2205双相不锈钢埋弧自动焊焊接工艺及资料.pdf

2205 双相不锈钢埋弧自动焊焊接工艺研究及分析 摘要：本文针对双相不锈钢埋弧焊焊接接头的金相组织观察及力学性能的检测，以及耐蚀性能的分析，进而对双相 不锈钢埋弧焊焊接工艺运用进行较为全面的总结，以便制定合理的焊接工艺方案。试验结果表明，双相不锈钢具有良好 的焊接性，在选择合适的坡口并合理控制热输入和冷却速度的前提下，可以获得良好的力学性能和耐蚀性能的焊接接头， 保证焊接试板的质量。 前言 试验采用 Outokumpu 公司生产的 2205 双相不锈钢材料，具有极强的耐腐蚀性能，又具有较高的强度和韧性，且 便于制造加工，这就使得其成为化学品船液货舱结构建造的首要选择。而焊接方法中，埋弧自动焊工艺应用较多。但双 相不锈钢在埋弧焊焊接过程中存在一系列问题： （1）焊接变形大，精度控制难度增加； （2）热输入的大小使双相组织受到破坏，影响其具有的力学性能及耐腐蚀性能； （3）焊接参数不合适将引起一系列的焊接缺陷等。 本文通过对不同厚度的双相不锈钢进行埋弧自动焊试验，选择出合适的坡口形式及焊接参数，通过力学性能试验及 金相试验，分析在保证焊接接头质量的可靠性和稳定性的情况下如何选择合适的焊接参数控制焊接变形等一些问题。 1 2205 双相不锈钢的特点分析 2205 双相不锈钢最主要合金元素是 Cr、Ni、Mo 和 N，其中 Cr 含量为 22%。其化学成分见表(1)。Cr 和 Mo 为增 加铁素体含量，而 Ni、N 为奥氏体稳定元素，有些钢种还含有 Mn、Cu、W 等元素。Cr、Ni 和 Mo 能够改进抗腐蚀性， 在含氯化物的环境中抗点蚀及裂缝腐蚀的性能特别好。N 是强化奥氏体形成元素，增加双相不锈钢的耐点蚀和缝隙腐蚀 的能力，氮可以延缓金属间隙的析出，降低双相不锈钢中形成 σ 相的倾向[1]。 双相不锈钢的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 400 MPa, 抗拉强度为 650 MPa。图 2 为 2205 双相不锈钢的金相组织(腐蚀剂 30g K(OH) + 30g K3 Fe (CN)6 + 100ml H2O )，双 相不锈钢的金相组织由 α 铁素体(黑色)和 γ 奥氏体(白色)二相组成,具有体积分数大体相等的特征[2]。因此,双相不锈钢兼 有奥氏体不锈钢与铁素体不锈钢的双重特征。与铁素体不锈钢相比,其韧性高,韧脆转变温度低,耐晶间腐蚀性能和焊接性 能显著提高,同时保留了铁素体不锈钢导热系数高、膨胀系数小、具有超塑性等特性；而与奥氏体不锈钢相比，屈服强度 和抗疲劳强度显著提高，约为奥氏体不锈钢的 2 倍，且耐晶间腐蚀、应力腐蚀和腐蚀疲劳等性能有明显改善。氮在强化 2205 双相不锈钢中起着重要的作用,但当氮的质量分数超过 0. 2%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,提高韧脆转变温度。而在 280——350 ℃区间过渡时效也会导致 韧性降低。 2 2205 双相不锈钢埋弧焊试验及焊接性分析 1） 焊接试验材料选用 1．母材 本次埋弧焊试验的材料为 Outokumpu 公司提供 δ=10mm、δ=12mm 和 δ=16mm 的双相不锈钢，其力学性能如 下表 2。 2205 双相不锈钢的焊接对污染更敏感，特别是对湿气和水分。任何类型的油污、油脂和水分等污染会影响材料的 抗腐蚀性及力学性能，因此在焊接前要对母材进行严格清理。 2.埋弧焊丝 本次试验选用国外进口 Avesta 2205 的匹配双相不锈钢焊丝，直径为 Φ3.2mm，为保证试验结果的可靠性，整个 试验过程均按照 DNV 船级社的要求进行。 3.埋弧焊剂 2205 双相不锈钢的埋弧焊焊接过程中，因为双相不锈钢的焊缝熔池流动性较差，必须考虑焊接的熔透性和良好的 脱渣性，在确保焊透的前提下，保证焊缝成型的效果，焊剂的选用是关键。 因此，本次工艺试验选用 Avesta 805 焊剂，此焊剂为碱性的烧结焊剂，在焊剂中添加 Cr 元素，以保证焊缝金属 的性能要求，同时，在焊剂中有一定量的 SiO2,能够将焊剂碱度控制在 1.7 左右，以减少焊剂的熔化量，减小熔宽波动， 避免焊道边缘不良的成型效果，确保焊缝的美观。 2） 坡口形式的选择 在焊接过程中，坡口的选