(山东电力建设第三工程公司)
摘 要：通过对超级双相不锈钢UNS S32750的ASME标准焊接工艺及性能分析，探讨出一套成熟的、可借鉴的焊接施工工艺，总结了焊接技术参数与焊接质量控制点，采用GTAW单面焊双面成型，小电流、快焊速的控制焊接线能量的焊接工艺并使用ER2594焊丝作为焊接材料，纯度为99.99%的氩气作为保护气体，并严格控制层间温度和热输入量，取得了良好的焊接质量。
关键词：超级双相不锈钢， 焊接工艺和性能分析，控制层间温度和热输入量
一．超级不锈钢国内外发展概况
双相不锈钢的发展始于30年代，法国1935年获得第一个专利，至今双相不锈钢已经发展了三代。第一代双相不锈钢以美国40年代开发的329钢为代表，含高铬、钼，耐局部腐蚀性能好，但含碳量较高(≤0．1％c)。因此，焊接时失去相的平衡及沿晶界析出碳化物导致耐蚀性及韧性下降，焊后必须经过热处理，一般只用于铸锻件，在应用上受到了一定限制。随后至60年代中期瑞典开发了著名的3RE60钢，它是第一代双相不锈钢的代表钢种，其特点是超低碳，含铬量为18％，焊接及成型性能良好，可广泛代替AIsl304L、316L用作耐氯离子应力腐蚀的材料。
我国自70年代中期开始发展双相不锈钢，北京钢研总院最早开展这方面研究工作，研制的00Crl 8Ni5M03Si2双相不锈钢已纳入国家标准GBl220，GB3280，GB4237。另外，五二研究所在分析国外双相不锈钢发展的基础上，研制成功了新型稀土双相不锈钢SG52，其抗点蚀当量PRE≥40。该钢采用稀土改性，并以氮代镍，具有良好的力学性能、工艺性能和抗腐蚀性能。
二、UNS S32750超级双相不锈钢焊接法及工艺的选择
双相不锈钢焊接性兼有奥氏体钢和铁素体钢各自的优点,并减少了其各自的不足,焊接冷裂纹和热裂纹的敏感性都较小,具有良好的焊接性。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。
焊接工艺参数对双相组织的平衡起着关键的作用。UNS S32750超级双相不锈中进一步提高了Mo和N的含量，加入了少量的Cu，提高了其组织的稳定性及耐腐蚀能力。焊接时超级双相不锈钢冷裂纹的敏感性小，有产生热裂纹的倾向，最突出的问题是由于其合金含量较高，焊缝金属易析出σ相、氮化物等化合物，因析出第二相形成贫铬层，造成焊接接头耐腐蚀性能及塑韧性的下降。又由于双相不锈钢在高温下是100%的铁素体组织,若线能量过小,热影响区冷却速度快,奥氏体来不及析出,过量的铁素体就会在室温下过冷保持下来。若线能量过大,冷却速度太慢,尽管可以获得足量的奥氏体,但也会引起热影响区铁素体晶粒长大以及σ相等有害金属相的析出,造成接头脆化。因此UNS S32750超级双相不锈钢的塑韧性及耐腐蚀性能是焊接的关键控制点，所以焊接时可适当缓冷，以获得理想的奥氏体与铁素体的相比例。为避免上述情况的发生,最佳的措施是控制焊接线能量和层间温度,并使用填充金属，同时应控制层间温度≤150℃，焊接热输入控制在 10~15kJ/cm范围内。
1. 超级双相不锈钢焊前准备
超级双相不锈钢在焊接前使用酒精和不锈钢钢丝刷认真清理焊缝两侧30-40mm焊接区域的油污、锈蚀等。非焊接区域需要妥善保护，避免焊接过程中焊接飞溅对不锈钢基体的损伤。
2. 超级双相不锈钢焊件材料
本试验采用牌号为UNS S32750的规格为φ88.9×6.5mm超级双相不锈钢管件。其化学成分和力学性能分别见表1和表2 。超级双相不锈钢UNS S37250的主要化学成分为Cr、Ni、Mo、N。其中Ni和N是促进和稳定奥氏体的元素，Cr 和Mo是铁素体形成元素，所以，焊材合理的化学成分是保证超级双相不锈钢合理相比例的前提。
3.超级双相不锈钢焊接工艺参数
第一步选择焊接工艺评定试件，确定焊接试件的坡口形势和接头尺寸。坡口采用机械加工方法进行，破口形式为单面V型坡口，焊接接头及坡口尺寸见图1，坡口角度为α=60±2°，坡口根部间隙尺寸为b= 1±0.5mm。焊接工艺要点及工艺参数
图1 接头尺寸要求简图
第二步为保证焊接质量焊材采用瑞典Sandvik公司生产的焊丝ER2594，规格φ2.4；使用GTAW单面焊双面成型焊接方法，焊接保护气体采用纯度为99.99%的氩气；在现场焊接时，采用制作气室的方式来进行背部充氩保护。
第三步选择有利于焊缝成型的焊接工艺参数,详见表3
为保证相比例及减少第三项金属相的产生，应合理控制冷却速度。冷却速度过慢，铁素体含量偏低且有利于有害金属相析出。反之，则奥氏体含量偏低及氮在铁素体相中的析出。而冷却速度很大程度上取决于焊接线能量，但同时也要考虑工件的尺寸、焊接的环境温度等因素的影响。工件厚度大，焊接的环境温度低时，可适当提高线能量。焊接应尽量采用短弧作业，不摆动或稍微摆动，快速焊接，严格控制层间温度在120 ℃以下（测量点应在距离焊缝边缘20 mm左右处）。
三．超级双相不锈钢焊接性能的检验
（一）拉伸试验结果分析
根据ASME QW-160进行弯曲试验后观察面弯、背弯试样，没有任何裂纹存在，表明焊缝具有良好的塑性和致密性，符合要求。
（三）无损检测结果分析
经过外观检测、渗透检测、射线探伤检验证明所焊试样无超出标准的裂纹、未焊透、气孔等缺陷，试样为合格。
四．结论
公司通过在阿曼萨拉拉项目中对超级双相不锈钢UNS S32750焊接工艺及施工措施的探索和研究，形成了一套成熟的、可借鉴的焊接工艺和施工措施，发现通过严格控制焊接过程中的热输入量和层间温度以及施工过程中采取有效的措施控制氢的含量和避免铁离子对超级双相不锈钢的污染，焊接接头的抗腐蚀性能没有明显降低，焊缝最终成型美观、光洁，射线和渗透检测合格率100%，水压试验无一泄露，达到了预期的质量效果。
参考文献
[1]陈建俊，王平.超级双相不锈钢的焊接, 《压力容器》总第132 期.
[2] Mendia, A. P. Juez, J. J. Urcola, et al. Microstructural and Mechanical Behavior of a Duplex Stainless Steel under Hot Working Conditions. Metallurgical and Materials Transactions, 1997, 29A(10): 2975-2986.
论文作者:孙希刚
论文发表刊物:《电力设备》2016年第15期
论文发表时间:2016/11/5
标签：不锈钢论文; 奥氏体论文; 裂纹论文; 焊接工艺论文; 性能论文; 能量论文; 含量论文; 《电力设备》2016年第15期论文;