双相不锈钢的焊接工艺研究
学 号1０１０13１030_毕 业 论 文(设计) 课 题 双相不锈钢的焊接工艺研究 学生姓名 罗 浩 院 部 机械工程学院 专业班级 １0金属材料工程(２）班 指导教师 杨 付 双 二〇一四年 六 月双相不锈钢的焊接工艺研究摘 要双相不锈钢是由奥氏体和铁素体两相组织按一定比例所组成，它兼有奥氏体不锈钢和铁素体不锈钢的性能与单相组织的不锈钢相比较，具有强度高的特征.近年来，双相不锈钢应用范围迅速扩大，已成为奥氏体不锈钢在许多应用领域最有力的竞争对手本论文首先介绍双相不锈钢的定义、分类和性能以及其内部组织和化学成分，并且具体对每一种化学成分进行介绍然后阐述针对不同的双相不锈钢焊接方法的选择，焊接设备的选用,焊接材料的选择，焊接工艺参数的制定等等．最后以2２05双相不锈钢为例重点阐述其焊接工艺研究.关键词：焊接工艺;焊接参数;焊条电弧焊。
Ｔhe Ｗelding Process ｏf duｐlｅx stainｌess ｓｔeｅlAbstract Duｐlex stainlｅss steｅl is maｄe of aｕｓteｎitｅ aｎd feｒｒite ｔwo－phase strｕcturｅ cｏmpｏsｅd by ａ ｃerｔain peｒcentage, which coｍｂines thｅ perｆormanｃe of austｅnitｉc stainｌesｓ steｅｌ and ferｒitiｃ sｔaiｎlｅss sｔeels Coｍpareｄ wiｔh tｈe sinｇｌe ｐhａse stainlesｓ steeｌ ｗitｈ high strength ｃｈarａcterisｔicｓ. In rｅcent yeaｒs， the rapidly eｘpaｎdｉｎg ｒanｇe ｏf applicationｓ of duｐlex stainless sｔeｅl， austeｎitic ｓtainlｅss ｓtｅｅl has becｏｍｅ thｅ most ｐowerfuｌ ｃｏmpｅtitor ｉn many aｐｐｌicaｔionｓ。
Ｔhis paper iｎtｒoduｃes ｔhe definitｉoｎ oｆ duplex stainless steel， ｃlaｓsｉｆｉcation aｎd pｅrforｍａncｅ as wｅll as its intｅrｎal ｏrgaｎｉzatioｎ and chｅmical ｃｏmposiｔion, and ｓｐecｉfic chemｉcal constitｕeｎts for eaｃh pｒesｅntａtion. Then exｐlaｉｎｅd the cｈoiｃe ｆｏr ｃhｏosing ｄifferｅnt mｅthods of dｕｐｌｅx staｉｎｌｅss ｓｔeeｌ ｗelding, weｌding equｉｐmｅｎt， Finallｙ in 2205 as ａｎ ｅxample fｏcusｅｓ oｎ thｅ selｅction oｆ welｄiｎg ｐaｒａmeterｓ foｒ ｗeｌdiｎg materｉaｌｓ， eｔc ｔo devｅlｏｐ ｔheｉr rｅsearch wｅlｄing proceｓｓ.Keｙwｏrd:Welding prｏcesｓ； Process paramｅteｒs； SＭAWﻬ目 录摘要Ａbsｔract第1章 双相不锈钢···························································１1。
１ 双相不锈钢的定义和分类··················································11．1.1 双相不锈钢的定义·····················································1１.1.2 双相不锈钢的分类·····················································11.２ 双相不锈钢的组织和性能··················································11．21 双相不锈钢的基本组织特征·············································11.2.2 双相不锈钢的基本性能·················································11．3 双相不锈钢的化学成分····················································2第2章 双相不锈钢的焊接····················································42.１双相不锈钢的焊接材料及选用···············································42。
1.１ 双相不锈钢的焊接材料··················································421.2 对焊缝金属的要求······················································4２．13 焊接材料的选用························································52．2 双相不锈钢的焊接方法····················································6２.2．1 焊接方法的选择························································62.2.２ 双相不锈钢常用的焊接方法··············································7２.２3 多层焊和工艺焊缝······················································824 几种双相不锈钢焊接接头的性能··········································８2.3 双相不锈钢的焊接工艺要点················································9２．4 双相不锈钢焊缝金属的力学性能···········································10第3章 ＳAＦ22０5双相不锈钢的焊接············································１13。
１ SAＦ２2０５双相不锈钢的概述················································113．２ SAF2２0５双相不锈钢的焊接特点············································12３３ SAF2205双相不锈钢的焊接技术············································1２3.４ SAF２205双相不锈钢的焊接方法············································１334.1 SAF２２05双相不锈钢焊接方法概述·······································1334．2 SAＦ 220５双相不锈钢的焊条电弧焊······································1３３．4.3 SAF 2２０５双相不锈钢的埋弧焊··········································１6３．4.4 2２05双相不锈钢的TIＧ焊··············································17结论·······································································19参考文献···································································20致谢·······································································2１ﻬ插图清单图 2—1 220５双相不锈钢的金相组织·············································11表格清单表 1—1 各类型双相不锈钢的化学成分············································３表 2-1 双相不锈钢的焊接材料熔敷金属的化学成分································4表 2－2 各类双相不锈钢焊接材料的选用··········································6表 2—3 典型的双相不锈钢推荐的最佳的焊接线能量和层间温度······················7表 2－４ 焊缝金属中的Ｎ含量和奥氏体含量·······································8表 2-5 焊缝金属中的δ铁素体含量、化学成分和力学性能··························9表 ３－1 ００Cr２２Ni５Mo3N双相不锈钢的化学成分···································１1表 3－2 00Cr22Nｉ５Mｏ3N双相不锈钢的室温力学性能·······························1１表 3—3 SAF２205双相不锈钢焊缝金属冲击功技术标准·····························12表 3-4 ＳAF２２０5双相不锈钢熔敷金属化学成分···································1４表 3—5 SAF22０5双相不锈钢熔敷金属力学性能···································14表 ３-6 焊条电弧焊焊接参数···················································14表 3-7 焊条电弧焊焊接接头铁素体含量及性能···································15表 ３-8 AＶESTＡ2２05/ ＡVＥSTA805熔敷金属化学成分······························１６表 3－9 AVＥSTＡ220５/ AＶESＴA80５熔敷金属力学性能······························16表 3—10 2205双相不锈钢ＳAW焊焊接参数·······································16表 3－11 焊接接头性能························································１6表 3—12 ＴIＧ焊熔敷金属化学成分··············································17表 3－１３ TIG焊熔敷金属力学性能··············································17表 3—14 TIG焊焊接参数······················································18- 19 - / 25第1章 双相不锈钢1.1双相不锈钢的定义和分类1。
1．1双相不锈钢的定义所谓双相不锈钢是在其固溶组织中铁素体相与奥氏体相约各占一半，一般量少相的含量也需要达到3０%在含Ｃ较低的情况下,Cｒ含量在1８％~2８%,Ni含量在3％～10％有些钢还含有Mo、Cu、Nb、Ｔi、N等合金元素该类钢兼有奥氏体和铁素体不锈钢的特点，与铁素体相比,塑性、韧性更高,无室温脆性，耐晶间腐蚀性能和焊接性能均显著提高，同时还保持有铁素体不锈钢的475℃脆性以及导热系数高,具有超塑性等特点与奥氏体不锈钢相比，强度高且耐晶间腐蚀和耐氯化物应力腐蚀有明显提高.双相不锈钢具有优良的耐孔蚀性能,也是一种节镍不锈钢.12双相不锈钢的分类双相不锈钢一般可分为四类：第一类低合金型，代表牌号UNSS３2304,钢中不含钼,PRＥN：24—25,耐应力腐蚀方面可代替AISI ３04或是316使用第二类中合金型,代表牌号UNSS31803,PREN:32-３3耐蚀性能介于AISI３16Ｌ和6％MO+N奥氏体不锈钢之间第三类高合金型,一般含25％Cr，还含有钼和氮,有的还含有铜和钨，标准牌号有UNSS32５50,ＰREN：38—３9耐蚀性能高于２2％Ｃr双相不锈钢第四类超级双相不锈钢型，含高钼和氮，标准牌号有ＵNSS3２750,有的也含钨和铜,PRＥＮ>40可使用于苛刻的介质条件，具有良好的耐蚀与力学综合性能，可与超级奥氏体不锈钢相媲美[1].(注：PＲEＮ:孔蚀抗力当量值）１．2双相不锈钢的组织和性能1。
21双相不锈钢的基本组织特征双相不锈钢是由４0％～60％的铁素体加体积分数为６０%~４0%的奥氏体组成的,因此又称奥氏体－铁素体双相不锈钢双相不锈钢兼具奥氏体不锈钢具有的优良的塑性、韧性与铁素体系不锈钢具有的抗应力腐蚀裂纹性能.此外,由于其组织是双相的微细化组织，所以,与单相组织的不锈钢相比较,具有强度高的特征（屈服强度是耐腐蚀性能相当的高合金化奥氏体不锈钢的2倍)由于双相不锈钢具有奥氏体和铁素体双相组织结构，因而那它也兼有奥氏体不锈钢和铁素体不锈钢的特点,双相不锈钢与铁素体和奥氏体不锈钢相比，具有无可比拟的特点与铁素体不锈钢相比，奥氏体-铁素体双相不锈钢的韧性高、脆性转变温度低、耐晶间腐蚀性和焊接性均显著提高；同时,它也保留了铁素体不锈钢的一些特点，如47５℃脆性、在铁素体中析出σ相的脆化现象、热导率高、线涨系数小、具有超塑性、有磁性等与奥氏体不锈钢相比，奥氏体-铁素体双相不锈钢的强度高，特别是屈服强度高，且耐晶间腐蚀、耐应力腐蚀、耐疲劳腐蚀等有明显改善目前用它替代奥氏体不锈钢作为耐应力腐蚀设备的材料已成为趋势1．2.２双相不锈钢的基本性能 所谓双相不锈钢即其金属组织为奥氏体和铁素体各约占一半，或者其中之较少相的含量至少也有30％的不锈钢.因此，双相不锈钢的性能也是综合了奥氏体和铁素体组织的性能.将奥氏体不锈钢所具有的优良的韧性和焊接性与铁素体不锈钢的高强度和耐氯化物应力腐蚀性结合在一起［2]。
奥氏体—铁素体双相不锈钢具有如下的基本性能:⑴有良好的耐氯化物应力腐蚀裂纹的能力.⑵有较好的抗点蚀缝隙腐蚀性能,优于奥氏体不锈钢⑶有良好的耐腐蚀疲劳和耐磨损腐蚀性能⑷结合力学性能好.有较高的强度,屈服强度是18-8型奥氏体不锈钢的约两倍⑸ 焊接性好，热裂倾向小.一般不需要焊前预热和焊后热处理，可与18－8型奥氏体不锈钢及碳钢进行异种钢焊接⑹低铬的双相不锈钢热加工温度范围比18—８型奥氏体不锈钢宽，抗力小，高铬的双相不锈钢热加工比18-8型奥氏体不锈钢难⑺双相不锈钢比18—8型奥氏体不锈钢加工硬化效应大⑻与奥氏体不锈钢相比，双相不锈钢的热导率大,线涨系数小.⑼仍有高铬铁素体不锈钢的各种脆化倾向，不宜在高于300℃的温度下使用若铬含量较低,脆性相析出的危害性较小1．3双相不锈钢的化学成分 双相不锈钢一般可分为四类，按其分类，各类型双相不锈钢的化学成分如表1－1所示:表１－1双相不锈钢的化学成分表【2】类别标准商业牌号化学成分1%孔蚀当量低合金型ＵＮS S323０4SＡF2３０400３2340．10.10２24Ｗ.Nr1４362ＵＲ 3５ＮSS ２327中合金型UNSSAＦ2２05０.0３225２．8０.1５３2/33SS 2３７７UR４5N+0。
03221835/36UNS Ｓ3１5003ＲE60０0318.552１２9ＷNr1．４417A903ＵNS S 3290010RE510.082５４５1.530W.Nr1．44６0SS ２324AISI ３29UR500．06217.52.51.529UNS S32950Cａrp７Mo+０．0３2７4.81.7５0.2５3５高合金型UNS Ｓ３2550Feｒｒaliuｍ0０525630.18１83７3８ＵNS S312５0DP3０.0325730.１6０５37UＲ4７Ｎ003２56５３0.2２3８/3９WNr14507ＵR52N０.0３２56．５30．171.538VＳ25０．0325653０．1838超级DDＳＵＮS Ｓ3２76０Zerｏn10００03257３.５0.２４０.7０.7４041.5WNr1．4501ＵNS Ｓ３２7５0SAF25０７0.０32573８0.2８４1W.Nr1441０UR47N+SS 2328UNS.S３２５50UR５2N＋0．03２573.５0．2515４１WNr１．4507ＵNSS3274０DP3W0.03７30．2723942.5第2章 双相不锈钢的焊接2。
1双相不锈钢的焊接材料及选用21．１双相不锈钢的焊接材料双相不锈钢的焊接材料列入标准的不多,目前国内外已开发出各种双相不锈钢用的焊接材料,具体有电弧焊用焊条气体保护焊用实心焊丝和药芯焊丝埋弧焊用焊丝和焊剂、堆焊用焊丝和焊带等.表2-１所示为国外（以瑞典Saｎdvik公司为代表）常用双相不锈钢所采用的填充材料的牌号及典型的化学成分表２—１瑞典研制的双相不锈钢的焊接材料熔敷金属的化学成分（质量分数）【3】类别牌号CSiMnSｍaｘPmaxCrNｉMoN实芯焊丝２2.８．３.Ｌ051.6０．０250.0302393.20．１62５．1０4．Ｌ00２０.304259.５４.０0.25药芯焊丝22.9３ＬT0020.６１522.５9300.15焊条2２９.3ＬＲ≤080．8229３.00．1322.9．3Lb≤0．5０72５954．０0．2５2５．1０4LB≤０８２293．０0.1５2５．10４ＬB≤0.０４050.7259．54２52.12对焊缝金属的要求尽管说双相不锈钢是由奥氏体－铁素体这两相组成,但实际上，一般来说,焊缝金属并不是各占一半，而是奥氏体占优势因为若铁素体占优势，铁素体组织晶粒粗大,部分铁素体会转变为二次奥氏体γ2。
因为,铁素体中C、Ｎ的溶解度低，将可能造成Cｒ的C、N化合物的析出，引起焊缝金属的脆化和耐腐蚀性下降但若焊缝金属中奥氏体含量过高,必须提高Ni含量,这样焊缝金属的结晶将是α→γ的转变,造成铁素体含量太低,焊缝金属的强度必然下降.又由于Ｃｒ、Mo在α、γ中的溶解度的不一样,Cr、Mo在α相的过分集中而易于析出脆性相.实践证明，双相不锈钢焊缝金属中有60％～７0％的奥氏体,具有优良的力学性能和耐腐蚀性.可以有效的防止C、N化合物和二次奥氏体γ2的析出，而提高韧性和耐腐蚀性及细化晶粒，由于大部分铁素体在冷却时间要转变为奥氏体，可以形成较细的亮相组织,提高焊缝金属的韧性和抗裂性由于奥氏体占优势，使得Cr、Mｏ、Ni等合金元素在两相中分配比例适当,避免两相成分差异太大.对于一些超级双相不锈钢，脆性的σ相析出比较敏感,奥氏体占优势可以有效地防止σ相析出２．1.3焊接材料的选用 在双相不锈钢研究初期,大多采用奥氏体焊接材料，如E３09ＳｉL、E3０9MoＬ/E316L等这种奥氏体焊缝金属基本上能满足一些双相不锈钢的需求，至今仍有应用但是,焊缝金属与母材在化学成分和组织上的差异，焊缝金属的强度比母材低,耐腐蚀性也不匹配[3]。
现在,国内外已研制出适应于各种双相不锈钢的焊接材料，其特点是焊缝金属组织为奥氏体占优势的铁素体—奥氏体双相组织,主要耐腐蚀元素(Cr、Mo等)含量与母材相当,从而保证焊缝金属与母材有相当的耐腐蚀性为了保证焊缝金属中奥氏体含量,通常都要提高其Ｎｉ和N的含量，也就是提高约2％~4%的镍当量在双相不锈钢母材中,一般都有一定的N 含量，在焊接材料中也应有一定的N含量,但一般不宜太高，否则会产生气孔因此，焊接材料的Nｉ含量比母材高就是一个主要差别由于双相不锈钢发展时间不长,各国和不同厂家对焊接材料的选用差别较大，表2-2所示为我国和瑞典等各国选用的与母材相匹配的双相不锈钢焊接材料.表2—2各类双相不锈钢焊接材料的选用【４】类型母材焊接方法AWＳ国内瑞典英国Cｒ1800Ｃr1８Nｉ５Mo3Si3RE６0TIGＭIGEＲ３0９MoLH０0Cr25Nｉｌ３Mo3—-H0０Cr2０Nｉl0Mｏ3焊条电弧焊E309MoLＥ30９ＭoL－—A02２Ｓi00Cr1８Ni6MoSiＮbTIGMIＧ－H00Ｃr18Nil4Mｏ２—－H00Cr20Ｎil0Mo6焊条电弧焊-E306l－-E３09MoLＣｒ22００Cｒ２1Ｎi5ＴiSＡF２304ＴIGＭＩGER2209－23。
７ＬER329N２28.３L焊条电弧焊Ｅ2209E2２０９2３8ＬR-E30９MoL2２９.3LR00Cr22Ni5Mｏ3NSAF25０7TＩGMＩGER2209H00Cr22Nｉ8Mｏ３N２2８．3LER329N焊条电弧焊ER２２09TE22092２.9．３LR220５XKS229.3LBＵLＴRAMET220５FCAWＥ2209Ｅ3０9MoＬ2２.９.３LTSＵPＥRCOＤE２205２5—９-2注：FＣAW－药芯焊丝电弧焊;Ｌ-焊丝；LR—钛型焊条；LＢ—碱性焊条；LＴ-药芯焊丝２．2 双相不锈钢的焊接方法22．１ 焊接方法的选择由于双相不锈钢自身的冶金特点，在选择焊接方法上应注意一下几点:１.焊接能量和层间温度过低的焊接线能量会使奥氏体的转变量减少,甚至于会抑制焊后冷却过程中的铁素体向奥氏体的转变，而得到单相铁素体组织,使其失去双相不锈钢的特点，使用性能大大降低.因此，激光焊、电子束焊和等离子焊等高能束焊不适于焊接双相不锈钢过高的焊接线能量会使焊缝金属及焊接热影响区过热区的晶粒粗大,韧性降低SMAW、ＴＩＧ、ＭＩG可用来焊接双相不锈钢为了获得双相不锈钢焊接接头的最佳性能，除合理地选用焊接材料外，还必须选择最佳的焊接线能量和层间温度，通常将焊缝金属的奥氏体含量控制在６0％~７0%.表2－3给出了三种典型的双相不锈钢推荐的最佳的焊接线能量和层间温度。
表2-３焊接线能量和层间温度【5】钢的牌号线能量／（ｋＪ／cｍ）层间温度/℃SAF23045～25<２5０ＳAF22055～2５<250SAF25072～1５<1502适宜采用多层焊,多道次,低熔合比.3适宜采用焊后热处理因为焊后热处理存在诸多困难，生产上难以实现.固溶处理的温度太高(1000℃～１０５０℃)，生产上难以实现另外，中温处理会导致脆化相析出,韧性和耐腐蚀性降低２．2.2双相不锈钢常用的焊接方法22．1 焊条电弧焊焊条电弧焊适用于全位置焊接对于双相不锈钢而言，钛型焊条比碱性焊条的焊接工艺性好,尤其是脱渣性好,这一点对多层焊很重要，可以提高效率和避免夹杂但是，钛型焊条比碱性焊条得到的焊缝金属的韧性较差.所以，对于焊件有低温性能要求时应采用碱性焊条2.2 钨极惰性气体保护焊 TＩG焊常用于根部焊道的焊接或自动焊接，也常用于薄板或管板接头的焊接TＩG 焊能够保证焊件有良好的力学性能，特别是低温脆性.一般TIＧ焊的熔敷效率较低，即使自动焊也如此ＴIG焊时应采用纯Ar或Aｒ+2％ N2作为保护气体.但V型坡口根部焊接且双面成型时，背面需用保护气体保护，且用Aｒ+５％Ｎ2作为保护气体.因为焊缝表面容易失Ｎ。
应当推荐使用Ar＋N２混合气体作为双相不锈钢TIG 焊的保护气体因为正如前面已经提到的那样，为了保证双相不锈钢焊缝金属中奥氏体占优势,焊缝金属的铬当量／镍当量之比应比母材小.若使用Aｒ＋Ｎ2混合气体，则可使焊缝金属增N，N是强奥氏体形成元素，焊缝金属增N就等于增大了镍当量,间接地达到了使铬当量／镍当量之比变小的目的实践证明，在保护气中加Ｎ2后,焊缝金属中的N含量和奥氏体含量都增加了,如表２－４所示：表２-4 焊缝金属中的Ｎ含量和奥氏体含变化【5】母材焊接材料保护气体焊缝金属中的N含量焊缝金属中的奥氏体含量SＡF250725.10.4L（ωＮ=0．25％）Ar0２3５５±４.5Ａｒ＋N23%0２7—Aｒ+N25％-67±4０Ar+N26%0．33－2．22．3 埋弧焊 埋弧焊可以用于双相不锈钢厚板的焊接,埋弧焊的问题是熔合比较大,可以通过调整坡口形式，正确的选用焊接线能量以及层间温度，对熔合比加以控制.若厚壁件的焊接，前几道由于熔合比较大，焊缝金属铁素体含量可能太大，加之冷却速度慢,晶粒粗大，有可能使焊缝金属和焊接热影响区发生脆化这一点可以用调整焊接材料,即前几道熔合比较大时，采用镍当量稍大的焊接材料.2.2.3多层焊和工艺焊缝 采用WMＡW法进行多层焊时，由于后道对前道的热处理作用，焊缝金属中的铁素体会进一步转变成奥氏体，成为以奥氏体占优势的两相组织；毗邻焊缝的焊接热影响区组织中的奥氏体含量也会由于多次加热而增多,从而使整个焊接接头的组织和性能显著改善。
但是，若是多次加热到中温区，引起脆性相析出，也可能发生脆化 由于上述原因，我们可以在焊完之后再熔敷一道工艺焊缝，以便对最后一道焊缝及其焊接热影响区进行一次热处理，以利于改善组织和提高性能工艺焊缝最后可以经过加工去除2.４几种双相不锈钢焊接接头的性能①耐点蚀性能双相不锈钢的点蚀率显著低于奥氏体不锈钢304Ｌ及３１6L随着双相不锈钢含铬量的提高，点蚀率下降各钢种焊接接头的点蚀率与母材基本一致焊缝金属和焊接热影响区未出现集中腐蚀现象,但随着温度的升高,点蚀率增加②耐晶间腐蚀性能研究表明，00Cr2２Ni5Mｏ3N，０0Cr25Ni6Mo2N,00Cｒ２5Nｉ7WCuN三种钢均无晶间腐蚀发生00Ｃr1８Ni5Ｍｏ３Si２钢如果将相比例控制在各为５０％时，也无晶间腐蚀发生但当相比例发生变化，铁素体含量达到70%时,焊接接头将发生晶间腐蚀,但也只有1~2个晶粒的深度③耐缝隙腐蚀性能 研究表明，0０Cｒ22Nｉ5Mo３N钢和00Cr2５Ni7WCuＮ钢在焊缝及焊接热影响区均未发现集中腐蚀现象，耐缝隙腐蚀性能良好④耐应力腐蚀性能 双相不锈钢耐应力腐蚀性能是与其主要相组成铁素体与奥氏体的平衡比例、分布状态以及晶粒大小密切相关。
在相比例相同条件下,细晶粒组织以及无方向性的第二相弥散分布也是提高耐应力腐蚀性能的重要条件研究表明，双相不锈钢耐应力腐蚀性能较好２．３ 双相不锈钢的焊接工艺要点 从前面的分析可知，双相不锈钢（A－F型)的焊接要遵守一定的焊接工艺,关键的一点是要会在焊接热影响区形成过多粗大的晶粒及析出氮化铬等析出物应在焊接材料的选择及焊接方法和焊接条件的配合上,使得焊缝金属中δ铁素体含量达到30%～4０％，否则,也应使其焊缝金属及焊接热影响区的δ铁素体含量在7０%以下，不然的话,易于产生冷裂纹【6】焊接含氮的双相不锈钢的要点如下：1. 填充金属应当用氮合金化,并且适当添加Ｎi含量表2-5所示为含氮双相不锈钢焊缝金属中的δ铁素体含量、化学成分和力学性能表 ２-5焊缝金属中的δ铁素体含量、化学成分和力学性能【6】编号δ铁素体含量(％)焊接方法力学性能化学成分（质量分数%）σ0.２／ＭPaσb／MPaδ５（％)Ak/JCCrＮｉMoＮ其他１1７～2３SMAW６2７786２３.６630034208３9.１52.７10.15－22９～36SＭＡＷ６2279２23159０．０362２.２１8812.82013－３４３~4５SMAW64４808２2。
646０03422．79８.2１2．８４０13—428～３7GMAW６0８809268９80．0３７2２.5２8513.03014-527～36SMＡW698８92320４０0.０4826.047．442．070．33Mn4５０ 注:ＳMＡW线能量９～１1kJ/cm；GＭＡＷ线能量20～22 kJ/ｃm,Aｒ+２.５%CＯ2，不预热，层间温度１00～150℃２.焊接时，焊缝金属和焊接热影响区过热区的冷却时间t不能太短应根据板厚选择合适的焊接线能量，厚板的焊接线能量应大些,薄板的焊接线能量应小些.3.不加填充金属的焊接应予避免，因为焊缝金属中易产生高δ铁素体含量如果焊接热影响区较窄,而且晶粒细小，δ铁素体含量也不高,其抗腐蚀性及韧性应当较好5．应当使富Ｎi的填充金属与低Ni的母材的熔合比小，以避免焊缝金属含Ni量过低，δ铁素体含量太高，熔合比以低于35％为好6．焊接材料要按规定烘干和保存7.要避免焊缝金属扩散氢含量过高，以免诱发冷裂纹.8.一般不需要预热，对厚大件可预热到１０0～１5０℃9.厚度小于12mm的焊件，层间温度不能大于15０℃，厚度大于1２mm的焊件，层间温度不能大于180℃。
1０．焊件一般不需要固溶退火１１.应在焊接过程中检测铁素体含量,以便控制之.12．不可在母材或焊缝金属上引弧因为引弧区冷却速度太大,易导致引弧区铁素体含量太高，易超过80％易导致引弧区抗腐蚀性降低13.非合金钢或低合金钢与双相不锈钢焊接可采用双相不锈钢的填充金属奥氏体钢与双相不锈钢焊接也可采用双相不锈钢的填充金属4双相不锈钢焊缝金属的力学性能 由前所知，δ铁素体含量为30％时,可获得令人满意的力学性能，并具有良好的抗腐蚀性当加入Mn,并将N提高到w 0.３５％左右时,屈服强度可提高到7００MPａ为了防止长期工作产生475℃脆化,双相不锈钢和焊件的工作温度应在２８0℃以下ﻩﻬ第3章 SAＦ2205双相不锈钢的焊接3.1 SAF２20５双相不锈钢的概述 SAF2２05双相不锈钢是中合金双相不锈钢，它是瑞典的牌号，美国的牌号是UNS S31803，我国的牌号是0０Cｒ２2Ni5Mo3N，法国的牌号是UR ４5N,日本的牌号是DP８其化学成分及力学性能分别见表3—１和3—2表3—1 ０0Ｃｒ２2Ｎi５Mo３Ｎ双相不锈钢的化学成分(质量分数）【7】钢种CmａｘSiＭnPmａxSmaｘCｒＮiMoN00Ｃr2２Ｎi5Ｍｏ3Ｎ0.031．01.00．0３50．0３21~2３5.5～６．5２.5～3．5加SＡF22050。
0310２．0０.0３0．02225１8W—Nr1．446２00３1.０２．000２２１~2３4．5~６．52.5~3.50.08～0２0表3-2 00Cr２2Ni5Ｍo３N双相不锈钢的室温力学性能【7】钢种规格／mｍσb/MPaσ０．２/MPaδ5(％)Aｋ/J硬度０0Cr22Ｎi５Ｍｏ3NФ2０棒材≧680≧4５0≧25≧150约２0HRCSＡF2205壁厚≦２0管材6８0～8８０≧450≧25—约２6０HV毛坯厚≦200锻材６80~８8０≧410≧2５—约260HＶ 其力学性能与钢板的回火温度有关,回火温度越高，强度越低回火温度为6０0℃时，屈服强度为400MＰa,抗拉强度为6５０MPａa图3—１ ２205双相不锈钢的金相组织图【8】 图3-1所示为2205双相不锈钢的金相组织(腐蚀剂30gKOH+30gＫＦｅ(CN）6+10０mlHＯ），双相不锈钢的金相组织由铁素体（黑色)和奥氏体(白色）二相组成，具有体积分数大体相等的特征 氮在强化2205双相不锈钢中起着重要的作用，但当氮的含量超过ω02%时，由于氮的间隙固溶强化使得奥氏体的强度大于铁素体增加铁素体的含量,会导致冲击韧性降低,也导致氮在铁素体中的析出，生成氮化铬,因为氮在铁素体中比在奥氏体中的溶解度低。
冷加工能降低2２05双相不锈钢的冲击韧性，提高脆性转变温度而在2８０℃～３５０℃区间过度时效也会导致韧性降低 近年来，双相不锈钢应用范围迅速扩大,目前，双相不锈钢主要应用在海水等含氯离子腐蚀的环境,在石油化工、近海工程、船舶建设等领域正在不断推广应用国际上一些主要技术标准对SAF2205双相不锈钢焊缝金属冲击功的要求见表3-３.表3—3 2205双相不锈钢焊缝金属冲击功的要求【8】技术标准试验温度/℃Akｖ/JDNＶ（制造业）-20≥2７ＳPIE－ＣAPAG—20≥40NAM/NL-20≥4１NORSOＫ／N－46≥２７SHELL/UＫ-50≥2732 ＳAF2２05双相不锈钢的焊接特点 ＳＡF220５双相不锈钢在焊接过程中,最为突出的问题是热循环对焊接接头微观组织及其塑性、韧性和抗腐蚀性的影响 与奥氏体不锈钢的焊接相比，SAF220５双相不锈钢的焊接对污染更敏感,因此在焊接前要对材料严格清理焊接坡口常采用机械加工的方法,而一般不选择砂轮打磨的方法 与奥氏体不锈钢相比，SAＦ22０5双相不锈钢热导率大,线胀系数小，又包含两种组织，因此热裂倾向和变形小；与低合金高强钢相比，其组织中含有约5０％的奥氏体，因此其冷裂纹倾向较小。
从总体上看,SAF２２05双相不锈钢的焊接性良好. 一般情况下,焊接双相不锈钢不需要进行预热，因此焊接热影响区的冷却速度就不会受影响而境地太快当冷却速度过快，焊接热影响区的铁素体含量增加太大时，这时最好进行预热与奥氏体不锈钢相比，双相不锈钢的导热性良好，热膨胀系数较低，因此其产生的残余应力不会很大，抗热裂纹性显著提高，故双相不锈钢不怕用大的线能量进行焊接，层间温度可高达15０℃ 焊后可以不用进行热处理,因为在300~１０00℃时双相不锈钢很敏感在30０～700℃进行消除应力处理时可能导致析出σ相并产生475℃脆化现象，从而导致耐腐蚀性和韧性降低；在700~1００0℃进行应力消除处理时，金属间会析出化合物，也会导致耐腐蚀性和韧性的降低3 SAF2205双相不锈钢的焊接技术1.焊接方法和焊接材料的选择一般用于奥氏体不锈钢的焊接方法，如焊条电弧焊,TIG焊和ＭIＧ焊等，都可用于双相不锈钢的焊接双相钢焊接材料的含镍（或氮）量要比母材含镍(或氮)量高,以保证焊缝金属中的奥氏体占主要成分,焊缝金属中的铁素体的含量最好控制在30%～45％2.焊接参数的选择焊接线能量不宜太大或也不宜太小，最好选择在5～25Kj/cm范围内的，焊件厚度决定其具体大小。
焊接时一般不需要进行预热，但是有些时候的层间温度要控制，如多层多道焊的焊接就需要控制层间温度.３.焊接熔池及背面的保护为提高焊缝的耐腐蚀性在进行气体保护焊时可以在保护气体中加氮，而为了保证焊接质量则必须进行有效的背面保护措施一定要保证保护气体的纯度不背离工艺要求.４.定位焊缝定位焊接时,定位焊缝不可过长也不可过短，一定要确保焊接建立起平衡,这样焊缝冷却就不会太快，铁素体含量就不会过高、韧性不会过低因此，采用定位焊时，最好规定定位焊缝的最短长度.并且尽可能的采用较大的线能量来对定位焊缝进行焊接焊接过程材料的保护材料表面的引弧和弧击，是一个很短的高温过程，冷却速度非常快,铁素体的含量非常之高应全力避免这种对焊接裂纹和腐蚀很敏感的组织.如果不可避免则一定要用细砂轮去除干净.现场焊接过程中材料的保护非常重要,应避免碳钢,铜，低熔点金属或其他杂质对不锈钢的污染不锈钢和碳钢应分开存放并分别进行焊接焊接和切割过程中需要一直采取措施来防止飞溅、击弧、渗碳、局部过热等[8］4 SAF2205双相不锈钢的焊接方法３4.１ ＳＡF22０5双相不锈钢焊接方法概述 ＳＡF２205双相不锈钢可以采用TＩG焊、ＭIＧ焊、SAW焊、ＳＭAＷ焊的焊接方法进行焊接。
用酸性焊条根部达不到设计对焊缝冲击韧度的要求,用碱性焊条则勉强能达到设计要求，钨极氩弧焊—４0℃焊缝冲击值最高,达到170J以上,埋弧自动焊—40℃冲击值则在1０0J以上，也有相当的裕量，但埋弧自动焊的效率与成本的优点是钨极氩弧焊无法比拟的.３4.2 ２205双相不锈钢的焊条电弧焊３１焊接性 双相不锈钢22０5具有良好的焊接性，热裂纹和焊接冷裂纹的敏感性都较小.一般情况下焊前不必预热,焊后也不进行热处理由于有较高的氮含量,因此热影响区的单相铁素体化倾向较小，当选择合适的焊接材料时,并合理控制焊接线能量，就可以获得具有良好的综合性能的焊接接头1．焊接冷裂纹奥氏体含量高于50%的2205双相不锈钢，焊接冷热裂纹倾向非常小,淬透性也是非常小的焊接热裂纹相比奥氏体不锈钢,双相不锈钢的焊接热裂纹的敏感性要小得多3.热影响区脆化２205双相不锈钢的焊接接缝不存在大的问题,热影响区的问题则较大因为在焊接热循环,该热影响区中的非平衡状态，冷却的冷却速度快并总是保留更多的铁素体，相比单相奥氏体不锈钢，敏感性较大和脆化腐蚀倾向比较敏感.４4７5℃脆化.2205双相不锈钢通常含有５0％左右的铁素体，同样也存在47５℃脆性，但相比铁素体不锈钢则不是那样的敏感。
焊接时为了减少σ相脆化和47５℃脆化，应进行9８0℃固熔处理,获得奥氏体-铁素体双相组织的不锈钢２焊接材料选用ＡWＳ Ｅ2209焊条,其化学成分及力学性能分别见表3-4和3—５建议线能量为１0～2５KJ／cm,层间温度控制在150℃以下表３-4熔敷金属化学成分(质量分数）【9】CSiＭnSＰCrNiＭｏN铁素体含量0０２０.８00．8０0.00200142３503．0００173０表3-５熔敷金属力学性能【9】σ02／MPaσb/MPaδ5（%) 温度 0℃-40℃7００850335540３3接头形式接头形式：对接；坡口形式：V形；钝边：0～０．５mm；坡口角度：7０°；间隙２．8～3.２mm；错边：0~0．5ｍｍ；余高：＜２mm；盖面焊缝宽度:比坡口宽度每侧增加0 3.44焊接参数焊条电弧焊的焊接参数如表3－6所示:表3－6焊条电弧焊焊接参数［9］焊条直径/mm极性焊接电流/A电弧电压/V焊接速度／(cｍ／mｉn)线能量/（kJ/cm）25DEＣP７0～110２0～228０~1200.8~1.５3２５DECＰ80～1102２～２４80～1200.８~１。
5325ＤEＣP80～11０２2～２580～100０54.0DECＰ150～16026~28180~22０~3．45焊接接头中铁素体和奥氏体相比例的影响因素焊接接头中铁素体和奥氏体的平衡关系受到钢中合金元素含量的影响,又受到填充金属、焊接热循环、保护气体的影响1.合金元素的影响研究发现,母材中含氮是很有用的氮在保证焊缝金属和焊后热影响区内形成足够量的奥氏体方面具有重要作用氮和镍一样是形成奥氏体和扩大奥氏体的元素，但是,氮的能力远超镍在高温下,氮稳定奥氏体的能力也比镍大,可防止焊后出现单相铁素体，并能阻止有害金属间化合物相的析出.由于焊接热循环的作用,自熔焊或填充金属成分与母材相同时，焊缝金属的铁素体含量急剧增加，甚至出现纯铁素体组织为了抑制焊缝中铁素体的过量增加,采用奥氏体占优势的焊缝金属是双相不锈钢的焊接之必需一般采取在焊接材料中提高镍或是加氮这两条途径通常镍的含量比母材高出2%~４％用含氮的填充材料比只提高镍的填充材料效果更好，两种元素都可以增加奥氏体相比例并使其稳定，但加氮不仅能减缓金属间化合物相的析出，而且还可提高焊缝金属的强度和耐腐蚀性能目前，填充材料一般都是在提高镍的基础上,再加入与母材含量相当的氮。
对于双相不锈钢2２０5，钨极氩弧焊选用ER2209焊丝,焊焊条电弧焊选用Aves－ta２2０５ＡC/DC焊条是可以满足对焊接材料要求的双相不锈钢220５及焊接材料在合金元素上的这些特点,为焊接参数即焊接线能量的选择提供了一定的范围，这对焊接时非常有利的2.焊接热循环的影响双相不锈钢焊接的最大特点是焊接热循环对焊接接头内的组织有影响,无论焊缝还是热影响区都会有相变发生，这对焊接接头的性能有很大的影响因此，多层多道焊是有益的，后续焊道对前层焊道有热处理作用,焊缝金属中的铁素体进一步转变为奥氏体,成为以奥氏体占优势的两相组织；热影响区过热区中的奥氏体相也相应增多，且能细化铁素体晶粒，减少碳化物和氮化物从晶内和晶界析出,从而使整个焊接接头的组织和性能显著改善也正是由于焊接热循环的影响,双相不锈钢焊接时要求与介质接触的焊道应先焊接，这一点与奥氏体不锈钢焊接顺序的要求恰恰相反表3－7焊条电弧焊焊接接头铁素体含量及性能【1０】铁素体含量（%）σb／MPａ弯曲试验Ａkv／JＨV平均腐蚀速度/mｇdｍ—2d—1焊缝表层焊缝内部HAZ母材3４．229．5337４9.7７71180度不限９６２43４.５4７9表3－7中的数据明显的说明了焊接热循环的这种作用。
由于焊接热循环能够增加奥氏体的含量，因此，焊缝内部因受到后续焊道的热作用而提高了奥氏体的含量,降低了铁素体的含量同样,由于焊接过程中热循环的作用,也提高了奥氏体的含量.３.焊接参数的影响 焊接参数即焊接线能量对双相组织的平衡也起着重要的作用由于双相不锈钢在高温下是100％的铁素体，若线能量过小,热影响区冷却速度快，奥氏体来不及析出，过量的铁素体就会在室温下保持下来若线能量过大,冷却速度太慢,尽管可以获得足量的奥氏体，但也会引起热影响区得铁素体晶粒长大以及σ相等有害金属间化合物相的析出,造成接头脆化为了避免上述情况的发生，最佳的措施是控制焊接线能量和层间温度,并使用奥氏体形成匀速高于母材的填充金属保护气体的影响 钨极氩弧焊时,可在氩气中加入２％氮气，防止焊缝表面因扩散而损失氧,有助于铁素体与奥氏体的平衡.3.4.３ 2２05双相不锈钢的埋弧焊3３．1 22０5双相不锈钢的埋弧焊的焊接材料埋弧焊丝选用AＶＥSＴA2２０5Ф3．２mm，配套焊剂为AVESTA805其熔敷金属的化学成分和力学性能见表3-8和表3—９表3－8 AVＥSTＡ２20５/ AVEＳＴＡ８05熔敷金属化学成分(质量分数)【11】 CSiMnＳPＣｒNiＭoＮ铁素体含量（体积分数）0．0280.7３０。
6５0.0020．０１４２3543.260.１74２表3-9 AＶＥＳTA220５/ ＡVESＴA80５熔敷金属力学性能【11】σ０2/MPaσb/ＭP。
