評定S32750 2507超級雙相鋼的焊接工藝

雙相不銹鋼是指金相組織具有鐵素體與奧氏體雙相組織的不銹鋼種，在固溶組織中鐵素體與奧氏體各占約50%的比例，一般較少相的含量也在30%以上。雙相鋼不僅具有良好的塑性、韌性、耐腐蝕性和焊接性，而且具有更強(qiáng)于其他種類不銹鋼的抗晶間腐蝕能力，因此在能源、化工、制藥、造紙、海水淡化等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。

1、焊材選擇

給清流2507雙相鋼選取合適的焊材，能控制焊后組織鐵素體和奧氏體比例，使兩相比例合理，且獲得力學(xué)性能大于等于母材的焊接接頭，經(jīng)過對比焊材采用ER2594焊絲，直徑為1.6?2.4mm。選用的主要原因是ER2594焊絲，化學(xué)成分中鎳元素含量較母材中含量相對提高，能在焊后快速冷卻過程中促進(jìn)奧氏體形成，穩(wěn)定兩相比例，若只選用與母材成分相同的焊材，則焊縫中鐵素體含量較高。

2、焊前預(yù)熱、熱輸入與層間溫度

雙相不銹鋼靠著合理的雙相比例而發(fā)揮性能，焊后應(yīng)保證鐵素體和奧氏體兩相保持合理的比例，焊接一般選用小熱輸入、快速焊接的方法，容易使得焊縫冷卻速度過快，高溫鐵素體向奧氏體轉(zhuǎn)變時間過短，則焊縫和熱影響區(qū)域會產(chǎn)生過多的鐵素體組織，而奧氏體組織不足，會降低雙相不銹鋼的抗腐蝕性和焊接接頭處的韌性，因此母材預(yù)熱溫度應(yīng)≥10℃。

若選用較大的熱輸入量，則冷卻速度過慢會使得鐵素體晶粒粗大，且會產(chǎn)生金屬間相，同樣降低接頭韌性與抗腐蝕性。

進(jìn)行多道焊時，應(yīng)當(dāng)控制層間溫度，層間溫度過大會導(dǎo)致熱量積累，受熱區(qū)域增大，熱影響區(qū)變寬，同時導(dǎo)致晶粒粗大，降低強(qiáng)度與韌性，需控制焊道層間溫度不超過58℃。

3、焊接工藝

采用氣體保護(hù)鎢極氬弧焊(GTAW)，保護(hù)氣體采用98%Ar與2%N2的混合氣體，使用純氬氣保護(hù)焊絲熔化產(chǎn)生熔池中的氮元素會形成氮?dú)庖莩?，加?%~5%氮?dú)獾幕旌媳Ｗo(hù)氣體具有較好的工藝性，特別是根部焊縫，氮?dú)獗Ｗo(hù)尤為重要。

但當(dāng)混合氣體中氮?dú)夂砍^5%時鎢極易燒損，造成電弧不穩(wěn)定。因此選用98%Ar+2%N2混合保護(hù)氣體鎢極氬弧焊。

焊接時保持背部持續(xù)充入保護(hù)氣體，背部充入保護(hù)氣體后氧氣含量應(yīng)低于0.05%。

采用焊接電流70-110A，電弧電壓10-16V，焊接速度40-95mm/min，層間溫度<58℃的工藝進(jìn)行焊接。

焊接接頭根部焊道使用?2.4mm的焊絲打底，填充及蓋面層焊道使用?1.6-2.4mm的焊絲打底。熱輸入量要小，不得超越工藝規(guī)程中熱輸入量的要求，填充、蓋面時的熱輸入量不得高于打底時的熱輸入量。

4、焊縫組織與力學(xué)性能

雙相鋼2507焊后凝固過程，鐵素體組織先凝固，后隨溫度降低，部分鐵素體在晶界處開始轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體，并向鐵素體晶內(nèi)生長，焊后腐蝕試驗(yàn)組織如下圖所示。

試驗(yàn)結(jié)果表明，鐵素體相比例為42.5%±7%，組織比例滿足要求。焊縫及熱影響區(qū)處各項力學(xué)性能試驗(yàn)結(jié)果顯示，最小抗拉強(qiáng)度858MPa，彎曲試驗(yàn)結(jié)果合格，最大硬度265.2HBW，沖擊試驗(yàn)在-20℃下焊縫處KV=35~45J，熱影響區(qū)KV=48~55J，力學(xué)性能都優(yōu)于母材且符合標(biāo)準(zhǔn)。

5、無損檢測特殊要求

(1)打底完成后需要進(jìn)行PT檢測，如下圖，合格后進(jìn)行填充層焊接。

(2)鐵素體含量測定應(yīng)在已完成的焊縫中心30%~60%內(nèi)測定。

(3)對所有焊后的焊縫取20%進(jìn)行焊縫區(qū)域和熱影響區(qū)的硬度測試，硬度值不得超過285HBW。