S32205焊接工藝評(píng)定方案

1、雙相不銹鋼2205的焊接工藝性能的研究摘要：奧氏體-鐵素體雙相不銹鋼簡稱雙相不銹鋼，具有優(yōu)良的力學(xué)性能和耐腐蝕性能，2205雙相不銹鋼在石油及天然氣工業(yè)，化學(xué)工業(yè)等行業(yè)具有廣泛的應(yīng)用。雙相不銹鋼優(yōu)良的性能是靠適當(dāng)比例的兩相組織來保證，焊接工藝參數(shù)對(duì)焊接接頭的組織與性能有很大的影響，線能量對(duì)平衡鐵素體和奧氏體兩相組織在焊縫金屬和熱影響區(qū)中的比例，保證焊接接頭的性能，是雙相不銹鋼焊接的基本要求。根據(jù)雙相不銹鋼的焊接冶金特點(diǎn)，采用含鎳、氮高的焊接材料，控制焊接線能量，是滿足雙相不銹鋼焊接要求的關(guān)鍵，鎢極氬弧焊和焊條電弧焊是適宜的焊接方法。通過對(duì)焊接接頭的組織，力學(xué)性能、腐蝕性能的分析，最終確定焊接工

2、藝參數(shù)，分析線能量，焊接工藝方法對(duì)焊接接頭組織與力學(xué)性能和腐蝕性能的影響。關(guān)鍵詞：焊接性 焊接線能量 焊接工藝性能試驗(yàn)及評(píng)定 1、材料特性第二代雙相不銹鋼一般稱為標(biāo)準(zhǔn)雙相不銹鋼，成分特點(diǎn)是超低碳、含氮，其典型成分為22Cr+5Ni +3Mo0.17N(見表1，機(jī)械性能見表2)。與第一代雙相不銹鋼相比，2205進(jìn)一步提高氮含量，增強(qiáng)在氯離子濃度較高的酸性介質(zhì)中的耐應(yīng)力腐蝕和抗點(diǎn)蝕性能。氮是強(qiáng)烈的奧氏體形成元素，加入到雙相不銹鋼中，既提高鋼的強(qiáng)度且不顯著損傷鋼的塑韌性，又能抑制碳化物析出和延緩a相形成。表1 雙相不銹鋼2205D的化學(xué)成分CSiMnPSCrNiMoN0.0280.0571.290.

3、0260.00222.305.343.090.18表2雙相不銹鋼2205的機(jī)械性能。項(xiàng)目屈服強(qiáng)度Rp0.2/Mpa抗拉強(qiáng)度Rm/Mpa延伸率A5/5HRC硬度值HRC/(J.cm-2)ASTM240證書值45066525316008203124.0-24.52、 組織特點(diǎn)雙相不銹鋼在室溫下固溶體中奧氏體和鐵索體約各占半數(shù)(雙相不銹鋼2205鐵素體含量應(yīng)為3050，典型值是45左右，當(dāng)鐵素體含量低于30時(shí)，雙相不銹鋼會(huì)發(fā)生脆化，力學(xué)性能下降。)，兼有兩相組織特征，雙相不銹鋼保留了鐵索體不銹鋼導(dǎo)熱系數(shù)大、線膨脹系數(shù)小、耐點(diǎn)蝕、縫隙及氯化物應(yīng)力腐蝕的特點(diǎn)；又具有奧氏體不銹鋼韌性好、脆性轉(zhuǎn)變溫度較低、

4、抗晶間腐蝕、力學(xué)性能和焊接性能好的優(yōu)點(diǎn)。3 、焊接特點(diǎn)的研究對(duì)于2205雙相不銹鋼來說，理論上具有良好的焊接性，如果采用合理的焊接工藝，幾乎所有的焊接方法都可以用，與奧氏體不銹鋼的焊接相比，2205雙相不銹鋼對(duì)污染更敏感、特別是濕氣、水分。任何類型的油污、濕氣、水分等污染都會(huì)影響焊接接頭的腐蝕性能和力學(xué)性能，因此焊接前要對(duì)母材進(jìn)行嚴(yán)格的清理，焊接材料要嚴(yán)格的烘干，雙相不銹鋼焊接坡口形式應(yīng)采用機(jī)械加工，不宜采用砂輪打磨，要避免坡口的粗糙或接頭間隙的不均勻，2205雙相不銹鋼因受到自身冶金特性的制約，還應(yīng)遵循以下原則：1）、適宜使用多層焊，采用多道焊，合理控制線能量或?qū)娱g溫度，這樣后一道對(duì)前一道起

5、一個(gè)固溶處理作用，可以使更多的奧氏體析出，保證焊縫熱影響區(qū)的性能；2）、2205雙相不銹鋼的焊接性良好熱裂紋傾 向小，一般焊前不需預(yù)熱，焊后不需熱處理，可與18-8型不銹鋼或碳鋼等異 種鋼焊接。4、焊接線能量對(duì)焊接接頭性能的影響焊接是一個(gè)快速加熱與快速冷卻的的熱循環(huán)過程，2205雙相不銹鋼的焊接質(zhì)量，決定于焊縫于熱影響區(qū)的鐵素體和奧氏體的平衡與兩相組織的均勻性。在焊接過程中金屬從熔融到冷卻，從凝固點(diǎn)到1200為鐵素體組織，1200-800是奧氏體從鐵素體中析出，800-470將可能有中間相（碳化物、氮化物）析出，因此焊接線能量對(duì)焊縫的組織有很大的影響，如果線能量太低，工件冷卻速度過快，焊縫及熱

6、影響區(qū)會(huì)產(chǎn)生過多的鐵素體和氮化物，從而使焊接接頭的腐蝕性能和韌性下降。另一方面如果采用過高線能量，工件的冷卻速度太慢，焊縫及熱影響區(qū)可能析出金屬間相，也會(huì)使焊接接頭的腐蝕性能和韌性下降?？梢姾线m的焊接工藝參數(shù)和一定的技術(shù)措施相結(jié)合才能保證焊縫以及熱影響區(qū)的組織和性能。5、焊接材料的選擇1）2205雙相不銹鋼的焊接材料或填充金屬通常采用比母材含鎳量高和母材相同的含氮量，以保證焊縫有足夠的奧氏體量，表3列出了2205雙相鋼的焊接材料化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù))牌號(hào)CSiMnPSCrNiMoNER22090.0230.451.50.0240.00823.358.643.070.13AF22090.0040.

7、630.780.0220.01022.208.752.600.116、焊接接頭性能要求及檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)由于設(shè)備設(shè)計(jì)要求高，對(duì)焊接接頭的的力學(xué)性能、耐腐蝕性能以及金相組織都要嚴(yán)格要求，尤其是對(duì)焊接接頭的低溫沖擊性能要求，國際上的一些主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的要求見表4表4對(duì)焊接接頭的性能要求及試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)項(xiàng)目拉伸試驗(yàn)Mpa彎曲試驗(yàn)沖擊試驗(yàn)Ak-40（J）晶間腐蝕試驗(yàn)鐵素體含量（%）硬度試驗(yàn)Hv10試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)GB/T228-2002GB/T232-1999GB/T4159-2008GB/T4334.5-2008JB/T7853-1995GB/T4340.1-2009合格值620彎曲180°無裂紋27J無晶間腐蝕

8、裂紋40-50%3207、2205雙相不銹鋼板對(duì)接焊的焊接工藝評(píng)定方案7.1、評(píng)定項(xiàng)目：1）雙相不銹鋼板對(duì)接，材料牌號(hào)為S32205，2）試板尺寸為10×125×700，2塊；焊接位置為平焊（1G）7.2、評(píng)定的焊接工藝參數(shù)：1）采用手工鎢級(jí)氬弧焊+焊條電弧焊2）焊絲牌號(hào)：ER2209；焊條型號(hào)AF2209，3）焊材規(guī)格為2.5、3.24）設(shè)備為YD-400SS，直流正接（氬弧焊）/ 反接（焊條電弧焊）5）坡口型式及尺寸如右圖7.3、焊接工藝參數(shù)表5焊層焊條牌號(hào)焊條直徑（mm）焊接電流（A）焊接電壓（V）焊接速度（cm/mim）線能量（KJ/cm）層間溫度（）打底ER220

9、92.5100-12012-168-107.2-14.4150填充AF22093.2100-12022-2615-208.8-9.4150填充AF22093.2100-12022-2615-208.8-9.4150蓋面AF22093.2100-12022-2615-208.8-9.41508、檢驗(yàn)項(xiàng)目及試驗(yàn)結(jié)果：8.1、外觀檢驗(yàn)應(yīng)無裂紋、未熔合、未焊透、咬邊、表面氣孔、弧坑等缺陷；8.2、探傷：按JB4730.2-2005，100% RT； 結(jié)果無裂紋，裁取試樣時(shí)避開缺陷處；8.3、力學(xué)性能：橫向全厚度拉伸2個(gè),按GB/T228進(jìn)行試驗(yàn)；取樣位置應(yīng)在焊縫打磨后從焊接接頭整個(gè)厚度切取，面彎 背彎

10、各2個(gè)， 取樣位置應(yīng)在焊縫打磨后從焊接接頭整個(gè)厚度切取,拉伸、彎曲試樣的形狀與尺寸見下圖；焊接接頭拉伸、彎曲試樣結(jié)果見下表6：拉伸試驗(yàn)彎曲試驗(yàn)a=180°D=32RmN/mm2A(%)尺寸mm載荷拉斷部位面彎背彎9002926.1×7.8183.28熱影響區(qū)合格合格88528.526.1×7.8180.16熱影響區(qū)合格合格試驗(yàn)結(jié)果表明，采用氬弧焊（焊絲ER2209）打底，焊條電弧焊(焊條AF2209)填充蓋面獲得焊接接頭完全符合標(biāo)準(zhǔn)要求。8.4、夏比沖擊試樣，根據(jù)GB/T4159-2008，在JB-300試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行沖擊試驗(yàn)，沖擊試驗(yàn)加工成5*10*55的V形缺口

11、沖擊，對(duì)焊接接頭的焊縫、熱影響區(qū)各3件進(jìn)行-40低溫的沖擊試樣，其實(shí)驗(yàn)結(jié)果見下表S32250雙向不銹鋼焊接接頭夏比沖擊試驗(yàn)結(jié)果7：取樣位置試驗(yàn)溫度AKv/JAKv/JAKv/J平均AKv/J焊縫-4080819385熱影響區(qū)-4097897888根據(jù)ASTM A923標(biāo)準(zhǔn)要求焊接試件，在-40每組最小沖擊功不小于53J，試驗(yàn)結(jié)果表明，采用氬弧焊（焊絲ER2209）打底，焊條電弧焊(焊條AF2209)填充蓋面獲得焊接接頭完全符合標(biāo)準(zhǔn)要求。8.5、為了很好的了解焊接接頭的化學(xué)成分，應(yīng)進(jìn)行化學(xué)分析，取樣應(yīng)取自無母材稀釋的熔敷金屬，經(jīng)檢驗(yàn)具體的化學(xué)成分的含量見下表8：CSiMnPSCrNiMoN0.0

12、270.8231.050.0260.00822.568.523.170.158.6、鐵素體含量：按鐵磁性法進(jìn)行測(cè)量焊縫、熱影響區(qū)進(jìn)行鐵素體含量（%）；測(cè)量，測(cè)量結(jié)果焊縫平均鐵素體含量3841%，熱影響區(qū)平均鐵素體含量4245%，依據(jù)鐵素體儀法JB/T7853-1995測(cè)量了鐵素體含量，焊縫、母材、熱影響區(qū)鐵素體含量在4050%之間，因此由試驗(yàn)結(jié)果表明，采用氬弧焊（焊絲ER2209）打底，焊條電弧焊(焊條AF2209)填充蓋面獲得焊接接頭完全符合標(biāo)準(zhǔn)要求。8.7、.金相：微觀金相試驗(yàn)按GB/T13298-1991進(jìn)行，實(shí)驗(yàn)前對(duì)試樣進(jìn)行機(jī)械拋光，經(jīng)HNO3：HCL=1;3混合（王水）浸蝕，腐蝕后制

13、成金相試驗(yàn)試樣，采用金相顯微鏡對(duì)焊縫、熱影響區(qū)進(jìn)行金相分析，其組織相圖如下：結(jié)果發(fā)現(xiàn)焊縫、熱影響區(qū)均為鐵素體、奧氏體組織，近縫區(qū)沒有發(fā)現(xiàn)單相鐵素體組織，也沒有發(fā)現(xiàn)金屬間析出相的的發(fā)生。8.8、晶間腐蝕試驗(yàn)按GB/T4334.5-2008進(jìn)行試驗(yàn)，腐蝕后彎曲，在10倍的放大鏡下觀察，無由因晶間腐蝕產(chǎn)生的裂紋。8.9、在試樣上切取1塊焊縫截面的硬度試樣，磨光后用和適當(dāng)?shù)母g劑對(duì)焊縫截面進(jìn)行腐蝕，分清楚焊縫、熔合線和熱影響區(qū)的位置，硬度試驗(yàn)點(diǎn)的位置圖3所示，硬度試驗(yàn)按GB/T4340.1-2009規(guī)定進(jìn)行10kg載荷的維氏硬度試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如表9所示。焊縫魏氏硬度試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)下表9：測(cè)量位置母材熱影響區(qū)焊縫167122581134910維氏硬度值198281186254199253192261225228219215平均值229.75226.252