12.2 焊接工藝評(píng)定標(biāo)題

對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)奧氏體不銹鋼，焊接工藝評(píng)定試驗(yàn)是相當(dāng)簡(jiǎn)單的，僅進(jìn)行一定數(shù)量的試驗(yàn)以證明材料、焊材和焊接方法是合格的。這些評(píng)定試驗(yàn)包括硬度試驗(yàn)和彎曲試驗(yàn)（分別檢驗(yàn)馬氏體和熱裂），反映了長(zhǎng)期使用鐵素體、馬氏體或奧氏體不銹鋼時(shí)可能出現(xiàn)的問題。雙相不銹鋼滿足這些要求沒有困難，但是這些試驗(yàn)不可能發(fā)現(xiàn)雙相不銹鋼中可能出現(xiàn)的金屬間相或過量鐵素體問題。同時(shí)，由于需要限制在熱影響區(qū)溫度范圍內(nèi)的總時(shí)間，雙相不銹鋼的性能將對(duì)截面厚度和實(shí)際焊接操作的細(xì)節(jié)很敏感。因此，必須廣義地考慮“評(píng)定”，即證明在制造過程中將使用的焊接工藝不會(huì)導(dǎo)致設(shè)計(jì)性能，特別是韌性和耐蝕性不可接受的損失。

對(duì)每種厚度和形狀的焊接都進(jìn)行焊接工藝評(píng)定是比較保險(xiǎn)的做法，因?yàn)榉桨干系奈⑿〔顒e在實(shí)際制造結(jié)果中差別可能很大。然而，實(shí)際加工的復(fù)雜性使得這樣的試驗(yàn)成本很高。因此，對(duì)雙相不銹鋼最苛刻的焊接條件（由截面厚度、填充金屬和焊接方法確定）進(jìn)行焊接工藝評(píng)定可達(dá)到節(jié)約的目的。

12.3 焊接方法標(biāo)題

20世紀(jì)80年代初以來，第二代雙相不銹鋼商品化取得很大進(jìn)展。由于對(duì)氮控制相穩(wěn)定的作用理解有限，早期的觀點(diǎn)集中在限制熱輸入方面。由于熱輸入的嚴(yán)格控制，許多更經(jīng)濟(jì)、熔敷率更高的焊接方法，如埋弧焊，被認(rèn)為不適用于雙相不銹鋼。然而，雙相不銹鋼令人滿意的性能，針對(duì)如何采用更經(jīng)濟(jì)的工藝作了很多努力。結(jié)果是除氧乙炔焊接因伴生焊縫的碳污染外，幾乎所有的焊接工藝現(xiàn)在均可用于雙相不銹鋼。

12.3.1 焊后熱處理

氣體保護(hù)鎢極電弧焊（GTAW）有時(shí)也叫做惰性氣體保護(hù)鎢極（TIG）焊，特別適用于短焊道手工焊。對(duì)于簡(jiǎn)單的幾何形狀它可以自動(dòng)操作，但作為大型設(shè)備大量焊接的主要方法一般是不經(jīng)濟(jì)的。由于許多加工即使把另一種工藝作為主要焊接方法也需要一些GTA焊接，因此，作為維修和局部修整目的，對(duì)GTAW工藝進(jìn)行評(píng)定通常是恰當(dāng)?shù)摹?/p>

設(shè)備

GTAW最好采用恒定電流電源，用高頻電路輔助起弧。GTA焊應(yīng)采用直流正極性（DCSP），焊條為負(fù)極。使用直流反極性（DCRP）會(huì)損壞電極。電極應(yīng)為2％釷鎢極（AWS規(guī)范5.12 EWTh-2類）。通過將電極研磨成頂角為30到60度、錐點(diǎn)為小平面的錐形，幫助控制電弧。在GTAW自動(dòng)焊焊透過程保證焊透的理想頂角應(yīng)通過實(shí)際生產(chǎn)中的一些試驗(yàn)來確定。

提高石油回收率的設(shè)備采用2507不銹鋼。© Aquatech

大口徑雙相不銹鋼跨境管道的機(jī)械化焊接。© Arco Exploration and Production Technology

填充金屬

用于雙相不銹鋼焊接的填充金屬多數(shù)是“匹配”的，但相對(duì)于與之匹配的鍛軋產(chǎn)品，其鎳含量一般更高。通常鎳含量比鍛軋產(chǎn)品高約2％～4％。填充金屬中的氮含量一般略低于母材。普遍認(rèn)為較高合金化的雙相不銹鋼填充金屬適用于焊接低合金化的雙相不銹鋼。采用“匹配”填充金屬焊接雙相不銹鋼與奧氏體不銹鋼或碳鋼和合金鋼可以獲得令人滿意的結(jié)果。

保護(hù)

像所有的氣體保護(hù)焊接工藝一樣，采用GTAW時(shí)，必須保護(hù)焊接熔池免受空氣氧化和污染。通常采用惰性氣體，氬氣，純度為99.95％或更高的干燥焊接氬氣實(shí)施這種保護(hù)。

重要的是氣體處理系統(tǒng)應(yīng)清潔、干燥和無泄漏，可調(diào)節(jié)流量以供應(yīng)足量氣體，以及防止保護(hù)氣體紊流和吸入空氣。應(yīng)在起弧前幾秒鐘啟動(dòng)氣體，滅弧后再保持幾秒鐘，保持時(shí)間最好足夠長(zhǎng)，以使焊縫和熱影響區(qū)冷卻到不銹鋼氧化溫度范圍以下。為保護(hù)焊條，使用常規(guī)氣體擴(kuò)散網(wǎng)屏（氣篩）時(shí)建議流速為12～18l/min（ 0.4～0.6cfm），使用常規(guī)噴嘴時(shí)要求流速為上述流速的一半。

焊縫背面用保護(hù)氣體（也是純氬）流速取決于焊縫根部體積，但應(yīng)足以確保空氣完全排凈并使焊縫獲得完全的保護(hù)（以沒有回火色為準(zhǔn)）。由于氬氣比空氣重，應(yīng)從封閉體積的下部向上送氣，吹洗氬氣的用量最少為焊縫根部體積的7倍。

用純氬保護(hù)可得到滿意的焊接效果，但也有進(jìn)一步改進(jìn)的可能。添加高達(dá)3％的干燥氮?dú)庥兄诒Ａ艉缚p金屬的氮含量，尤其對(duì)于較高合金化的雙相不銹鋼而言。但發(fā)現(xiàn)加氮后增加了電極消耗，而加入氦可局部抵消這種影響。

應(yīng)避免向保護(hù)氣體中加入氧氣和二氧化碳，因?yàn)樗鼈儠?huì)降低焊縫的耐蝕性。由于雙相不銹鋼中的鐵素體相可能產(chǎn)生氫脆或氫致開裂，所以在保護(hù)氣體和焊縫背面用保護(hù)氣體中不應(yīng)當(dāng)使用氫氣。

如果焊炬配有氣體輸送系統(tǒng)和水冷系統(tǒng)，則應(yīng)對(duì)它們進(jìn)行定期檢查，以保證保存的氣體干燥、清潔。

技術(shù)和參數(shù)

對(duì)于雙相不銹鋼來說，坡口、對(duì)準(zhǔn)、根部鈍邊和間隙準(zhǔn)備的均勻一致特別重要。雖然奧氏體不銹鋼允許使用一些焊接技巧克服坡口準(zhǔn)備的缺陷，但使用這些技巧卻使雙相不銹鋼有在相應(yīng)溫度區(qū)間停留時(shí)間延長(zhǎng)的危險(xiǎn)。如果可能的話，不建議使用銅墊板，因?yàn)?a target="_blank">雙相不銹鋼對(duì)銅造成的表面污染敏感。

在焊接區(qū)外起弧會(huì)產(chǎn)生局部自熔焊焊點(diǎn)，冷卻速度很快，導(dǎo)致局部高鐵素體含量及耐蝕性的下降。為了避免產(chǎn)生這種問題，應(yīng)在焊接接頭上起弧。

應(yīng)采用完全的氣體保護(hù)進(jìn)行定位焊。在根部焊道的起點(diǎn)不應(yīng)當(dāng)進(jìn)行定位焊。理想情況下，為了避免定位焊引起的根部焊道開裂，根部焊道最好采用斷續(xù)焊且磨掉定位焊縫或在焊接根部前局部修磨定位焊縫。

應(yīng)仔細(xì)保持根部間隙寬度以確保根部焊道熱輸入和稀釋的一致。應(yīng)在焊接填充焊道前研磨根部焊道的起點(diǎn)和終點(diǎn)。各焊接道次間，應(yīng)允許工件冷卻到150℃（300℉）以下（對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)雙相不銹鋼）和100℃（210℉）以下（對(duì)于超級(jí)雙相不銹鋼），以便后續(xù)焊接中使熱影響區(qū)有足夠的時(shí)間冷卻。

用GTAW法焊接雙相不銹鋼時(shí)最常使用的填充金屬為鎳略高的“匹配”填充金屬。更高合金化的雙相不銹鋼的匹配填充金屬，如超級(jí)雙相不銹鋼填充金屬已成功用于焊接2205母材。

一般使用的焊絲直徑為1.6、2.4和3.2mm（1/16，3/32和1/8英寸）。焊絲應(yīng)當(dāng)清潔、干燥，使用前應(yīng)保存在有蓋容器內(nèi)。在平焊位置進(jìn)行焊接效果最佳。焊炬應(yīng)保持盡可能接近垂直以使保護(hù)氣體中吸入的空氣量最少。

為滿足多種材料厚度和接頭設(shè)計(jì)要求，選擇熱輸入的靈活性很大。按下列公式計(jì)算，熱輸入一般在0.5～2.5kJ/mm（15～65kJ/英寸）范圍內(nèi)。熱輸入（kJ/mm）=（V x A）/（S x 1000）其中V = 電壓（伏特）A = 電流（安培）S = 移動(dòng)速度（mm/s）或熱輸入（kJ/inch）=（V x A x 6）/（S x 100）其中V = 電壓（伏特）A = 電流（安培）S = 移動(dòng)速度（in/min）一般推薦的熱輸入：2304或經(jīng)濟(jì)型雙相不銹鋼:0.5～2.0 kJ/mm（15～50 kJ/in）2205:0.5～2.5 kJ/mm（15～65 kJ/in）2507:0.3～1.5 kJ/mm（8～38 kJ/in）采用GTAW焊接，如果有良好的氣體保護(hù)，并適當(dāng)?shù)乜刂圃谀承囟鹊耐Ａ魰r(shí)間，則焊接的焊縫具有良好的韌性和耐蝕性。GTAW適用于各種場(chǎng)合的焊接。GTAW經(jīng)常用來補(bǔ)充和完成采用其他焊接方法組裝的大型構(gòu)件。對(duì)各類可能使用GTAW的情況進(jìn)行焊接工藝評(píng)定是很重要的。

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