檢測(cè)。承建該艘化學(xué)品船的公司是首次建造此類型產(chǎn)品，所以缺乏前期的焊接技術(shù)儲(chǔ)備和后期的生產(chǎn)技術(shù)管理經(jīng)驗(yàn)。為解決此矛盾，相關(guān)人員查詢了許多資料并進(jìn)行了大量焊接工藝試驗(yàn)，以驗(yàn)證并確定合適的焊接工藝參數(shù)，從而確保后期產(chǎn)品實(shí)際建造中的焊接質(zhì)量[1-2]。

1 材料性質(zhì)分析

經(jīng)過與奧氏體不銹鋼的力學(xué)性能和化學(xué)成分對(duì)比（見表1和表2）發(fā)現(xiàn)，超級(jí)雙相不銹鋼的Cr、Mo元素明顯高于奧氏體不銹鋼，此元素有利于提高鋼的耐腐蝕性。其中Ni和N元素是奧氏體的促進(jìn)和穩(wěn)定元素，與Cr相結(jié)合可以產(chǎn)生雙相不銹鋼組織。

表1 超級(jí)雙相不銹鋼與奧氏體不銹鋼的材料化學(xué)成分對(duì)比（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）（%）

表2 超級(jí)雙相不銹鋼與奧氏體不銹鋼的材料力學(xué)性能對(duì)比

超級(jí)雙相不銹鋼的焊接性能優(yōu)良，在選取合適焊材及合理控制焊接線能量等因素的前提下，焊接冷裂紋和熱裂紋產(chǎn)生的敏感性都偏低，且焊縫又有很好的耐腐蝕性能和力學(xué)性能。但是在焊接過程時(shí)，焊縫又不易被多次受熱，這樣容易破壞雙相不銹鋼組織。此材料的合金含量較高，焊接時(shí)冷卻速度過慢也會(huì)導(dǎo)致有害相的產(chǎn)生。以上這些情況都有可能對(duì)超級(jí)雙相不銹鋼的焊接接頭的耐腐蝕性能和力學(xué)性能產(chǎn)生直接影響，因此，需要在焊接工藝方面采取必要的措施，以保證焊接質(zhì)量。

2 焊接材料和焊接方法選擇

1）焊接材料的選擇。根據(jù)焊接試驗(yàn)產(chǎn)品的材料性質(zhì)，選擇某焊材廠生產(chǎn)的型號(hào)為 ER2594、規(guī)格為φ2.4 mm的焊絲，焊絲化學(xué)成分如表3所示。

表3 焊材化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）（%）

隨著我國(guó)自主研發(fā)能力的加強(qiáng)以及工業(yè)制造技術(shù)水平的發(fā)展，目前工業(yè)焊接材料已日趨國(guó)產(chǎn)化。所選擇的焊材廠已經(jīng)具備超級(jí)雙相不銹鋼焊絲 ER2594的生產(chǎn)能力，焊材的國(guó)產(chǎn)化極大地降低了采購成本和運(yùn)輸周期。另外，國(guó)內(nèi)部分船廠已采用國(guó)產(chǎn)ER2594焊絲并將其用于具體的產(chǎn)品建造中。綜上，后期產(chǎn)品實(shí)際建造中選用此型號(hào)焊絲是可行的。

2）焊接方法的選擇。參考公司在不銹鋼相關(guān)材料焊接方面的經(jīng)驗(yàn)，建議采用鎢極氬弧焊。此焊接方法的焊接質(zhì)量比較容易控制，焊接過程中焊接能量相對(duì)集中，保護(hù)氣體對(duì)熔池的保護(hù)效果也好，焊接化學(xué)成分不易流失。因此，超級(jí)雙相不銹鋼的焊接也采用此焊接方法，此方法能夠較好地保證焊縫的焊接質(zhì)量。

3 超級(jí)雙相不銹鋼的焊接參數(shù)選擇

1）焊縫及坡口選擇。試件母材型號(hào)為S32750，坡口型式采用 V形坡口，如圖 1所示。焊絲型號(hào)為ER2594，規(guī)格為φ2.4 mm。焊接工藝采用單面焊雙面成形工藝。此焊接方法對(duì)打底焊的質(zhì)量要求極高。如電流過小，易造成夾渣或未焊透；電流過大，易造成焊穿。

圖1 坡口及焊道示意

2）試驗(yàn)參數(shù)選擇。參考公司在不銹鋼焊接方面的經(jīng)驗(yàn)，在焊材、焊接保護(hù)氣體、焊接方法等因素相同的前提下，通過改變焊縫坡口大小、焊接電流、電壓以及焊道層次分布等方法，進(jìn)行多組試驗(yàn)。

4 超級(jí)雙相不銹鋼的焊接注意事項(xiàng)

焊件坡口采用坡口機(jī)或機(jī)加工方式進(jìn)行，嚴(yán)禁采用火焰方式加工坡口。焊件組對(duì)前應(yīng)先將坡口及距離坡口50 mm左右的表面徹底清除干凈，不應(yīng)含有碳化物（如：油漆、銹、毛刺及水分等）等雜質(zhì)。管件成品及半成品應(yīng)當(dāng)隔離堆放，以防鐵元素對(duì)超級(jí)雙相不銹鋼的污染。隔離措施如圖3所示。

圖3 隔離措施

焊件在制作、運(yùn)輸和組裝過程中應(yīng)避免鐵離子污染和磕傷。焊件加工應(yīng)在專用的不銹鋼車間進(jìn)行，加工過程所使用的工具必須是非鐵類不銹鋼專用工具，如電動(dòng)砂輪機(jī)、不銹鋼專用砂輪片、不銹鋼鋼絲刷等。焊接前，應(yīng)用丙酮或酒精清理焊件。溫度低于10℃時(shí)，嚴(yán)禁施焊。焊件在安裝對(duì)接時(shí)，首先要檢查焊件接口同心度，防止安裝錯(cuò)邊。焊件不得強(qiáng)行組對(duì)，做好防變形措施。應(yīng)采用純度≥99.95%的氬氣做保護(hù)氣體。

焊件對(duì)接定位可選用定位工裝，或在焊道坡口內(nèi)作焊接定位。焊件定位焊接時(shí)，應(yīng)采用與打底焊相同的焊材和焊接工藝進(jìn)行施焊。定位焊應(yīng)采用均分固定的方式（如4點(diǎn)、6點(diǎn)或8點(diǎn)的方式），且焊腳高度不應(yīng)高于整個(gè)管壁高度，應(yīng)位于管壁厚度的 2/3厚度左右，在定位焊過程中，要確保整個(gè)定位焊質(zhì)量良好，不致開裂，如有，應(yīng)馬上清除干凈。

考慮到后續(xù)實(shí)際建造中，相關(guān)焊接工藝要能完全覆蓋大、中、小管徑，所以在焊接試驗(yàn)過程中，應(yīng)嚴(yán)格遵守已選定的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行焊接試驗(yàn)操作。

在焊接質(zhì)量得到充分保證的前提下，應(yīng)采用小電流、快速焊以及多層焊等方法進(jìn)行施焊。在焊接時(shí)，盡量采用小線量焊接，層間溫度不超過150℃。

焊縫表面采用鋁箔膠帶封堵，車間焊件預(yù)制時(shí)采用海綿、泡沫等工具做成堵板，外場(chǎng)焊件合攏時(shí)采用水溶紙封堵。在距離焊縫300 mm左右的兩側(cè)設(shè)置一個(gè)氣室。氣室一側(cè)用來充氬氣，另一側(cè)開個(gè)小孔用來排空氣，等氣室內(nèi)的空氣全部排盡且被氬氣充滿后，方可進(jìn)行焊接施工。在施焊前，應(yīng)先撕開坡口面上一段約長(zhǎng)40 mm左右的鋁箔膠帶，然后焊完后，再撕開一段。焊接過程中，不得把坡口面上的鋁箔膠帶全部撕開后再焊接，并且在整個(gè)焊接過程中，氣室內(nèi)必須要充滿氬氣做保護(hù)氣體。

在進(jìn)行下一層焊接前，必須先對(duì)上一層焊道進(jìn)行仔細(xì)的外觀檢查和焊道清潔，必須清除所有殘?jiān)镔|(zhì)。打磨時(shí)要防止產(chǎn)生過熱區(qū)，保證焊縫表面成形良好。如焊接過程中要作焊接停留，氬氣要在焊接結(jié)束后數(shù)分鐘再停止充氣。

一律要求在坡口內(nèi)引弧，嚴(yán)格禁止在母材表面作電流試驗(yàn)或引弧操作，并且注意防止電弧擦傷母材。焊接方法選用半擊穿法，焊絲熔化以水滴狀形式過渡到熔孔中形成焊池。當(dāng)一次焊接結(jié)束后，需要再次重新引弧時(shí)，應(yīng)在焊道內(nèi)重新引弧，并且引弧點(diǎn)需與上一次熄弧處重疊約15 mm左右。引弧成功后，焊炬還需在引弧處停留運(yùn)弧數(shù)秒鐘，以便獲得與上一道焊縫相同寬度和光澤的焊縫，然后方可運(yùn)弧移出弧坑，繼續(xù)后續(xù)施焊。

焊接全過程結(jié)束后，氣室內(nèi)還要繼續(xù)充滿氬氣保護(hù)熔池，直至熔池完全凝固后，焊炬才可移出焊縫。焊接過程結(jié)束后，必須要對(duì)焊縫表面進(jìn)行仔細(xì)檢查，清除所有殘留雜質(zhì)和缺陷，如有，必須要修補(bǔ)合格后，才可結(jié)束整個(gè)焊接過程。焊件焊好后，要對(duì)焊縫進(jìn)行酸洗和鈍化處理。

5 超級(jí)雙相不銹鋼焊接性能檢測(cè)

1）無損檢測(cè)[3-4]。焊縫表面采用100%PT檢測(cè)，符合JB/T4730.5—2005.I級(jí)要求。焊縫內(nèi)部采用100%RT和X射線檢測(cè)，符合JB/T4730.2—2005.I級(jí)要求。

超級(jí)雙相不銹鋼焊接接頭顏色與保護(hù)效果的關(guān)系見表4所示。

2）破壞性試驗(yàn)。對(duì)焊接接頭進(jìn)行了2個(gè)拉伸試驗(yàn)、4個(gè)彎曲試驗(yàn)、2個(gè)腐蝕試驗(yàn)和1個(gè)金相試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果均符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。試驗(yàn)項(xiàng)目及試樣數(shù)量如表 5所示。

表4 超級(jí)雙相不銹鋼焊接接頭顏色與保護(hù)效果的關(guān)系

表5 破壞性試驗(yàn)相關(guān)要求

6 結(jié)束語

在焊縫層間的溫度得到嚴(yán)格控制的前提下，通過采用多層焊、多道次以及合理控制焊接熱輸入量，鎢極氬弧焊能夠很好的保證超級(jí)雙相不銹鋼的耐腐蝕性和相平衡。超級(jí)雙相不銹鋼和奧氏體不銹鋼都具有很好的焊接性和耐腐蝕性，但是超級(jí)雙相不銹鋼產(chǎn)生熱裂紋的傾向較低，而且氯化物耐腐蝕性能優(yōu)于奧氏體不銹鋼，因此超級(jí)雙相不銹鋼已逐漸應(yīng)用于對(duì)耐腐蝕性能要求極其嚴(yán)格的環(huán)境中，如石油化工設(shè)備等，其在工業(yè)制造中具有廣闊的應(yīng)用前景。