2205双相不锈钢复合板焊接工艺

2205双相不锈钢复合板焊接工艺

1、材料特性

1.1 2205双相不锈钢成分特点

2205双相不锈钢（00Cr22Ni5Mo3N）是中合金双相不锈钢的代表品种，组织中铁素体和奥氏体各约占50%，其成分特点是超低碳、含氮，氮是强烈的奥氏体形成元素，加入到双相不锈钢中，既提高钢的强度且不损伤钢的塑韧性，又增强了其在氯离子浓度较高的酸性介质中的耐应力腐蚀和抗点蚀性能。由于其具有良好的耐腐蚀性能、力学性能、加工性能和焊接性能，广泛应用于石油和天然气工业、化学和石化加工工业、化肥工业、运输业、造纸和制盐轻工业等。

1.2 2205/Q235B双相不锈钢复合板的生产机制及特点

2205/Q235B双相不锈钢复合板材料是采用基材Q235B和复材2205不锈钢爆炸焊接而成。爆炸焊接生产复合板以炸药为能源介质，利用爆炸产生的冲击波推动复板向基板运动，在排出间隙中气体的同时通过撞击，在接触界面上发生薄层金属的塑形变形、融化和原子间的扩散，从而使金属板之间焊合。大量的研究以及成熟的生产工艺都表明，复合板各元素在界面附近为梯度过渡，呈渐进分布，复合板基材/复材界面区域形成牢固的冶金结合过渡区。达到在不降低使用效果（防腐性能、机械强度等）的前提下节约资源、降低成本的效果。

2、焊接性

2.1复材的焊接

2205双相钢钢为超低碳的奥氏体-铁素体不锈钢，在通过固溶处理后具有良好的韧性、强度和焊接性，由于该钢Cr当量与Ni当量比值适当，在高温加热后仍保留有较大量的一次奥氏体组织，又可使二次奥氏体组织在冷却中生成，使钢中的奥氏体相总量不低于30%～40%，因而使钢具有良好的耐腐蚀性能；因母材中含有较高的N，焊接近缝区不会形成单相铁素体区，奥氏体含量一般不低于30%。

双相不锈钢2205具有良好的焊接性，焊接冷裂纹和热裂纹的敏感性都较小。通常焊前不预热，焊后不热处理。

2.2过渡层的焊接

2205/Q235B复合板焊接过渡层时，由于其符合界面成分复杂，要在保证熔合良好的前提下，尽量减少基材金属的熔入量，即降低熔合比。为此，应采用较小直径的焊条及较小的焊接线能量，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能。

2.3基层的焊接

基层为Q235B碳素钢板，焊接工艺成熟。在这里我们选取的J506焊条为低氢钾型焊条，是在低氢钠型基础加入稳弧剂，改善电弧工艺性能，增强了抗裂性。

2.4焊接要点双相不锈钢焊接接头的力学性能和耐蚀性能取决于焊接接头能否保持适当的金相比例，因此，焊接是围绕如何保证其双相组织进行的。当铁素体和奥氏体量各接近50%时，性能较好，接近母材的性能。改变这个比例关系，将使双相不锈钢焊接接头的耐蚀性能和力学性能（尤其是韧性）下降。双相不锈钢2205铁素体含量的最佳值是45%。过低的铁素体含量（<25%）将导致强度和抗应力腐蚀开裂能力下降；过高的铁素体含量（>75%）也会有损于耐蚀性和降低冲击韧性。

金相比例的影响因素如下：

焊接接头中铁素体和奥氏体的平衡关系既受到钢中合金元素含量的影响，又受到填充金属、焊接热循环、工艺参数的影响。

（1）合金元素的影响

根据研究和大量试验发现，复材中含氮是非常重要的。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和扩大奥氏体元素，但是，

氮的能力远远大于镍。在高温下，氮稳定奥氏体的能力也比镍大，可防止焊后出现单相铁素体，并能阻止有害金属相的析出。

由于焊接热循环的作用，自熔焊或填充金属成分与母材相同时，焊缝金属的铁素体量急剧增加，甚至出现纯铁素体组织。为了抑制焊缝中铁素体的过量增加，采用奥氏体占优势的焊缝金属是双相不锈钢的焊接趋。目前，填充材料一般都是在提高镍的基础上，再加入与母材含量相当的氮。

（2）热循环的影响

双相不锈钢复合板焊接的最大特点是焊接热循环对焊接接头内的组织有影响，无论焊缝还是热影响区都会有相变发生，这对焊接接头的性能有很大影响。因此，多层多道焊是有益的，后续焊道对前层焊道有热处理作用，焊缝金属中的铁素体进一步转变为奥氏体，成为以奥氏体占优势的两相组织，从而使整个焊接接头的组织和性能显著改善。

（3）工艺参数的影响

焊接工艺参数即焊接线能量对双相组织的平衡也起着关键的作用。由于复层双相不锈钢在高温下是100%的铁素体，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的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。

为了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，并使用镍含量比母材高、氮含量与母材相当的填充金属。

3、焊接工艺评定

在本项目上，我们根据现场实际情况，结合设计图纸并参考了其他兄弟单位的焊接参数，选取了一组尺寸为350*400mm、厚度为16+2的2205双相不锈钢板复合板，来进行焊接工艺评定。

3.1焊接位置和焊接方法的选择

焊接位置选择水平固定。为保证内部质量，根据施工要求，均选用大西洋牌焊条，且按说明烘烤。

3.2焊接材料的选择

复层焊条选用大西洋牌（E2209-16，Φ3.2），过渡层选用大西洋牌（CHS062，Φ3.2），基层选用大西洋牌（J506）。

复层、过渡层和分别选择的焊接材料成分对比如表3.2：

3.3坡口形式和尺寸

根据现场情况，坡口形式采用双V形坡口（坡口形式和尺寸见下表），双面焊接。表3.3

3.4焊接参数的选择

焊接时选择的规范参数如下：表3.4

焊缝表面清理、外观检查和酸洗钝化后，进行射线探伤，探伤结果符合JB/T4730.2-2005 Ⅰ级标准。

按照JB4708规定，对试件截取试样，进行下列试验：

拉伸（拉伸试验符合《金属拉伸试验方法》GB228的规定，拉伸强度分别为720 MPa、725MPa）2个；

侧弯（弯曲试验符合《金属弯曲试验方法》GB232的规定）4个；

焊缝和热影响区冲击（冲击试验符合《金属夏比缺口冲击试验方法》GB/T229的规定，焊缝区冲击功分别为107J、109J、139J，平均为118J；热影响区冲击功分别为282J、282J、276J，平均为280J）各3个；

点腐蚀（点腐蚀试验符合《不锈钢三氯化铁点腐蚀试验方法》GB/T17897-1999的规定，3个试样的腐蚀量分别为2.329、2.560、2.138mg/24h，平均为2.342mg/24h，质量损失小于0.1mg/cm2）3个。

结果各项检测和试验均符合规范和设计规定，证明选择的焊接材料和焊接工艺是正确的，在此基础上编制了焊接作业指导书，并进行了技术交底。

4、焊接工艺

在焊接工艺评定的基础上，母液桶的制安正式开始。施工程序如下：

4.1选择焊接方式及焊接材料，见下表：