双相不锈钢水下焊接

1、双相不锈钢水下焊接关键词：双相不锈钢；水下焊接摘要：目前的工作是研究双相不锈钢在水下环境中的可焊性。对该种不锈钢的水下焊接的研究是源于水下修复技术的必要性，这是因为在近海石油天然气工业中海底管道的广泛应用。在本文的研究中采用局部干法MIG焊接。焊道设置在水下0.5m深以及空气中。进行了焊缝的金相测试，微观结构中的铁素体含量测试以及硬度测试。研究表明利用水下局部干法MIG焊接双相不锈钢可以获得好的可焊性。简介水下工程中越来越多的使用高强结构钢材料。尤其是双相不锈钢，铁素体奥氏体不锈钢，这种材料用于近海工业以及石油天然气管道和海洋运输业。这种材料在相互力作用以及高压下表现出良好的耐腐蚀和抗断裂性能

2、，因此用于酸性烃环境下。尽管双相钢应用广泛，但是在水下环境中的接头结构和性能研究尚少。水下焊接在紧急情况和近海工程中是必须的。目前，这种焊接方法由船级社管理。规定允许高压焊接方法GMA和GTAW。别的焊接方法由船设的附加规定所定义。海底缆线的损坏是由多方面的原因引起的。通常是由于腐蚀过程，从不稳定的表面或者受到碰撞的区域开始，沿着锚或者船体相撞的地方开裂。浅水区的管道修复可由潜水员完成，但是这些工作通常较危险且效率低。在挪威大陆架，浅水员可以潜入180米深，然而管道安放在2500m深。因此这类的修复工作必须由机器人以及远程控制器完成。有很多种方式修复受损管道，但是焊接是最有效且最常使用的方法。

3、和湿法焊接相比，干法高压焊接可以排除水的影响，但是压力的增大对于电弧稳定性有不良影响。高压使得电弧长度减短，这就有必要提高焊接电压。、高压焊接需要特制的腔室以及设备，这就使得该种焊接方法比湿法焊接成本高。目前更多的是在关注水下管道焊接的自动化过程以及大型漂浮结构。这些研究致力于提高视觉系统以提高接头的质量和形貌。局部干法高压焊接是高压焊接中的一种比较合适的方式。这种焊接方法在保护气的作用下使得焊接电弧、焊接工件与水隔离。局部干法焊接可以使用半自动或者全自动的GMA焊机。在局部干法焊接中冷却状况和气体中焊接一样。氢扩散性测试表明，焊缝中的氢含量从5-21ml/100不等，这取决于焊接参数，尤其是

4、保护气流量。局部干法焊接的性能优于湿法焊接，并且已经达到200m的深度等级。最主要的缺陷是没法观测焊接过程。双相不锈钢的电弧焊可能给焊缝和焊接热影响区带来不利的影响。在焊接过程中热影响区的温度可以使得金属全为铁素体。在奥氏体相变冷却之前。铁素体转变为奥氏体的长度取决于钢的成分和焊接过程。含Ni和N越多冷却速度越慢越促进转变发生。当冷却速度很快时，铁素体能够保持高含量。焊缝区和热影响区的铁素体含量可以达到25-70%，达到最佳的机械性能和抗腐蚀性能。双相不锈钢的水下焊接中冷却速度过大，因而影响焊缝区和热影响区的铁素体形成。快速冷却导致热影响区铁素体含量的增加。铁素体相中氢的含量可能上升。本文研究

5、了采用局部干法焊接时双相不锈钢焊接接头的性能。本研究对于双相不锈钢在水下和空气中采用同的焊接参数。研究应该说明水环境以及快的冷却速度是如何影响接头结构和性能的。实验焊接实验采用12mmUR45N双相不锈钢。采用AWS所规定的焊丝，直径为1.2mm。保护气为99.98%的保护气。钢板和焊丝成分如下表所示。焊接在0.5m水深下进行，忽略压力对焊接过程的影响。在水下环境以及空气环境中采用GMA进行堆焊。在两种情形下都采用较小的焊接热输入。堆焊采用合适的电流电压比值以及一些固定参数比如焊接速度。焊接参数见表2。宏观切片测试表明低热输入的焊缝，水下焊接的焊缝相比较空气中的焊缝荣宽窄熔深大。可以在高焊接电

6、压和低的焊接电流下，电弧燃烧稳定。在双相焊缝金属凝固时几乎都形成铁素体结构。继续冷却将在铁素体边界形核。堆焊的微观结构表明，树枝晶垂直于融合线生长。基体中沉淀了大量的奥氏体。高的冷却速度可以降低焊缝中的奥氏体含量。这个规律是在空气环境下进行不同的热输入实验发现的，如图3（a）。所有结构都是相似的。越低的冷却速度可以出现更多的球状结构，并且热量传导方向不定。热输入量的影响可以在水下焊接环境中观察到。和空气中焊接相比，水下焊接时得到的奥氏体颗粒更加细小，如图3（b）。减少了向的转变时间。低的热输入可以获得细小的奥氏体。热影响区的性能可以由焊缝来判断。图4表明在水下和空气中焊缝的热影响区差距不大。微

7、观结构中，层状奥氏体周围含有等轴晶体，大的铁素体颗粒。在所有样品中，铁素体结构都靠近融合线附近。这些区域的宽度不超过40微米，如图5。使用电脑软件来分析热影响区的铁素体含量和基体金属含量。双相基体含量为47%。铁素体含量达到52-57%。最高的57%的含量是在水下低热输入的样品W1中发现的。这项发现证明了冷却速度降低减少了向的转变时间。高的热输入使得焊缝的铁素体含量降到53%。空气中的堆焊含有52%的铁素体。铁素体含量的不同也和所用材料的成分不同。硬度测试表明水下焊接和空气中焊接质量相同。铁素体和奥氏体含量细微的差距并不影响硬度。结论研究表明，结构的问题并不影响水下焊接质量，不过在仅是在浅水区进行的实验。研究也证明了局部干法水下焊接的有效性。 具体的研究发现如下：1）2205双相不锈钢的水下局部干法焊接和空气中焊接可以得到相似的微观结构和性能。2）水下环境的散热影响和空气中相比并没有引起焊缝以及热影响区铁素体的明显增加。3）在水下焊接中，不同的热输入下可以观察到焊缝中铁素体组织不同。焊接热输入越小铁素体颗粒越