2205+双相不锈钢不同焊接方法下的接头性能

40
0 WM
HAZ
冲击位置
图 3 不同焊接方法的接头−40°C 冲击吸收功
1.4 腐蚀性能
双相不锈钢的优势之一就是具有良好的耐点蚀性能，同时耐点蚀性能也是评价双相不锈钢耐腐蚀性最重 要的参数，因此常采用 GB/T 17897—1999《不锈钢三氯化铁点腐蚀试验方法》的耐腐蚀性能。图 4 给出了 不同焊接方法得到的焊接接头浸泡失重速率结果，SMAW 接头由于焊接过程中，焊缝中会带入一些硅、锰 氧化物夹杂，且焊缝中氧位较高，耐蚀性较差，其失重速率一般较其他焊接方法要高，但能满足 ASTM A923-06(C 法)的小于 10 mdd 要求。根据生产企业经验，改善手工电弧焊焊缝腐蚀和冲击性能，采用短弧焊 （控制低电压），减少弧焊过程焊条摆动，将是一种比较有效的方法。
编号
SMAW TIG MIG SAW
表 5 焊接接头拉伸强度
拉伸类型
横向 横向 横向 横向
抗拉强度 Rm/MPa
780 790 780 785
断裂位置
热影响区 母材 母材 母材
弯曲试验 d=4a（180°）
无裂纹 无裂纹 无裂纹 无裂纹
冲击 功Akv/J
300
SMAW-WM
250
TIG-W M
Base Metal
2205 双相不锈钢不同焊接方法下的接头性能
腐蚀速率/ mg ·dm -2 ·day-1
10 8 6 4 2 0 SMAW
T IG
MIG
焊接方法
SAW
Biblioteka Baidu
图 4 焊接接头点腐蚀速率
2 高能束流焊接接头性能
近年来，随着制造技术的进步，越来越多的工业领域开始采用先进焊接方法，如海水淡化的热交换管以 及造船行业中厚船板的对接等，利用激光、激光复合热源高能束流焊接的案例不断涌现。
表 1 2205 及不同填充材料的主要化学成分(质量分数, ％)
材料 2205 2205 AC/DC ER2209-TIG ER2209-MIG ER2209-SA
C
Cr
Ni Mo N
Fe
0.024 21.09 5.36 3.01 0.16 余量
0.026 22.29 8.86 2.96 0.17 余量
200
150
100
50
0
Size:10×10×55 mm
-200 -180 -160 -140 -120 -100 -80 -60 -40 -20 0 20 40
试验温 度/℃
图 2 SMAW 与 TIG 焊接接头冲击吸收功曲线
冲击 功Akv/J
240
SMAW
200
T IG
MIG
SAW
160
120
80
2205 双相不锈钢不同焊接方法下的接头性能
王治宇 张 伟 胡锦程 宋红梅 江来珠
(宝山钢铁股份有限公司宝钢股份研究院，上海 201900 ) 1
摘 要 本文介绍了双相不锈钢 2205 的焊接性及焊接特点，并采用焊条电弧焊（SMAW）、钨极氩弧焊（TIG）、 熔化极气体保护焊（MIG）、埋弧焊（SAW）、激光焊（LBW）以及激光复合焊（LHW）等不同焊接方法对双相 不锈钢 2205 进行了焊接，对焊后接头的微观组织、力学性能及腐蚀性能进行了对比分析。结果表明，只要合理地 选择焊接方法及焊接工艺，双相不锈钢均可实现较好的接头综合性能，以此可满足不同工业应用领域的用户需求。 关键词 双相不锈钢 焊接 微观组织 力学性能 腐蚀性能
第八届（2011）中国钢铁年会论文集
铁素体相会导致双相不锈钢韧脆转变温度显著高于奥氏体不锈钢。具体表现为较低温度时，随着温度降低双 相不锈钢的冲击值下降。图 2 是 2205 双相不锈钢母材及 SMAW、TIG 焊接接头在−196~ 20℃温度区间的冲 击功曲线。手工电弧焊因其特殊的焊接工艺特性，焊后接头冲击功较其他焊接方法要低，但仍能满足 ASTM A923−06（B 法）的 2205 双相不锈钢焊缝 34J（−40°C）和热影响区 54J（−40°C）的冲击功要求。图 3 是不 同焊接方法接头焊缝区在-40°C 的冲击性能。
0.012 23.20 8.12 3.19 0.15 余量
0.011 23.10 8.70 3.10 0.17 余量
0.017 23.00 8.54 3.07 0.16 余量
点蚀当量PREN 33.6 34.8 36.1 36.1 35.7
表 2 2205 及不同填充材料的力学性能
材料
2205 2205 AC/DC ER2209-TIG ER2209-MIG ER2209-SA
2205 双相不锈钢不同焊接方法下的接头性能
表 3 焊接坡口尺寸
坡口形状
方法及尺寸
SMAW: d = 2.5 mm, k = 1 mm, α = 60°
TIG: d = 2 mm, k = 1 mm, α = 60° MIG: d = 2 mm, k = 1 mm, α = 60°（单面坡口形式） SAW: d = 0 mm, k = 4 mm, α = 86°
双相不锈钢的发明源于上世纪 30 年代，它时快时慢的开发过程明显受到周期性的镍资源短缺的影响， 同时由于存在材料、焊接等问题，之间一直没有大规模应用，直至 20 世纪 70~80 年代第二代新型含氮双相 不锈钢的开发成功，才使得该类不锈钢逐步获得广泛应用[1]。2205 作为第二代双相不锈钢其中的一种，由于 具有优良的力学性能、耐腐蚀性能和较好的焊接性，被广泛应用于石化、造纸、海洋运输、海水淡化等行业。
双相不锈钢优良的性能是靠适当比例的两相组织来保证的。焊接工艺参数对焊缝的组织有很大的影响。 焊接过程采用的线能量过低，工件冷却速度过快，焊缝及热影响区会产生过多的铁素体和氮化物，从而降低 焊接接头的腐蚀抗力和韧性；线能量过高，工件的冷却速度过慢，焊缝及热影响区可能析出金属间相，也会 使焊接接头的腐蚀抗力和韧性降低[2]。实际应用中，双相不锈钢接头的使用缺陷主要体现为接头脆性和耐蚀 性下降，具体的原因有焊缝及热影响区两相比例失调、二次相析出（金属间相、氮化物等）、α＇相脆化等[3]。 而采取合适的焊接方法及工艺，或同时选用适当的填充材料，就能得到相对合格的焊接接头[4]。本文将针对 宝钢不同厚度规格的 2205 双相不锈钢在不同领域的推广和应用情况，介绍不同焊接方法及对应工艺条件下
屈服强度 Rp/MPa
505 632 626 568 610
抗拉强度 Rm/MPa
805 818 809 782 805
断后伸长率 A /% 38.0 24.0 28.0 30.0 31.0
显微硬度 Hv 254 — — — —
合适的坡口对接形式，焊接过程中严格的热输入（<2.0 kJ/mm）和层间温度(<150℃)控制, 有效的焊接 熔池及背面保护，都是保证接头焊接质量的前提。焊接试验采用平板拼焊形式，不同焊接方法的坡口设置见 表 3。焊件坡口焊前均经过丙酮去油污处理， SMAW 采用双面多层焊接，正反面各 4 道，每层热输入大小 在 1.0~1.5 kJ/mm 之间；TIG 焊正面 5 道，反面 4 道，焊接保护气 Ar+1.5﹪ N2，每层热输入大小在 1.1~1.8 kJ/mm 之间；MIG 焊采用单面多道焊，每层热输入大小在 1.0~1.5 kJ/mm 之间；SAW 采用正反面单道焊，每道热 输入均在 2.0 kJ/mm 左右。
Abstract The weldability and the key welding technique of the 2205 duplex stainless steel were introduced, and welding tests were conducted on plates and sheets of duplex stainless steel 2205 by Shielded Metal Arc Welding (SMAW), Tungsten Inner Gas Welding (TIG), Metal Inner Gas Welding (MIG), Submerge Arc Welding (SAW), Laser Beam Welding (LBW) and Laser Hybrid Welding (LHW) six different arc welding methods, then microstructure, mechanical property and corrosive property of welded joints were analyzed. The results indicate that the excellent comprehensive property of 2205 joints can be obtained with appropriate welding method and welding procedure. So the joint performance can meet user’s requirements in different industrial applications. Key words duplex stainless steel, welding, microstructure, mechanical property, corrosive property
1.2 微观组织
图 1 为不同电弧焊接方法对应焊接工艺条件下得到焊接接头的焊缝（WM）及热影响区（HAZ）附近组 织。焊缝金属都含有奥氏体和铁素体的混合组织，由于焊缝中不同部位合金成分和冷却速度的差异，四种形 态的奥氏体比例也有所不同，但都满足单相比例 30%~70%的要求。表 4 是焊接接头铁素体比例测量结果， 其测定位置均为焊缝中上部区域。
SMAW TIG MIG SAW
38.2
58.6
53.2
60.2
ASTM E562-02
47.4
62.2
47.5
58.5
1.3 力学性能
几种焊接方法得到的接头力学性能见表 5，接头的抗拉强度均与母材相当，在 800 MPa 左右。另外，除 常规拉伸力学性能之外，双相不锈钢接头韧性也是关键指标。其原因在于双相不锈钢由于存在两相组织，其
1.1 试验材料及过程
利用上述的 SMAW、TIG、MIG 以及 SAW 四种不同的焊接方法对宝钢 15 mm 厚 2205 双相不锈钢板进 行焊接，焊材分别采用 Avesta 的 2205 AC/DC 焊条、ER2209-TIG 焊丝、ER2209-MIG 焊丝和 ER2209-SA 焊 丝。焊条直径Φ3.2 mm、Φ4.0 mm 两种，TIG 焊丝Φ2.4 mm，MIG 焊丝为Φ1.6 mm，SA 焊丝Φ3.2 mm。 材料的主要化学成分及性能如见表 1、表 2。其中，材料的点蚀当量按公式 PREN=Cr%+3.3 × Mo%+16 × N% 计算。
Joint Performance of Duplex Stainless Steel 2205 by Different Welding Methods
Wang Zhiyu Zhang Wei Hu Jincheng Song Hongmei Jiang Laizhu
(Research and Development Center, Baoshan Iron & Steel Co., Ltd., Shanghai, 201900)
(a) SMAW-WM
(b) TIG-WM
50 um
(c) MIG-WM
(d) SAW-WM
(e) SMAW-HA Z
(f) TIG-HAZ
50 um
（g）MIG-HAZ
图 1 接头各区微观组织
(h) SAW-HAZ
表 4 不同焊接方法接头中上部 α 铁素体测量结果
焊接方法
铁素体测定值
WM
HAZ
备注
王治宇，男，硕士，工程师，主要从事不锈钢产品研发及焊接方面的技术研究工作, wangzhiyu@baosteel.com
第八届（2011）中国钢铁年会论文集
接头性能。
1 电弧焊接方法的接头性能
电弧焊分熔化极电弧焊和非熔化极电弧焊两种。实际使用的焊接法是考虑了工作效率、焊接性等因素而 决定的, 特别是焊接方法须与工件规格、结构等相适应。工作效率取决于熔敷金属量，而熔敷量则按 TIG、 SMAW、MIG、SAW 的顺序增多。一般情况下，与熔敷量成正比的合适的焊接板厚范围：TIG 在 2.5 mm 以 下；SMAW 为 2.5~25 mm；MIG 为 4~16 mm；SAW 为 12 mm 以上。