双相不锈钢气保护焊工艺研究

摘要：
双相不锈钢以其优良的耐腐蚀性能和抗拉强度，在船舶制造、海洋平台、造纸设备、石化设备和桥梁建造等行业得到越来越多的应用。

介绍了双向不锈钢气保焊的操作工艺和焊接参数的选择，为这
些行业的双相不锈钢焊接提供一些参考。

关键词：
双相不锈钢；气体保护焊；工艺中图分类号：ＴＧ４３４．５文献标识码：
Ａ文章编号：
１００１－２３０３（２００７）０６－０１３７－
０３第３７卷第６期２００７年６月
Ｖｏｌ．３７Ｎｏ．６Ｊｕｎ．２００７
ＥｌｅｃｔｒｉｃＷｅｌｄｉｎｇＭａｃｈｉｎｅ
曹宪贵，ＤｏｕｇｌａｓＳｔｅｙｅｒ，何天命
（普莱克斯（中国）焊接技术中心，上海２００１２０）
Ｒｅｓｅａｒｃｈｏｎｇａｓｍｅｔａｌａｒｃｗｅｌｄｉｎｇ（ＧＭＡＷ）ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆｄｕｐｌｅｘｓｔａｉｎｌｅｓｓｓｔｅｅｌ
ＣＡＯＸｉａｎ－ｇｕｉ，ＤｏｕｇｌａｓＳｔｅｙｅｒ，ＨＥＴｉａｎ－ｍｉｎｇ
（Ｍａｒｋｅｔ＆ＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＰｒａｘａｉｒ（Ｃｈｉｎａ）ＩｎｖｅｓｔｍｅｎｔＣｏ．，Ｌｔｄ．，Ｓｈａｎｇｈａｉ２００１２０，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：
Ｗｉｔｈｔｈｅａｄｖａｎｔａｇｅｓｏｆｇｏｏｄｃｏｒｒｏｓｉｏｎｒｅｓｉｓｔａｎｃｅａｎｄｈｉｇｈｙｉｅｌｄｓｔｒｅｎｇｔｈ，ｄｕｐｌｅｘｓｔａｉｎｌｅｓｓｓｔｅｅｌｉｓｂｅｉｎｇｕｓｅｄｍｏｒｅａｎｄｍｏｒｅｉｎＳｈｉｐｂｕｉｌｄｉｎｇ，Ｏｆｆｓｈｏｒｅ，Ｐ＆ＰｉｎｄｕｓｔｒｙａｎｄＰｏｔｒｏ－ｃｈｅｍｉｃａｌｉｎｄｕｓｔｒｙ．Ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｔｈｅｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｎｄｐａｒａｍｅｔｅｒ\ｓｃｈｏｉｃｅ，ａｎｄｗｉｓｈｔｏｏｆｆｅｒｈｅｌｐａｎｄｒｅｆｅｒｅｎｃｅｆｏｒｔｈｅｓｅｉｎｄｕｓｔｒｉｓｗｈｅｎｔｈｅｙｗｅｌｄｄｕｐｌｅｘｓｔａｉｎｌｅｓｓｓｔｅｅｌ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：
ｄｕｐｌｅｘ；ｓｔａｉｎｌｅｓｓｓｔｅｅｌ；ｇａｓｓｈｉｅｌｄｗｅｌｄｉｎｇ；ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ收稿日期：
２００７－０６－０４作者简介：
曹宪贵（１９６３—），浙江东阳人，高级工程师，主要从事焊接工艺和气体应用技术的研究推广工作。

０前言
香港某大桥两个桥塔高２９０ｍ，桥塔的上部
１２０ｍ采用２０００ｔ，厚度２０ｍｍ的Ｓ３２２０５双相不锈钢。

由于焊接量大，钢板厚，且多数焊接是在立焊和横焊位置进行，采用气保焊工艺比较合适。

受该大桥工程项目组的委托，普莱克斯（中国）焊接技术中心开展了双向不锈钢气保焊工艺的研究。

１试验参数
考虑公司信誉和产品性能等因素，选择了三家
焊机厂的脉冲和非脉冲焊机，五家焊丝厂的药芯焊丝和实芯焊丝，以及Ａｒ／２０％ＣＯ２，Ａｒ／１％～２％Ｏ２，Ａｒ／２％～
３％ＣＯ２ＳｔａｒｇｏｎＳＳ保护气体，
进行初步试验。

１．１工艺匹配
在初步试验基础上，选择性能较稳定、性价比较好的焊机，焊丝和气体组成以下匹配进行深入试验：
（１）非脉冲焊机＋双相钢药芯焊丝＋Ａｒ／２０％ＣＯ２
保护气体。

（２）脉冲焊机＋双相钢实芯焊丝＋Ａｒ／１％～２％Ｏ２保护气体。

（３）脉冲焊机＋双相钢实芯焊丝＋Ａｒ／２％～３％ＣＯ２
保护气体。

（４）脉冲焊机＋双相钢实芯焊丝＋ＳｔａｒｇｏｎＳＳ保护气体。

１．２焊接试板
采用大桥所用的Ｓ３２２０５双相不锈钢，尺寸３００ｍｍ×１５０ｍｍ×２０ｍｍ。

１．３焊接位置
根据大桥焊接位置的需要，采用横焊和立焊位
置的对接焊缝。

１．４焊前清理
接头坡口采用机加工，没有油污和水痕，焊前
用不锈钢钢丝刷清理。

１．５坡口设计
横焊、立焊焊缝坡口设计如图１所示。

１．６
操作工艺
（１）横焊焊缝的操作工艺。

第一道打底焊缝，采用较小规范的单面焊双面成型气保护焊（ＭＩＧ）工艺，背面通氩气保护，横向月牙型操作，形成正面略凹、
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填充焊丝φ／ｍｍ保护气体焊机焊接电流Ｉ／Ａ焊接电压Ｕ／Ｖ层间温度ｔ／℃焊接线能量Ｗ／ｋＪ・ｃｍ－１
表１
焊接参数
Ｅ２２０９Ｔ１１．２Ｅ２２０９Ｔ１１．２ＥＲ２２０９１．２ＥＲ２２０９１．２ＥＲ２２０９１．２ＥＲ２２０９１．２ＥＲ２２０９１．２ＥＲ２２０９１．２
Ａｒ＋２０％ＣＯ２Ａｒ＋２０％ＣＯ２Ａｒ＋１％～２％Ｏ２Ａｒ＋２％～３％ＣＯ２
ＳｔａｒｇｏｎＳＳＡｒ＋１％～２％Ｏ２Ａｒ＋２％～３％ＣＯ２
ＳｔａｒｇｏｎＳＳ
非脉冲焊机非脉冲焊机脉冲焊机脉冲焊机脉冲焊机
脉冲焊机脉冲焊机脉冲焊机
１８０～１９０１８０～１９０１２０～１４０１２０～１４０１２０～１４０
１２０～１４０１２０～１４０１２０～１４０２７～２８２７～２８２０～２１２０～２１２０～２１２０～２１２０～２１２０～２１
１００～１４０１００～１４０１００～１４０１００～１４０１００～１４０１００～１４０１００～１４０１００～１４０
６～１１９～１９５～１０５～１０５～１０１０～２０１０～２０１０～２０
药芯焊丝横焊
药芯焊丝立焊实芯焊丝横焊
实芯焊丝立焊
填充焊丝φ／ｍｍ保护气体操作性能焊接飞溅焊接烟尘表面质量焊缝清理表２
焊接工艺性能Ｅ２２０９Ｔ１１．２
ＥＲ２２０９１．２ＥＲ２２０９１．２ＥＲ２２０９１．２
Ａｒ＋２０％ＣＯ２Ａｒ＋１％～
２％Ｏ２Ａｒ＋２％～３％ＣＯ２
ＳｔａｒｇｏｎＳＳ
良好一般一般良好
较少较少较多较少
较多较少较少较少
较好一般一般较好
坡口内清渣困难无需清渣无需清渣无需清渣
填充焊丝φ／ｍｍ保护气体Ｘ光拍片检查强度试验弯曲试验冲击试验
表３
焊缝性能比较Ｅ２２０９Ｔ１１．２ＥＲ２２０９１．２ＥＲ２２０９１．２ＥＲ２２０９１．２Ａｒ＋２０％ＣＯ２Ａｒ＋１％～２％Ｏ２Ａｒ＋２％～３％ＣＯ２
ＳｔａｒｇｏｎＳＳ
合格（１或２级）不合格不合格
合格（１或２级）合格（≥６４０Ｎ／ｍｍ２）
合格合格
合格（≥６４０Ｎ／ｍｍ２）
合格不合格不合格合格
合格：＞６０Ｊ，但数据比较离散（８８～１９０Ｊ）
不合格不合格
合格：
＞６０Ｊ，且数据比较稳定（１１４～１３０Ｊ）背面饱满、没有气孔和焊瘤、成型良好的银白色
或金黄色焊道。

填充和盖面焊缝在操作上没有特殊要求。

（２）立焊焊缝的操作工艺。

第一道打底焊缝，采用较大规范的立向下单面焊双面成型气保护焊（ＭＩＧ）工艺。

背面通氩气保护，不摆动立向下拖焊，形成正面略凹，背面饱满，没有气孔和焊瘤，成型良好的银白色或金黄色或焊道，填充和盖面焊缝在操作上没有特殊要求。

１．７焊接参数
根据一系列焊接工艺和焊缝性能试验，得出较为合适的焊接参数，如表１所示。

２
试验结果
根据焊接操作过程和焊缝表面质量的观察比
较，焊接工艺性能如表２所示。

焊缝性能比较见表３。

图１
坡口设计
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３结果分析
药芯焊丝通过药芯加入稳弧剂和合金元素，改善了电弧吹力、电弧稳定性和焊缝机械性能，所以Ｘ光拍片和和机械性能比较好。

但在厚板特别是厚板横焊，药芯焊丝容易产生夹渣，造成冲击性能数据比较离散。

实芯焊丝与Ａｒ／１％～２％Ｏ２或Ａｒ／２％～３％ＣＯ２的混合气配合，由于电弧不稳定，熔深较浅，在厚板横焊和立焊中容易产生未焊透和气孔等缺陷，造成Ｘ光拍片和机械性能试验不合格。

ＳｔａｒｇｏｎＳＳ是普莱克斯针对不锈钢焊接开发的新型保护气，加入适量的Ｎ２，提高了电弧的稳定性和增加熔深，有利于减少和避免焊接气孔和未焊透，同时弥补双相不锈钢焊接中的Ｎ元素损耗，改善双相不锈钢的冲击性能，满足Ｘ光拍片和机械性能的要求。

另外，由于实芯焊丝成分较药芯焊丝均匀，焊渣清理和内部夹渣问题较少，所以冲击性能数据比较稳定。

由于双相不锈钢的药芯焊丝价格比实芯焊丝高许多，根据测算，采用实芯焊丝方案要比药芯焊丝方案，焊接成本低约３０％。

４结论
（１）选择合适的双向不锈钢药芯焊丝，Ａｒ／２０％ＣＯ２混合气和焊接工艺，可满足大桥横焊和立焊的需要。

（２）选择合适的双向不锈钢实芯焊丝，ＳｔａｒｇｏｎＳＳ混合气和焊接工艺，可满足大桥横焊和立焊的需要，并降低焊接成本约３０％。

船舶焊接曹宪贵等：双相不锈钢气保护焊工艺研究第６期
收稿日期：２００７－０６－０５
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