双相钢焊接工艺

双相钢介绍:所谓双相不锈钢是在其固淬组织中铁素体相与奥氏体相各占一半，一般最少相的含量也许要达到30%。由于两相组织的特点，通过正确控制化学成分和热处理工艺，使DSS兼有铁素体不锈钢和奥氏体不锈钢的优点。1、与奥氏体不锈钢相比，双相不锈钢的优势如下：（1）屈服强度比普通奥氏体不锈钢高一倍多，且具有成型需要的足够的塑韧性。采用双相不锈钢制造储罐或压力容器的壁厚要比常用的奥氏体减少30-50%，有利于降低成本。（2）具有优异的耐应力腐蚀破裂的能力，即使是含合金量最低的双相不锈钢也有比奥氏体不锈钢更高的耐应力腐蚀破裂的能力，尤其在含氯离子的环境中。应力腐蚀是普通奥氏体不锈钢难以解决的突出问题。（3）在许多介质中应用最普遍的2205双相不锈钢的耐腐蚀性优于普通的316L奥氏体不锈钢，而超级双相不锈钢具有极高的耐腐蚀性，再一些介质中，如醋酸，甲酸等甚至可以取代高合金奥氏体不锈钢，乃至耐蚀合金。（4）具有良好的耐局部腐蚀性能，与合金含量相当的奥氏体不锈钢相比，它的耐磨损腐蚀和疲劳腐蚀性能都优于奥氏体不锈钢。（5）比奥氏体不锈钢的线膨胀系数低，和碳钢接近，适合与碳钢连接，具有重要的工程意义，如生产复合板或衬里等。（6）不论在动载或静载条件下，比奥氏体不锈钢具有更高的能量吸收能力，这对结构件应付突发事故如冲撞，爆炸等，双相不锈钢优势明显，有实际应用价值。与奥氏体不锈钢相比，双相不锈钢的弱势如下：（1）应用的普遍性与多面性不如奥氏体不锈钢，例如其使用温度必须控制在250摄氏度以下。（2）其塑韧性较奥氏体不锈钢低，冷，热加工工艺和成型性能不如奥氏体不锈钢。（3）存在中温脆性区，需要严格控制热处理和焊接的工艺制度，以避免有害相的出现，损害性能。2、与铁素体不锈钢相比，双相不锈钢的优势如下：（1）综合力学性能比铁素体不锈钢好，尤其是塑韧性，不象铁素体不锈钢那样对脆性敏感。（2）除耐应力腐蚀性能外，其他耐局部腐蚀性能都优于铁素体不锈钢。（3）冷加工工艺性能和冷成型性能远优于铁素体不锈钢。（4）焊接性能也远优于铁素体不锈钢，一般焊前不需预热，焊后不需热处理。（5）应用范围较铁素体不锈钢宽。与铁素体不锈钢相比，双相不锈钢的弱势如下：合金元素含量高，价格相对高，一般铁素体不含镍。

双相不锈钢2205具有良好的焊接性，焊接冷裂纹和热裂纹的敏感性都较小。通常焊前不预热，焊后不热处理。由于有较高的氮含量，热影响区的单相铁素体化倾向较小，当焊接材料选择合理，焊接线能量控制适当时，焊接接头具有良好的综合性能。热裂纹的敏感性比奥氏体不锈钢小得多。这是由于含镍量不高,易形成低熔点共晶的杂质极少,不易产生低熔点液膜。另外，晶粒在高温下没有急剧长大的危险。双相不锈钢焊接的主要问题不在焊缝,而在热影响区。因为在焊接热循环作用下，热影响区处于快冷非平衡态，冷却后总是保留更多的铁素体，从而增大了腐蚀倾向和氢致裂纹(脆化)的敏感性。对于双相不锈钢2205,钨极氩弧焊可选用Sandvik22.8.3.L(ER2209)焊丝，焊条电弧焊可选用Avesta2205AC/DC焊条。焊接工艺通常应规定出焊接线能量范围和最高的层间温度。建议线能量为110〜215kJ/mm,层间温度控制在150°C以下。工程实践证明:采用Sandvik22.8.3.L焊丝和Avesta2205AC/DC焊条，运用氩弧焊打底、焊条电弧焊罩面的焊接方法，控制适中的焊接线能量，是获得平衡的双相组织的关键,是焊接接头的力学性能和耐蚀性能得到保证的关键。§§超级双相钢的焊接工艺焊丝用ER2209AWSSFA5.9，焊条用E2209-17AWSSFA5.4氩弧焊打底+手工电弧焊采用小电流，轻微摆动，多层多道焊接，层间温度小于150现在有专用超级双相不锈钢焊条：中国钢铁研究总院：E25-5-3;E25-11-3;E25-9-2等；英国曼彻特(METRODE):E2594MLR;E2593CuNLR等;瑞典山特维克(SANDVIK):25.10.4LR;25.10.4LB等双相不锈钢概述

TOC\o"1-5"\h\z双相不锈钢母材化学成分钢种CmaxSimaxMnmaxSmaxPmaxCrNiMoN22050.031.02.00.020.03825070.020.03525740.3双相不锈钢的屈服强度是普通不锈钢的2倍，抗［wiki］腐蚀［/wiki］性能（特别是在腐蚀性介质中）明显优于普通不锈钢。2.0编制依据2.1现场［wiki］设备［/wiki］、工业管道焊接工程施工及验收规范GB50236-982.2Kvaernar关于双相不锈钢的规范420177-132-SPC-009材质22052.2Kvaernar关于双相不锈钢的规范420177-132-SPC-009材质22052507单元延长米寸数延长米B区氧化单元5004000C区主管廊单元100150D区干燥机及过滤机单元603.0工程实物量4.0焊接工艺寸数1384004.1焊接方法双相不锈钢全部采用GTAV焊接，直流正极性。4.2焊接设备焊机采用高频引弧焊机，焊炬使用大喷嘴（16mm）。4.3焊接材料焊接材料的化学成分母材焊接母材焊接方法填充材料典型化学成分maxSiMnSPCr2205GTAWER329NNiMoN背面：背面：Ar97.5+N2.5%正面：Ar99.9%。2507GTAW25.10.4L0.020.02251040.25焊接保护气的采用5.0焊接中可能出现的问题5.1焊接热影响区（HAZ）存在高温区和低温区。低温区基本处于5+y（铁素体+奥氏体）平衡组织，而高温区几乎为单相8组织。因为焊缝根部和表面N的扩散，导致靠近焊缝表面的部位，由于N的损失，铁素体增加，从而促进氮化物的产生，使焊接接头性能恶化。5.2焊接采用高线能量时，可以得到较多的y相，铁素体含量低会促进o相产生，所以容易产生o相和粗晶组织。5.3线能量较低时，得不到足够的Y相，如果焊缝金属中8相过多，N很容易与Cr容易形成化合物，而且析出二次Y变为针状和羽毛状，具有魏氏体组织特性，导致焊接接头力学性能和耐腐蚀性能下降。5.4双相钢一般不会产生g相，但如果焊接线能量较高，导致，使焊接接头塑韧性大幅度下降。6.0焊接措施6.1尽量采用多层焊，因为后续焊道对前层焊道有热处理作用，焊缝中的5相进一步转化为Y相，使焊接接头的组织和性能显著改善；而最后一道焊缝处于非工作介质面，因此对焊接接头影响不大。6.2焊接保护气正面采用99.9%保护，背面采用纯Ar+5%的保护气。因为焊接根部保护气体中加氮气增加焊缝金属含氮量，由于采用多层焊工艺，焊接材料中含N量与母材相当，而最后一道焊缝处于非工作介质面，因此对焊接接头影响不大。6.3采用合适的线能量焊接，使焊接接头得到足够的Y相，使Cr、Ni和Mo有足够的时间进行扩散。7.0焊接要求坡口加工管材切割后，采用砂轮机打磨出坡口，坡口角度为单边30°±2.5°，钝边0.5—1.5mm。加工坡口不允许使母材产生过热变色。坡口及焊丝清理坡口及其两侧各25mm以内的内外表面进行清理，清理程序如下：磨光机打磨—丙酮（或无水乙醇）清洗。清洗后不能直接进行焊接作业，待坡口端面晾干后方可以作业。焊丝也用沾丙酮（或无水乙醇）的海绵擦拭干净。管道焊接施工前，应根据焊接工艺评定编制焊接作业指导书，焊工应按指定的焊接作业指导书施焊。焊工必须持证上岗，不能从事双相不锈钢焊接2008-09-0215:28来源:作者：caishilin网友评论0条浏览次数1转入论坛浏览双相不锈钢焊接概述双相不锈钢焊接概述双向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，理想的双相不锈钢的组织是铁素体和奥氏体组织正好分别占50％，一般量少相的含量也需要达到30％。双向不锈钢的性能特点⑴通过正确的控制化学成分和热处理工艺（奥氏体优良的韧性和焊接性，铁素体较高强度和耐氯化物应力腐蚀）优良的双向不锈钢。⑵不锈钢四大类a.铁素体不锈钢b.奥氏体不锈钢c.马氏体不锈钢d.双相不锈钢，其中双相不锈钢是其中一个重要的分支。⑶耐应力腐蚀远远超过18－8型奥氏体不锈钢，并具有良好的抗点蚀、缝隙腐蚀及晶间腐蚀能力，双相钢的强度约为普通奥氏体不锈钢的两倍，而材料的Ni含量仅为后者的1/2。⑷双相钢材料的焊接，因其铁素体及奥氏体的双相组织而兼有铁素体不锈钢及奥氏体不锈钢的焊接特点，不恰当的焊接材料及焊接工艺将导致双相钢焊接接头性能恶化。双相不锈钢的焊接特点⑴双相钢焊接主要问题及解决方法存在问题引起的后果解决的方法焊接属于再结晶温度促使铁素体晶粒长大材料塑性、韧性急剧下降a.小电流，快速焊，减少输入线能量减少热影响区的范围。严格控制层间温度＜100°C，严禁多层连续施焊，减少焊缝组织在中温区的停留时间。450°C〜850°C长时间停留，导致。相沿晶界析出。焊接接头有脆性倾向，耐局部腐蚀性能下降。350C〜525C长时间停留，会产生475脆性。焊接接头脆性大，机械性能恶化。⑵钨极氩弧焊焊接之前应要注意焊接坡口的清理，用丙酮对焊接区域进行擦拭。小电流，快速焊，输入热量应控制在0.2〜2.5KJ/mm（各工艺参数严格按焊接工艺就不会超出范围）层间温度最大为100C，对于多焊层焊缝，填充焊道的电弧能量不得高于打底时的能量。其目的是使头道焊缝中得到最多的奥氏体组分达到与铁素体组分之间的平衡，同时在后续焊道的再加热下，尽可能少的二次结晶或二次奥氏体化。最外层焊缝的热影响区因缺少外层焊缝的热处理作用，难以达到平衡的双相组织，因而在制定焊接工艺时尽可能使最后一道焊缝位于非工作介质面上。环缝引弧应在焊道内进行，纵焊缝引弧和收弧均必须在引弧板和熄弧板上进行。避免过多的焊丝横向摆动和过宽的熔池，以避免过大的电流和较高的残余应力。不论使用何种接头形式，钨极惰性气体保护焊时必须用保护气进行背面保护。由于保护气的密度比空气小，保护气应有底部进入，顶部排出。使用钨极惰性气体保护焊时，使用电弧前开始送气，电弧熄灭后，继续送气至少5秒。在使用氩弧焊时，应按照合适的长度和间隔进行定位焊。根部焊道不应从定位焊起焊。为了避免由于定位焊点导致根部焊道出现裂纹，焊工应在定位焊点前中断根部焊，在完全打磨掉该定位焊点后，继续根部焊。在定位焊和打底时，其背面要被氩气完全保护起来。当使用钨极惰性气体保护焊时，焊枪应与工件保持垂直，尽可能地避免空气混入保护气中。焊接金属、焊丝和电极应在任何时候保持干燥并存放在有盖地容器中。不允许补焊。⑶焊条电弧焊焊接之前应要注意焊接坡口的清理，用丙酮对焊接区域进行擦拭。小电流，快速焊，输入热量应控制在0.2〜2.5KJ/mm（各工艺参数严格按焊接工艺就不会超出范围）层间温度最大为100C，对于多焊层焊缝，填充焊道的电弧能量不得高于打底时的能量。最外层焊缝的热影响区因缺少外层焊缝的热处理作用，难以达到平衡的双相组织，因而在制定焊接工艺时尽可能使最后一道焊缝位于非工作介质面上。环缝引弧应在焊道内进行，纵焊缝引弧和收弧均必须在引弧板和熄弧板上进行。避免过多的焊条横向摆动和过宽的熔池，以避免过大的电流和较高的残余应力。手工电弧焊焊完之后，要等焊缝冷却下来之后再敲掉药皮，让焊缝在药皮的保护下冷却下来，防止氧化在使用焊条电弧焊时，应按照合适的长度和间隔进行定位焊。根部焊道不应从定位焊起焊。为了避免由于定位焊点导致根部焊道出现裂纹，焊工应在定位焊点前中断根部焊，在完全打磨掉该定位焊点后，继续根部焊。焊条应在任何时候保持干燥并存放在保温桶中，不允许焊条乱丢乱放。不允许补焊。双相不锈钢焊接方法1、采用80％氩气加20％二氧化碳气体保护进行半自动填充盖面焊接包括如下工艺步骤：选用的电源为松下KRII-350型二氧化碳焊机，电源极性为直流反接，熔池保护气体为80％氩气+20％二氧化碳，背保护气体为99.99％氩气，药芯焊丝为林肯Cor-A-RostaP4462O1.2,AWSA5.22：E2209T1-4；测量已打底热焊完毕的焊缝温度，保持层间温度W150°C；持证焊工进行填充焊接，电流为140-180安培，电压为23-29伏特，焊接速度为140-210毫米/分钟，熔池保护气体流量为15-20升/分钟，管内通氩气作背保护气体直至结束焊接或填充至10毫米厚，控制层间温度W150C；填充焊接完毕后进行盖面焊接，电流为130-160安培，电压为23-27伏特，焊接速度为170-230毫米/分钟，熔池保护气体流量为15-20升。2、采用99.99％氩气惰性气体保护，进行手工钨极氩弧焊打底焊接包括如下工艺步骤：选用的电源为松下TSP-300型手工/氩弧焊机，电源极性为直流正接，熔池保护气体为99.99％氩气，流量为10-18升/分钟，背保护气体为99.99％氩气，氩弧焊丝为林肯LNT446202.0，AWSA5.9：ER2209,钨极为钍钨极①2.4，ANSI/AWSA5.12-92，焊接位置为水平固定，壁厚为8-10毫米，接头形式为对接V型接口，坡口角度为60°±5°，钝边为0-1.5毫米，间隙为3-5毫米；将组对好的工件水平固定于焊架上，密封管口只留进出气口，管内通氩气作背保护气体3-5分钟，气体流量为5-10升/分钟；持证焊工进行打底焊接，电流为70-90安培，电压为11-13伏特，焊接速度为30-50毫米/分钟，继续通背保护气体；整圈焊完后进行第二层热焊，电流为105-150安培，电压为13-18伏特，焊接速度为75-130毫米/分钟，熔池保护气体流量为10-15升/分钟，控制层间温度W150C；(5)第二层焊完后，继续通背保护气体。双相不锈钢2205(00Cr22Ni5Mo3N,S31803)的化学成份%牌号CWMnWPWSWSiWNiCrMoN22050.0302.00.030.021.04.5-6.521-232.5-3.50.08-0.2双相不锈钢2205(00Cr22Ni5Mo3N,S31803)的机械性能牌号温度/状态屈服强度。b抗拉强度a0.2伸长率6M(ksi)3(ksi)标距2in或50mm(或4D),$2205的板70°C/退火75105352205的板200°C/退火50902205的板400°C/退火45802205的板2205的板600°C/退火4079双相不锈钢2205的用途：用于炼油,化肥,造纸,石油,化工等耐海水耐高温浓硝酸等的热交换器和冷淋器及器件。双相不锈钢的主要代表牌号DSS一般可分为四类：低合金型一代表牌号是UNSS32304(23Cr-4Ni-0.1N)PREN值24〜25中合金型一代表牌号是UNSS31803(22Cr-5Ni-3Mo-0.15N),PREN值32〜33高合金型一标准牌号有UNSS32550(25Cr-6Ni-3Mo-2Cu-0.2N),PREN值38〜39超级双相不锈钢型一标准牌号有UNSS32750(25Cr-7Ni-3.7Mo-0.3N),PREN值＞40(探PREN耐孔蚀指数PREN=Cr%+3.3XMo%+16XN%)低合金型UNSS32304不含钼，在耐应力腐蚀方面可代替AISI304或316使用.中合金型UNSS31803的耐蚀性能介于AISI316L和6%Mo+N奥氏体不锈钢之间.高合金型，一般含25%Cr,还含有钼和氮，有的还含有铜和钨，这类钢的耐蚀性能高于22%Cr的双相不锈钢.超级双相不锈钢型，含高钼和氮，有的也含钨和铜，可适用于苛刻的介质条件，具有良好的耐腐蚀与力学综合性能，可与超级奥氏体不锈钢相比美.代表牌号的主要化学成分双相不锈钢化学成分,%类型UNS牌号CCrNiMoCuN低合金型S32304W0.032340.05/0.20中合金型S31803W0.0322530.08/0.20中合金型S32205W0.0322530.14/0.20高合金型S325500.04256320.10/0.25超级DSSS32750W0.0325740.24/0.32从表中可以看出：S32205是由S31803派生出的钢种，在ASTMA240/240M-99a标准中是在1999年才纳标的，它的Cr、Mo和N元素的区间都比较窄，容易达到相的平衡(即两相约各占一半)，改善了钢的强度，耐腐蚀性和焊接性能，多用于性能要求较高和需要焊接的材料，如油气管线等.双相不锈钢的发展动向值得关注的是低合金含锰双相不锈钢的开发.近十年来有关国家如美国，南非等研究以锰代镍双相不锈钢的开发，但除铸件外，所开发的新钢种多具有介稳的奥氏体，藉冷变形后马氏体的转变提高强度，很难作焊接件使用，也很难适应某些环境，例如会产生应力腐蚀的环境，这样使用很局限.近年瑞典开发的低锰低镍双相不锈钢则比较成熟，目标明确，为了节镍以取代用途很广的304,甚至可能代替价格与304相当,目前使用并不广的2304双相不锈钢,具有实际推广的价值,值得注意.瑞典AvestaPolaritAB开发的LDX2101双相不锈钢(21.5%Cr,5%Mn,1.5%Ni,0.22%N),由于提高了钢中的氮,获得了稳定的奥氏体,相的平衡与组织稳定性都较好,对金属间相的析出不敏感,在析出最敏感的温度650°C，保温10h后的冲击值才降至50J，其组织稳定性较2205钢好。该钢的强度高，耐腐蚀性与304相当，可焊接，其寿命周期成本较奥氏体不锈钢低.LDX2101钢已进行工业试制，在AOD/CLU炉精炼后进行连铸，生产长材铸胚和板胚，只是目前尚未大量推广应用，鉴于它具有较好的综合性能，潜在的用途范围很宽，尤其用作结构件很有前途，例如可代替2205双相不锈钢用作桥梁结构，还可用制混凝土中的钢筋，解决在有氯离子污染环境中材料的腐蚀问题,此外，还可取代304和316钢制造容器、塔器、热水贮罐和加热器等。从世界不锈钢的消耗量来看,双相不锈钢只占很少的份额,它的价格还是较高的,从价格比来看:若304,304L为1,则316L为1.3,而2205则为1.6,说明要想增加双相不锈钢的市场份额,应当有更廉价的,能与应用最普遍的304(304L)钢相竞争的新钢种还是有价值的，当然这方面还有许多工作要做.值得一述的还有含锰超级双相不锈钢的开发,在德国开发了含25%Cr,6%Mn,6%Ni,3%Mo,2%W和〜0.5%N,还有Cu的高合金铸钢，该钢靠固溶强化，00.2可达到550MPa,比含0.15%N的类似钢种高出近70MPa,临界孔蚀温度(CPT)达到70C，耐磨损腐蚀性能好•在奥地利也开发了BOA920(26%Cr,7%Ni,3%Mn,4%Mo,0.35%N)超级双相不锈钢，PREN值达45,o0.2为〜600MPa,AK为100〜200J,适合用制小尺寸高速运转的部件•这两种钢目前还处于试验室阶段.这两种钢都是靠加入锰提高了氮的溶解度,由于合金含量高,组织稳定性相对较低,容易析出脆性相.[wujiu2003.09.12]双相不锈钢焊接工艺申请专利号CN03140209.7专利申请日2003.08.18名称双相不锈钢焊接工艺公开(公告)号CN1583347公开(公告)日2005.02.23类别作业；运输颁证日优先权申请(专利权)中国海洋石油南海西部公司;中国海洋石油总公司地址524047广东省湛江市坡头区11号信箱发明(设计)人张孺洪

国际申请国际公布进入国家日期专利代理机构湛江市三强专利事务所代理人庞爱英摘要一种双相不锈钢焊接工艺，米用99.99%氩气惰性气体保护，进行手工钨极氩弧焊打底焊接；米用80%氩气加20%二氧化碳气体保护进行半自动填充盖面焊接。本发明在焊接双相不锈钢时，可获得铁素体和奥氏体比例相对均衡的金相组织，经测定铁素体含量约在45-65%之间；焊接接头的机械性能和耐腐蚀性可充分得到保证，经测定其抗拉强度在640牛顿/平方毫米左右，硬度值在220-280HV10之间。使用二氧化碳+氮气混合气体做保护气体，可减少焊接飞溅，焊缝成型美观。主权项1、一种双相不锈钢焊接工艺，包括打底和填充盖面的焊接，其特征是（1）米用99.99%氩气惰性气体保护，进行手工钨极氩弧焊打底焊接包括如下工艺步骤：a、选用的电源为松下TSP-300型手工/氩弧焊机，电源极性为直流正接，熔池保护气体为99.99%氩气，流量为10-18升/分钟，背保护气体为99.99%氩气，氩弧焊丝为林肯LNT4462①2.0,AWSA5.9：ER2209,钨极为钍钨极①2.4,ANSI/AWSA5.12-92，焊接位置为水平固定，壁厚为8-10毫米，接头形式为对接V型接口，坡口角度为60°±5°，钝边为0-1.5毫米，间隙为3-5毫米；b、将组对好的工件水平固定于焊架上，密封管口只留进出气口，管内通氩气作背保护气体3-5分钟，气体流量为5-10升/分钟；c、持证焊工进行打底焊接，电流为70-90安培，电压为11-13伏特，焊接速度为30-50毫米/分钟，继续通背保护气体；d、整圈焊完后进行第二层热焊，电流为105-150安培，电压为13-18伏特，焊接速度为75-130毫米/分钟，熔池保护气体流量为10-15升/分钟，控制层间温度三150°C；e、第二层焊完后，继续通背保护气体；（2）米用80%氩气加20%二氧化碳气体保护进行半自动填充盖面焊接包括如下工艺步骤：a、选用的电源为松下KRII-350型二氧化碳焊机，电源极性为直流反接，熔池保护气体为80%氩气+20%二氧化碳，背保护气体为99.99%氩气，药芯焊丝为林肯Cor-A-RostaP4462①1.2，AWSA5.22：E2209T1-4；b、测量已打底热焊完毕的焊缝温度，保持层间温度＜150C；c、持证焊工进行填充焊接，电流为140-180安培，电压为23-29伏特，焊接速度为140-210毫米/分钟，熔池保护气体流量为15-20升/分钟，管内