王振坤

摘 ? 要：隨著社會的發(fā)展和工業(yè)化的進步，傳統(tǒng)的不銹鋼已不能滿足高耐腐蝕性的要求，在石油化工等行業(yè)的應(yīng)用逐漸減少。研究發(fā)現(xiàn)雙相不銹鋼材質(zhì)能兼顧鐵素體和奧氏體的優(yōu)點，耐腐蝕性和力學(xué)性能十分優(yōu)秀，很快就被投入到工業(yè)生產(chǎn)中。我國對于雙相不銹鋼的研究起步比西方發(fā)達(dá)國家晚，但在生產(chǎn)加工中已經(jīng)取得了較好的應(yīng)用成果，許多生產(chǎn)企業(yè)也看到了雙相不銹鋼在未來市場的潛力。因此，系統(tǒng)地介紹SAF2205雙相不銹鋼焊接的工藝和具體操作。

關(guān)鍵詞：2205雙相不銹鋼;焊接工藝;金屬分析

傳統(tǒng)的不銹鋼為奧氏體不銹鋼，對晶間腐蝕和孔腐蝕的耐性表現(xiàn)不佳，影響了石油管道運輸?shù)裙ぷ鞯恼ｉ_展，使管道的使用壽命受到束縛，影響了生產(chǎn)企業(yè)的生產(chǎn)運輸成本。從20世紀(jì)70年代起，我國開始自主研究雙相不銹鋼的生產(chǎn)應(yīng)用，并取得了比較突出的成績。根據(jù)我國獨特的礦產(chǎn)資源分布特點，研究人員將稀土元素融入不銹鋼的生產(chǎn)，降低了其中的氮質(zhì)量濃度，研發(fā)的稀土雙相不銹鋼工藝加工性能、抗應(yīng)力和抗腐蝕性能較好，已經(jīng)投入生產(chǎn)使用。

1 ? ?SAF2205雙相不銹鋼概述

1.1 ?SAF2205雙相不銹鋼性能特點

雙相不銹鋼是指在生產(chǎn)中通過熱加工將鐵素體與奧氏體結(jié)合，各占約1/2，使用氮或其他元素以促進二者更好地融合。雙相不銹鋼的優(yōu)點十分明確，即可以兼顧鐵素體和奧氏體的優(yōu)勢，在保持硬度和可加工性的基礎(chǔ)上提高不銹鋼材料的耐腐蝕性，延長材料的使用壽命，降低生產(chǎn)企業(yè)的成本。

SAF2205是雙相不銹鋼的一種，性能優(yōu)越且價格較低，在實際的生產(chǎn)運輸中應(yīng)用十分廣泛。SAF2205雙相不銹鋼的抗拉強度可達(dá)到655 MPa，雙相不銹鋼材質(zhì)的密度更小、質(zhì)量輕，線性熱膨脹系數(shù)也低于奧氏體不銹鋼，使SAF2205雙相不銹鋼的可加工性更突出，使用時不容易開裂，鍛造和冶煉更便利[1]。同時，由于添加了鉬元素，雙相不銹鋼的孔抗蝕力當(dāng)量值（Equivalent Value of Pitting Resistance，PRE）超過40，極大地彌補了傳統(tǒng)不銹鋼的缺點，在耐孔蝕和耐縫隙腐蝕方面表現(xiàn)更佳。

1.2 ?SAF2205雙相不銹鋼焊接分析

焊接的工藝直接影響不銹鋼管材的使用，由于雙相不銹鋼中獨特的雙重組織，在焊接管材焊縫處奧氏體因受熱產(chǎn)生變化，逐漸向鐵素體轉(zhuǎn)變，即鋼材內(nèi)鐵素體和奧氏體的比例發(fā)生變化，一旦材料內(nèi)鐵素體的質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過60%，不銹鋼的整體性能會下降，因此，要正確運用焊接技術(shù)，在接頭處妥善處理，才能使焊接區(qū)域和母材保持同樣的性能。首先，在焊接之前要進行接頭設(shè)計，保證接頭處受熱后材料依然能夠保持與其他部分相同的二相性。

在焊接時要注意減少應(yīng)力集中，避免腐蝕介質(zhì)聚集在焊縫處導(dǎo)致使用時發(fā)生斷裂。其次，在焊接時要用小功率、大焊速，有效避免十字交叉焊縫。焊接時要特別關(guān)注對溫度的控制，每個焊縫完成后應(yīng)冷卻至要求溫度后再繼續(xù)工作，防止材料過熱發(fā)生脆化斷裂。

2 ? ?SAF2205雙相不銹鋼焊接工藝

2.1 ?焊接準(zhǔn)備

在開始焊接前，要先按照要求的尺寸切割不銹鋼鋼材，在焊接處留出X形或V形的焊接口，切割焊縫的角度約為60°，焊縫的寬度約為2 mm。一般的焊接口使用直線切割更節(jié)約成本，且焊接效果差距較小，如果使用U形接口則需要由專門的機器加工，不利于控制生產(chǎn)成本。切割完成后要打磨焊接口周圍50 mm內(nèi)的鋼材，將附著的油脂、灰塵和水漬清理干凈?？梢允褂盟嵛g的方式清洗切口處，使切口處的金屬鈍化，提高焊縫表面的平整度[2]。清洗完成后要將腐蝕介質(zhì)清除干凈，防止酸溶液聚集在焊縫處，影響焊接質(zhì)量。打磨鋼材時要使用專用的拋光片，不能使用含碳量高的砂輪，也不能和其他碳鋼接觸，防止影響鋼材的防腐蝕性能。焊接時要做好必要的防護措施，連接好地線，防止出現(xiàn)意外事故。

由于SAF2205雙相不銹鋼中氮元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高，更適合使用鎢極氬弧焊，焊接出來的焊縫質(zhì)地輕薄美觀、連接性能好。鎢極氬弧焊的保護氣體多選擇氬氣，并摻雜適量的氮氣，一般混合量約為1%，以保證在焊接時鋼材不會因為受熱而流失氮元素，破壞鐵素體與奧氏體的比例成分。在混氣時要特別注意，不能為了保護鋼材特性加入過多的氮氣，氮氣會加速焊接設(shè)備中鎢極的燒毀，選擇釷鎢極進行焊接，能有效對抗這種損壞。

為了保證SAF2205雙相不銹鋼的焊接效果，焊接處的材料一般選擇和母材性質(zhì)類似的材料，如E2209焊條或ER2209焊絲，碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)均為0.014%，能更好地和母材融合，不會因為受熱和冷卻使焊接出現(xiàn)開裂現(xiàn)象。焊接材料在使用之前需要經(jīng)過檢測，保證其成分和性能符合要求后再使用。

2.2 ?焊接過程

在焊接過程中需要關(guān)注焊接的工藝和焊接溫度。首先，在焊接前要固定不銹鋼的邊角，保證焊接的精確性，在焊接完成后可以使用切割機將其切除，但要保證不能破壞母材原本的尺寸，切割后要使用酸性溶液清洗鈍化。其次，在焊接時要用小電流，高溫會破壞鋼材的耐腐蝕性。焊槍的擺動幅度小，能夠有效避免交叉焊縫的形成。焊槍可以使用大直徑噴嘴，在提高焊接速度的同時，加大保護氣體的噴出量，使焊縫處的焊接更加緊密，保護效果更明顯。要在留出的X形或V形焊接口內(nèi)操作焊槍，防止焊槍刮傷鋼材，或因高溫影響鋼材的質(zhì)量。再次，鋼材表面的焊接盡量一次完成，以保證焊縫的均勻細(xì)密，使其更加平整美觀。一般對鋼材的層間焊接不作要求，但要注意控制鋼材溫度，保證每層溫度冷卻至150 ℃之下再焊接，冷卻鋼材時可以加大空氣流速，嚴(yán)禁使用冷水冷卻，否則會使鋼材變脆開裂[3]。最后，焊接完成后要清理鋼材整體，清理工具要選擇同樣由雙相不銹鋼制成的，避免雙相不銹鋼與其他鋼材直接接觸，否則打磨時其他材料的粉末接觸到雙相鋼材會出現(xiàn)點腐蝕的現(xiàn)象。當(dāng)焊縫的溫度逐漸降低，但還未降至凝固點時，要用鋼絲刷洗掉焊接過程中氧化和飛濺的殘渣，確保焊縫表面的完整性。

2.3 ?參數(shù)確定

在焊接時要注意控制焊接參數(shù)以提高焊接質(zhì)量。首先，SAF2205雙相不銹鋼在焊接時對溫度的要求較高，如果控制不當(dāng)會直接影響焊縫內(nèi)材料的結(jié)晶程度和雙相鋼材的相性質(zhì)量。在焊接之前，要使用紅外線測溫儀器測量鋼材的層間溫度，在低于150 ℃時才能進行下一步焊接，且每個焊縫焊接完成后都需要測溫才能繼續(xù)焊接，嚴(yán)格控制每一次焊接操作都符合規(guī)范。其次，焊接要采取直線的方式，減少焊槍的橫向擺動，焊接材料要填滿所留的焊接口，不能留有空氣。在向氬氣中充填氮氣時要控制用量，如果超過鋼材需要的量，過多的氣體會從熔化的金屬焊條中析出，冷卻時形成氣孔，影響焊接質(zhì)量[4]。

2.4 ?質(zhì)量測評

在完成焊接后要對焊接好的鋼材進行質(zhì)量評測，合格后方可投入使用。首先，要對連接在一起的鋼材進行抽樣，記錄外觀上有明顯缺陷的焊接口。對選取好的焊接口進行拉伸測試，主要記錄其對抗應(yīng)力的彎曲性能的數(shù)據(jù)，保證鋼材焊接后的穩(wěn)固性。當(dāng)鋼材產(chǎn)生裂縫時，較好的彎曲性能可以抑制裂縫的進一步擴展，延長鋼材的使用壽命。

其次，要對鋼材內(nèi)部的相性和比例進行測定，保證焊接處的雙相性和母材保持一致、鋼材整體的抗腐蝕性好。測量時可以使用X射線進行衍射測試，準(zhǔn)確分析焊接處的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。由于在焊接過程中會產(chǎn)生高溫，焊接處周圍受熱影響較大，金屬的熱影響區(qū)會有相性變化，奧氏體的晶相受到破壞，使鋼材內(nèi)部產(chǎn)生許多無定形的晶界，影響鋼材的耐腐蝕性能。

最后，需要對焊接接頭進行無損測試和抗腐蝕性測試。一般研究抗腐蝕的效果是通過對比金屬腐蝕前后的質(zhì)量差來測算的，因此，也被稱為無損測試，若鋼材的質(zhì)量不發(fā)生損失，則說明其抗腐蝕性能較好。

3 ? ?結(jié)語

SAF2205雙相不銹鋼的性能十分優(yōu)秀，耐孔耐腐和耐晶間耐腐都明顯優(yōu)于傳統(tǒng)的奧氏體材質(zhì)，在工業(yè)生產(chǎn)中已經(jīng)逐步代替?zhèn)鹘y(tǒng)不銹鋼，生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)該積極引入雙相不銹鋼，提高產(chǎn)品質(zhì)量，為擴大企業(yè)生產(chǎn)規(guī)模、擁有更高的市場占有率打下基礎(chǔ)。在生產(chǎn)中，雙相不銹鋼對焊接工藝要求較高，只有保證焊接前的準(zhǔn)備到位、焊接材料和參數(shù)選擇適宜、焊接操作時嚴(yán)格把控打磨技術(shù)、焊接定位和溫度，才能放大雙相不銹鋼的優(yōu)點，保證工程焊接質(zhì)量。

[參考文獻]

[1]賈 強，劉 艷，張志昌.SAF2205雙相不銹鋼焊接工藝及耐蝕性的研究[J].科技信息，2017（23）：23-25.

[2]蘇海濱.淺談雙相不銹鋼及其應(yīng)用[J].中國高新技術(shù)企業(yè)，2017（9）：62-63.

[3]劉俊龔，霍立興，金曉軍，等.焊接工藝對SAF2205管道焊接接頭組織和力學(xué)性能的影響[J].焊管，2018（3）：20-23.

[4]朱興海.SAF2205雙相不銹鋼設(shè)備SAW焊接工藝[J].石油化工建設(shè)，2017（2）：43-46.