铁素体-奥氏体双相不锈钢管焊接工艺特点及注意事项

  许多焊接方法都可用于不锈钢管焊接，但对于不同类型的不锈钢管，由于其组织与性能存在较大的差异，焊接性也各不相同，因此，不同的焊接方法对于不同类型的不锈钢管具有不同的适用性。在选择焊接方法时，要根据不锈钢管母材的焊接性，对焊接接头力学性能、耐腐蚀性能的综合要求来确定。例如埋弧焊是一种高效优质的焊接方法，对于含有少量铁素体的奥氏体不锈钢焊缝来讲，通常不会产生焊接热裂纹，但对于纯奥氏体不锈钢焊缝，由于许多焊剂向焊缝金属中增硅，焊缝金属容易形成粗大的单相奥氏体柱状晶，焊缝金属的热裂纹敏感性大，因此一般不采用埋弧焊焊接纯奥氏体不锈钢，除非采用特殊的焊剂。当焊接接头的腐蚀性要求高时，钨极氩焊等惰性气体保护焊具有明显的优势。对于一些特种焊接方法，如电阻点焊、缝焊、闪光焊及螺柱焊，也可用于不锈钢的焊接，与普通低碳钢相比，由于不锈钢管具有较高的电阻和较高的强度，因此需要较低的焊接电流和较大的压力或顶锻力。钎焊也广泛应用于不锈钢的连接，母材类型不同，钎焊温度也不同，与普通碳钢相比，不锈钢用钎剂有较强的腐蚀性，为了防止残留的钎剂对钎焊接头的腐蚀，需对钎焊接头予以仔细的清理。现如今所应用的不锈钢有奥氏体不锈钢和双相不锈钢， 所以对这两种类型的不锈钢管的焊接进行重点介绍。

一、双相不锈钢管的化学成分及组织特点

   a. 化学成分

  目前，国际上普遍采用的铁素体-奥氏体双相不锈钢可为Cr18型、Cr23型、Cr22型、Cr25型四类。对于Cr25型双相不锈钢管，也有普通双相不锈钢管和超级双相不锈钢管之分，当点蚀指数PREN（PREN=w(Cr)+ 3.3w(Mo)+16 w(N)）>40时，称为超级双相不锈钢，

  我国列入国家的铁素体-奥氏体双相不锈钢主要有Cr18与Cr25两大类型。另外一些与国外典型材料相类似的钢种也有生产和应用。

   b. 组织特点

   双相不锈钢以单相δ铁素体凝固结晶，当继续冷却时，发生δ→γ相变，随着温度的降低，δ→γ相变不断进行。在平衡条件下或者非快速冷却的情况下，部分δ铁素体将保留到室温，因此，室温下的组织为δ→γ双相组织。

二、双相不锈钢的焊接特点

  焊接过程是一个快速加热与快速冷却的热循环过程。在加热过程中，当热影响区的温度超过双相不锈钢的固溶处理温度，在1150~1400℃的高温状态下，晶粒将发生长大，而且发生γ→δ相变，γ相明显减少，δ相增多。一些钢的高温近缝区会出现晶粒较粗大的δ铁素体组织。如果焊后的冷却速度较快，将抑制δ→γ的二次相变，使热影响区的相比例失调，当δ铁素体大于70%时，二次转变的γ奥氏体也变成针状和羽毛状，具有魏氏组织特征，导致力学性能和耐腐蚀性能恶化。当焊后冷却速度较慢时，则δ→γ的二次相变比较充分，室温下为相比例较为合适的双相组织。因此，为防止热影响区的快速冷却，使δ→γ二次相变较为充分，保证较合理的相比例，足够的焊接热输入是必要的。随着母材厚度的增加，焊接热输入应适当提高。

  对于双相不锈钢焊缝金属，仍以单相δ铁素体凝固结晶，并随温度的降低发生δ→γ组织转变。但由于其熔化-凝固-冷却相变是一个速度较快的不平衡过程，因此，焊缝金属冷却过程中的δ→γ组织转变必然是不平衡的。当焊缝金属的化学成分与母材成分相同，或者母材自熔时，焊缝金属中的δ相将偏高，而γ相偏低。为了保证焊缝金属中有足够的γ相，应提高焊缝金属化学成分的Ni当量，通常的方法是提高奥氏体化元素（Ni、N）的含量，因此就出现了焊缝金属的超合金化的特点。

   双相不锈钢管具有良好的焊接性，尽管其凝固结晶为单相铁素体，但在一般的拘束条件下，焊缝金属的热裂纹敏感性很小，当双相组织的比例适当时，其冷裂纹敏感性也较低。但应注意，双相不锈钢管中毕竟具有较高的铁素体，当拘束度较大及焊缝金属含氢量较高时，还存在焊接氢致裂纹的危险。因此，在焊接材料选择与焊接过程中应控制氢的来源。

  另请注意：双相钢与双相不锈钢定义不同，双相钢是指由低碳钢或低合金高强度钢经临界处理或控制轧制而得到的主要由铁素体和马氏体所组成的钢。

三、焊接工艺方法与焊接材料

   a. 焊接工艺方法

    到目前为止，焊条电弧焊、钨极氩弧焊、熔化极气体保护焊（采用实心焊丝或药芯焊丝）、甚至埋弧焊都可用于铁素体-奥氏体双相不锈钢的焊接。

  b. 焊接工艺方法选择及坡口形式与尺寸

    根据管、板厚度及相应的焊接工艺方法选择及坡口尺寸。

  c. 双相不锈钢钢管焊接指南

    我公司在M021项目上用的双相不锈钢管为ASTM A790 S32750和S32760，且此二者皆为超级双相不锈钢管，所选焊接方法为GTAW，所选焊丝为SANDVIK 25.10.4.L。焊接时的注意与焊接超级奥氏体类似，但层间温度可控制为150摄氏度以下。

  d. 不锈钢焊接材料品牌

    到目前为止，焊条电弧焊、钨极氩弧焊、已经在我公司进行使用，现在正在使用的焊材如下表：