摘要：森松重工于2014年承接了巴西石油FPSO船的海水淡化模块，该模块工作介质为海水，海上作业环境中盐分、氯、镁、溴等离子也较高，抗应力腐蚀是首要任务，因此其主体管道采用S32760超级双相不锈钢。本文首先对双相钢性能做了概述，分析了双相不锈钢焊接机理，研究了双相不锈钢焊接工艺技术，并结合相关实践经验，分别从多个角度就双相钢接头的基本要求展开了研究，阐述了个人对此的几点看法与认识，望有助于相关工作的实践。
关键词：双相不锈钢；管道；焊接；技术
1前言
双相不锈钢管道焊接是一项实践性较强的综合性工作，其具体实施方法的特殊性不言而喻。该项课题的研究，将会更好地提升对双相不锈钢管道焊接技术的分析与掌控力度，从而通过合理化的措施与途径，进一步优化该项工作的最终整体效果。
2概述
S32760 是在S32750 基础上加入钨和铜形成的一种高合金的超级双相不锈钢，铁素体和奥氏体的最佳比例为1∶1。这样的组织比例使S32760 超级双相钢兼有奥氏体不锈钢与铁素体不锈钢的双重特征，具有比奥氏体不锈钢更低的热膨胀系数和更高的热导率。
32760超级双相钢具有优异的含氯离子及酸性介质环境下的耐氯离子点蚀、腐蚀能力，良好的耐应力腐蚀开裂能力，良好的耐冲刷腐蚀及腐蚀疲劳，优异的力学性能，良好的焊接性能。主要应用于石油、天然气、化工以及船舶等领域，是各种耐腐蚀工业应用领域的理想材料。
3双相不锈钢焊接机理
焊接是一个冶金过程，双相不锈钢的焊接质量，决定了焊缝和热影响区的铁素体和奥氏体含量的平衡和两相组织的均匀性。通过铁碳相图可知：在焊接过程中，金属在液态呈完全的铁素体组织，在冷却凝固过程中有奥氏体晶粒析出，随着温度下降可能有中间相（σ相、碳化物、氮化物）析出。因此，焊接线能量的输入大小直接影响着焊缝和热影响区中铁素体的含量。线能量太小，不利于奥氏体析出；线能量太大，则会引起合金元素Cr、Ni、Mo的烧损，导致材料的耐腐蚀性能下降、机械性能劣化，不能得到良好的金相组织，更容易析出中间相。
与奥氏体钢相比，双相不锈钢具有导热性好和热膨胀系数低的特点，因此不会产生很大的残余应力，具有更高的抵抗热裂纹的能力，故双相不锈钢可以采用较大线能量焊接。在实际焊接中必须保证层间温度不高于工艺试验设定的层间温度，通常最大层间温度为150℃。当焊接量很大时，应合理地安排焊接顺序以保证焊缝层间有足够的冷却时间，这样既能保证层间温度，又能提高劳动生产率。
4双相不锈钢焊接工艺技术
4.1焊接方法和材料的选择
双相不锈钢管道的焊接一般采用钨极惰性气体保护焊和手工电弧焊。要选用比母材镍含量高的双相钢焊材，确保焊缝中奥氏体相占优势。在本项目中采用的焊接方法是钨极惰性气体保护焊GTAW，焊材牌号ER2594，焊丝直径2.4mm。
4.2合理设计焊接接头
双相不锈钢的焊接接头形式应预先经过充分地准备，焊接坡口最好采用机械加工，如采用热加工方法切割坡口，应将坡口表面打磨至露出金属光泽，并对坡口表面进行渗透检测。接头设计时要尽量采用对接接头，避免十字交叉焊缝，以避免腐蚀介质在焊接接头部位聚集，降低或消除应力集中；厚壁的母材宜选用双V型、Y型或U型坡口。
4.3环境条件
与奥氏体不锈钢的焊接相比，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、油脂和水分等污染物都会影响材料的抗腐蚀性及力学性能，因此在焊接前要对材料严格清理，环境湿度不得大于90%，采用气体保护焊时，风速不大于2m/s。
4.4焊接工艺参数的选择
焊接线能量太大或太小都不好，一般控制在0.5～2.5kJ/cm范围，其具体大小要根据焊件厚度选择。一般焊接时不需要预热，但焊件壁厚过大或环境温度过低时，为防止冷速过快造成焊缝和热影响铁素体含量过高，必要时要采取预热措施。为避免冷却速度过低而引起析出相的产生，要控制多层/多道焊的层间温度。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆在本项目中采用的焊接电流为直流正接，电流80~160A，电压12~16V，焊接速度8~14cm/min，最低预热温度大于5℃，层间温度在150℃以内。
4.5焊接熔池及背面的气体保护
氮是强烈的奥氏体形成元素，加入到双相不锈钢中，既能提高钢的强度且不显著损伤钢的塑韧性，又能抑制碳化物析出和延缓。根据研究和大量实验发现，母材含氮是非常重要的，氮在保证焊缝金属和焊后热影响区内形成足够量的奥氏体方面具有重要作用。氮和镍一样是形成奥氏体价和扩大奥氏体元素，但是氮的能力比镍大，可防止焊后出现单相铁素体，并能阻止有害金属相的析出。因此在保护气体中加入氮气非常重要。氩弧焊焊接时，通常喷嘴保护气体为98%Ar+2%N，保护气体中加氮可以提高焊缝的耐蚀性。背面保护气体为100%Ar，采用有效的背面保护工装，目的是防止氧化。开始焊接时要对焊缝背面的氧含量进行检测，满足工艺要求后才能开始焊接。在本项目实际操作中，通过控制保护气体中的N含量，达到了铁素体含量要求在40%~60%之间的客户要求，取得了良好的效果。
4.6定位焊缝
采用定位焊时，如果焊缝长度过短，焊缝冷却就会很快，可能导致铁素体含量过高、低韧性并因氮化物析出而降低耐腐蚀性能。因此应对定位焊缝的最短长度进行规定，通常不小于50mm，且采用较大热输入规范参数。
4.7焊接过程材料的保护
现场焊接过程中材料的保护非常重要，不锈钢和碳钢材料应分开存放和焊接，应避免碳钢、铜、低熔点金属或填它杂质对不锈钢焊材的污染。焊接和切割过程中应采取措施防止飞溅、弧击、渗碳、局部过热等。应避免电弧击伤，材料表面的起弧和弧击，是一个瞬间高温过程，冷却速度很快，表面显微组织中铁素体含量很高，这种组织对裂纹和腐蚀很敏感，应尽力避免，如果产生必须用细砂轮打磨去除，100%PT检测。
4.8采用小的热输入
S32760焊缝的铁素体含量跟冷却速度有很大关系，冷却速度越快最终焊缝得到的铁素体含量越高，而层间温度过高，缓慢冷却会导致更多量的奥氏体析出。应采用小电流，大的焊接速度，减少横向摆动，待前一道焊缝冷却到预热温度后，再焊下一道焊缝。
5双相钢焊缝的基本要求
5.1焊接接头要求
焊缝成形应当良好，不得有超过质量标准规定的裂纹、咬边、焊瘤、腐蚀等缺陷，同时力学性能需要满足焊接预期的使用性能要求。
5.2无损检测
双相不锈钢常用的无损检测有RT、PT、UT，要根据项目要求选择探伤比例和合格级别。
5.3酸洗钝化
酸洗钝化是用酸洗钝化液与金属氧化物反应，目的是去除焊斑、氧化物、油脂等可溶性物质，形成均匀致密的钝化膜，提高产品抗腐蚀性能。
6结束语
双相不锈钢与奥氏体不锈钢相比，在抗晶间腐蚀、点蚀、间隙腐蚀，特别是抗氯化物导致的应力腐蚀开裂方面具有绝对的优势，而且具有良好的力学性能，应用前景广阔。从国内外多种研究中可以看出，双相不锈钢正在被广泛的应用于工业生产的诸多领域。随着双相不锈钢材料的发展和应用，双相不锈钢的生产工艺、焊接技术、热处理等工艺技术也在持续的发展中。我们相信双相不锈钢的价值会越来越突显出来，也必将为工业生产提供强有力的保障。
综上所述，加强对双相不锈钢管道焊接技术的研究分析，对于其良好焊接效果的取得有着十分重要的意义，因此在今后的双相不锈钢管道焊接工作过程中，应该加强对其关键环节与重点要素的重视程度，并注重其具体实施措施与方法的科学性。
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论文作者:陆烽
论文发表刊物:《基层建设》2018年第15期
论文发表时间:2018/7/25
标签：不锈钢论文; 奥氏体论文; 含量论文; 温度论文; 材料论文; 管道论文; 气体论文; 《基层建设》2018年第15期论文;