CN102962562A

CN102962562A - 一种双相不锈钢焊接接头铁素体控制方法

Info

Publication number: CN102962562A
Application number: CN201210504853XA
Authority: CN
Inventors: 谢金山
Original assignee: YONGSHENG MACHINERY INDUSTRY (KUNSHAN) Co Ltd
Current assignee: YONGSHENG MACHINERY INDUSTRY (KUNSHAN) Co Ltd
Priority date: 2012-12-03
Filing date: 2012-12-03
Publication date: 2013-03-13

Abstract

本发明公开了一种双相不锈钢焊接接头铁素体控制方法，包括以下步骤：a.焊前用机械方法将双相不锈钢待焊接头处刨出坡口；b.采用直径为2.4mm的ER2209焊丝作为填充金属填入坡口；c.将两块按照步骤a处理好的双相不锈钢待焊接头水平对接装配放置；d.采用钨极氩弧焊在水平位置进行焊接；e.采用多层多道焊进行焊接。这种双相不锈钢焊接接头铁素体控制方法可以对双相不锈钢焊接接头中铁素体进行准确的控制；对于同一种牌号的双相不锈钢，能够根据设备的不同性能要求，通过在焊接过程中测量铁素体并调整焊接工艺参数，可以得到不同的相比例，以优化设备的性能。

Description

一种双相不锈钢焊接接头铁素体控制方法

技术领域

本发明涉及一种双相不锈钢焊接接头，尤其涉及一种双相不锈钢焊接接头铁素体控制方法。

背景技术

双相不锈钢是指基体组织主要由奥氏体、铁素体或马氏体中任何两相所组成的不锈钢。通常特指奥氏体-铁素体双相不锈钢，双相不锈钢是在其固溶组织中铁素体相与奥氏体相约各占50%的不锈钢。它兼具了奥氏体和铁素体不锈钢两者的优点，将奥氏体不锈钢所具有的优良韧性和焊接性与铁素体不锈钢所具有的较高强度和耐氯化物应力腐蚀性能结合在一起，其屈服强度约为奥氏体不锈钢的2倍，疲劳强度及抗腐蚀能力也优于奥氏体钢，特别是其膨胀系数接近于一般的碳钢，具有良好的焊接性，热、冷裂纹倾向较小。正是这些优越的性能使双相不锈钢作为可焊接的结构材料发展迅速，在海洋工程、化工、电力工程等方面得到广泛的应用。

双相不锈钢的相比例是影响其性能的关键因素，当铁素体和奥氏体相比例接近50%时性能较好，一般较少相的含量最少也需要达到30%。对于双相不锈钢的焊接，其焊接接头的力学性能和耐腐蚀性能主要取决于焊接接头的组织中能否保持适当的相比例，如果这个比例关系发生改变，将使双相不锈钢接头焊缝金属的耐腐蚀性和力学性能（尤其是韧性）受到很大影响。过低的铁素体相含量（＜25%）将导致接头强度和抗应力腐蚀开裂性能下降；而过高的铁素体相含量（＞75%）将导致接头的耐蚀性和冲击韧性降低。焊接接头的相比例平衡关系不仅受到材料本身合金元素含量的影响，还受到焊接热循环、填充金属、保护气体等因素的影响。

当前，行业中对双相不锈钢焊接接头相比例的控制方法是：第一，由于氮和镍是形成奥氏体和扩大奥氏体元素，因此在焊接材料中提高镍或是加氮，以抑制铁素体的过量增加，目前，填充材料一般都是在提高镍的基础上，再加入母材含量相当的氮；第二，采用多层多道焊，利用后续焊道对前层焊道有热处理作用，并控制层间温度，以减少焊缝在脆性区间内的冷却时间，降低脆性相析出的可能性；第三，由于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温室下过冷保持下来。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。因此，控制焊接线能量和层间温度，会使焊接接头的相比例得到较好的控制。

通常，为了使焊接接头得到理想中的相比例，会通过大量的焊接工艺试验，以确定所需的焊接材料以及焊接工艺参数，然后按照评定合格的焊接工艺规程进行施焊。然而，由于在焊接过程中，受到材料、焊工、工艺、环境、设备等综合因素的影响，双相不锈钢焊接接头相比例的控制还是比较困难，而且，现在基本上都是在焊接完成以后才测定焊接接头的铁素体含量，一旦发现不符合要求，也无法挽回了。此外，由于产品使用的工况、所接触的介质等不同，客户对双相不锈钢设备的焊缝性能要求也就不尽相同。比如当焊缝有高硬度的要求时，需要提高铁素体的含量；焊缝有高冲击韧性的要求时，需要提高奥氏体的含量。因此，固定的焊接工艺规程往往不能满足不断变化的产品要求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种不仅可以实现双相不锈钢焊接接头铁素体含量的过程控制，减少由于铁素体过高或过低导致报废的制造成本，还可以根据客户对双相不锈钢焊接接头相比例的要求，在焊接过程中调整和控制铁素体含量，以达到客户所需的最终的相比例要求的一种双相不锈钢焊接接头铁素体控制方法。

为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：一种双相不锈钢焊接接头铁素体控制方法，包括以下步骤：a.焊前用机械方法将双相不锈钢待焊接头处刨出角度为30°+5°，钝边为1～2mm的坡口，然后使用不锈钢丝刷、钢玉砂轮清理干净坡口内外50mm范围内污物毛刺等，并用丙酮清洗坡口表面；b.采用直径为2.4mm的ER2209焊丝作为坡口内的填充金属，焊丝如果有油污，焊前用使用酸溶液进行酸洗，然后用清水冲洗至中性，烘干备用；c.将两块按照步骤a处理好的双相不锈钢待焊接头水平对接装配放置，使接头间隙为1～2mm；d.采用钨极氩弧焊在水平位置进行焊接，焊接过程中，采用小的线能量焊接，焊枪电流为100-120A，电压为14-18V，焊接速度为6-7cm/min，焊枪内保护气体为氩气和(1%-2%)氮气的混合气体，气流流量为14-16L/min，根部采用纯氩气保护，纯度为99.99%，气流流量为13-15L/min；e.采用多层多道焊，每层焊缝的厚度应小于等于2.5mm，层间温度不得高于150℃，每焊完一层，待冷却后使用铁素体测试仪测定焊缝的铁素体含量，根据测得的结果，即时调整焊接参数然后再焊接下一道，以此类推，直到焊缝得到理想的铁素体与奥氏体的相比例，即完成焊接。

进一步地，所述所有的焊接均为直道焊接，填充盖面焊接为左右交叉的直道焊接组成。

进一步地，所述步骤a中双相不锈钢为21%铬、2.5%钼及4.5%镍氮合金构成的2205双相不锈钢。

进一步地，所述步骤b中ER2209焊丝的化学成分为：C≤0.03，Mn 1.00-2.50，Si≤0.60，S≤0.020，P≤0.030，Ni 11.00-14.00，Mo 2.00-3.00，Cr 18.00-20.00。

再进一步地，所述步骤b中酸溶液为5%HF水溶液与35% HNO₃的混合液。

再进一步地，所述步骤d中钨极氩弧焊焊接工艺中采用的钨棒直径为2.4mm，钨的质量分数为99.9%，钨棒端部打磨成尖锥型。

再进一步地，所述步骤d中钨极氩弧焊焊接工艺中采用钨极氩弧焊机为逆变式直流钨极氩弧焊机，焊嘴直径为12mm。

更进一步地，所述步骤e中铁素体测试仪便携式，型号为MP-30ES，测量范围是0.1～80%Fe。

与现有技术相比，本发明的有益之处在于：这种双相不锈钢焊接接头铁素体控制方法可以对双相不锈钢焊接接头中铁素体进行准确的控制，不至于因在焊接完成以后才得知铁素体和奥氏体的相比例而导致不必要的损失；对于同一种牌号的双相不锈钢，能够根据设备的不同性能要求，通过在焊接过程中测量铁素体并调整焊接工艺参数，可以得到不同的相比例，以优化设备的性能。

附图说明：

附图1为焊接接头结构示意图。

具体实施方式：

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细描述。

实施例一：

取两块相同尺寸规格（100mm×100mm×2.5mm）的2205双相不锈钢板，采用填丝钨极氩弧焊进行焊接。

焊前用机械方法将双相不锈钢待焊接头处刨出角度为30°+5°，钝边为1～2mm如图1所示的坡口，然后使用不锈钢丝刷清理干净坡口内外50mm范围内污物毛刺等，并用丙酮清洗坡口表面。接着采用直径为2.4mm的ER2209焊丝作为坡口内的填充金属，焊前用砂纸将焊丝打磨光洁。将两块按照事前处理好的双相不锈钢待焊接头水平放置、电焊装配，使接头间隙为1～2mm。采用钨极氩弧焊在水平位置进行焊接，焊接过程中，采用小的线能量焊接，电流为100-120A，电压为14-18V，焊接速度为6-7cm/min，焊枪内保护气体为氩气和(1%-2%)氮气的混合气体，气流流量为14-16L/min，根部采用99.99%纯氩气保护，气流流量为13-15L/min。采用多层多道焊，每层焊缝的厚度应小于等于2.5mm，层间温度不得高于150℃，每焊完一层，待冷却后便用铁素体测试仪测定焊缝的铁素体含量，根据测得的结果，参照表1的焊接工艺即时调整焊接参数再焊接下一道，以此类推，直到焊缝得到理想的铁素体与奥氏体的相比例。钨极氩弧焊焊接采用逆变式直流钨极氩弧焊机，焊嘴直径为12mm；采用直径为2.4mm的钨棒，钨的质量分数为99.9%，钨棒端部打磨成尖锥型。

表1 焊接参数与焊缝中铁素体含量的关系

Figure 201210504853X100002DEST_PATH_IMAGE001

所得到的双相不锈钢材料焊缝熔合良好，奥氏体和铁素体比例能得到有效的控制，且未发现焊接缺陷，焊接接头的力学性能满足标准和使用要求。

这种双相不锈钢焊接接头铁素体控制方法可以对双相不锈钢焊接接头中铁素体进行准确的控制，不至于因在焊接完成以后才得知铁素体和奥氏体的相比例而导致不必要的损失；对于同一种牌号的双相不锈钢，能够根据设备的不同性能要求，通过在焊接过程中测量铁素体并调整焊接工艺参数，可以得到不同的相比例，以优化设备的性能。

需要强调的是：以上仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims

1.一种双相不锈钢焊接接头铁素体控制方法，其特征是，包括以下步骤：

a. 焊前用机械方法将双相不锈钢待焊接头处刨出角度为30°+5°，钝边为1～2mm的坡口，然后使用不锈钢丝刷、钢玉砂轮清理干净坡口内外50mm范围内污物毛刺等，并用丙酮清洗坡口表面；

b. 采用直径为2.4mm的ER2209焊丝作为坡口内的填充金属，焊丝如果有油污，焊前用使用酸溶液进行酸洗，然后用清水冲洗至中性，烘干备用；

c. 将两块按照步骤a处理好的双相不锈钢待焊接头水平对接装配放置，使接头间隙为1～2mm；

d. 采用钨极氩弧焊在水平位置进行焊接，焊接过程中，采用小的线能量焊接，焊枪电流为100-120A，电压为14-18V，焊接速度为6-7cm/min，焊枪内保护气体为氩气和(1%-2%)氮气的混合气体，气流流量为14-16L/min，根部采用纯氩气保护，纯度为99.99%，气流流量为13-15L/min；

e. 采用多层多道焊，每层焊缝的厚度应小于等于2.5mm，层间温度不得高于150℃，每焊完一层，待冷却后使用铁素体测试仪测定焊缝的铁素体含量，根据测得的结果，即时调整焊接参数然后再焊接下一道，以此类推，直到焊缝得到理想的铁素体与奥氏体的相比例，即完成焊接。

2. 根据权利要求1所述的双相不锈钢焊接接头铁素体控制方法，其特征是，所述所有的焊接均为直道焊接，填充盖面焊接为左右交叉的直道焊接组成。

3. 根据权利要求1所述的双相不锈钢焊接接头铁素体控制方法，其特征是，所述步骤a中双相不锈钢为21%铬、2.5%钼及4.5%镍氮合金构成的2205双相不锈钢。

4. 根据权利要求1所述的双相不锈钢焊接接头铁素体控制方法，其特征是，所述步骤b中ER2209焊丝的化学成分为：C≤0.03，Mn 1.00-2.50，Si≤0.60，S≤0.020，P≤0.030，Ni 11.00-14.00，Mo 2.00-3.00，Cr 18.00-20.00。

5. 根据权利要求1所述的双相不锈钢焊接接头铁素体控制方法，其特征是，所述步骤b中酸溶液为5%HF水溶液与35% HNO₃的混合液。

6. 根据权利要求1所述的双相不锈钢焊接接头铁素体控制方法，其特征是，所述步骤d中钨极氩弧焊焊接工艺中采用的钨棒直径为2.4mm，钨的质量分数为99.9%，钨棒端部打磨成尖锥型。

7.根据权利要求1所述的双相不锈钢焊接接头铁素体控制方法，其特征是，所述步骤d中钨极氩弧焊焊接工艺中采用钨极氩弧焊机为逆变式直流钨极氩弧焊机，焊嘴直径为12mm。

8. 根据权利要求1所述的双相不锈钢焊接接头铁素体控制方法，其特征是，所述步骤e中铁素体测试仪便携式，型号为MP-30ES，测量范围是0.1～80%Fe。