CN110497068A - 双相不锈钢的tip tig焊接工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明提供的双相不锈钢的TIP TIG焊接工艺，包括以下步骤：1、焊接材料的选择和焊接工艺的制定，2、焊接坡口加工，3、焊前准备工序，4、双相不锈钢的焊接，5、焊缝检测；通过半自动TIP TIG焊接工艺，解决现有的双相不锈钢手工GTAW焊接速度慢，焊接效率低以及埋弧焊SAW焊接位置受限的问题，既能保证焊接质量，又能提高焊接效率，实现了双相不锈钢高质量、高效率、全工况、全厚度范围内的半自动全位置焊接；保证了焊接质量，减小了焊接电流，减小了焊接热输入，缩小了热影响区，具有低的焊接热变形，焊缝表面成型好，操作可控性强；提高了焊接效率，在车间、现场施工场地均可实现双相不锈钢的全位置焊接。

Description

双相不锈钢的TIP TIG焊接工艺
【技术领域】
本发明涉及不锈钢焊接工艺，尤其涉及一种双相不锈钢的TIP TIG焊接工艺。
【背景技术】
双相不锈钢是指显微组织有铁素体和奥氏体两相组成的一类不锈钢，同时具有铁素体不锈钢和奥氏体不锈钢的优点，具有较好的塑性、韧性、强度和耐腐蚀性，在石油化工，能源工业，交通运输也等诸多领域有着广泛的应用。双相不锈钢在焊接时焊接难度较大，焊接参数对焊接接头的金相组织有很大影响，从而直接影响焊接接头的性能。若焊接过程中采用的线能量过低，冷却速度过快，则焊缝及热影响区就会产生过多的铁素体和氮化物，从而降低焊接接头的耐腐蚀性和韧性；若焊接线能量过高，冷却速度过慢，则焊缝及热影响区可能析出金属间化合物，也会使焊接接头的耐腐蚀性和韧性降低，焊接时在不影响焊接接头质量的前提下尽量选用较小的焊接线能量，使焊接部位可以快速冷却，保证铁素体和奥氏体的比例合适。
双相不锈钢传统的焊接方法为手工GTAW焊接和埋弧焊SAW焊接，传统的GTAW焊接方法，虽然保证了焊接质量，但是操作复杂、操作慢，送丝速度慢，焊接速度慢，焊接效率低；埋弧焊SAW的焊接方法，在双相不锈钢上的应用，很大程度提升了双相不锈钢的焊接效率，但是埋弧焊SAW的应用范围窄，且受焊接场所、焊接位置的限制，只适用于较厚焊接件的焊接，且其焊接位置仅限于平焊位置。因此，既可以保证焊接质量，又可以提高焊接效率实现全位置焊接的焊接技术有待发展。
TIP TIG焊接技术是一种独特的动态振动自动送丝的热丝TIG焊接技术，TIP TIG焊接技术超越了一般的热丝TIG焊接技术，从根本上突破了传统TIG焊接技术和工艺的局限；被认为是当今国际市场上效率最高的氩弧焊焊接技术之一，焊接质量和焊接效率都达到国际领先水平，TIP TIG焊接技术实现了高质量、高效率、全工况、全厚度范围内的全位置焊接。
随着双相不锈钢越来越广泛的应用，对焊接质量及焊接效率的要求越来越高，如何将TIP TIG焊接技术应用于双相不锈钢的焊接上，改善双相不锈钢的焊接难度、保证双相不锈钢的焊接质量和提升双相不锈钢的焊接效率，是目前双相不锈钢焊接行业在焊接工艺制定中迫切需要解决的技术问题。
【发明内容】
本发明的双相不锈钢的TIP TIG焊接工艺，实现了双相不锈钢高质量、高效率、全工况、全厚度范围内的半自动全位置焊接，改善了双相不锈钢的焊接难度，有效保证双相不锈钢的焊接质量、保证焊接接头具备良好的组织和特有的性能，减小了焊接电流，减小了焊接热输入和缩小了热影响区，具有低的焊接热变形，焊缝表面成型好，操作可控性强；大大提升了双相不锈钢的焊接效率，在车间、现场施工场地均可实现双相不锈钢的全位置焊接，大幅度节省了生产和施工的成本。
为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案是：
一种双相不锈钢的TIP TIG焊接工艺，包括以下步骤：
1、焊接材料的选择和焊接工艺的制定
(1)、焊接材料的选择：
选用双相不锈钢为22Cr-5Ni-3Mo-N型不锈钢；
选用AWS A5.9、AWS Classification为ER2209的焊丝，焊丝规格为Φ1.0mm；
(2)、焊接方法的选择：
封底焊接工艺采用GTAW焊接或者TIP TIG焊接进行全位置封底焊接；
填充焊接工艺采用TIP TIG焊接进行全位置填充焊接；
盖面焊接工艺采用TIP TIG焊接进行全位置盖面焊接；
(3)、焊接工艺参数：
焊接工艺参数的制定，采用西安泰普的半自动TIP TIG焊接设备，钨极类型为2％CeO2的铈钨极，氩气纯度为99.997％，氩气流量15～25L/Min；
封底焊接的焊接电流为85～100A，电压范围为10～12V，焊接速度控制为40～80mm/Min，控制焊接热输入为0.7～1.5KJ/mm；
填充层焊接的电流为125～170A，电压范围为10～13V，焊接速度控制为60～110mm/Min；
盖面层焊接的电流为125～170A，电压范围为10～13V，焊接速度控制为70～110mm/Min；
控制焊接热输入为0.7～1.5KJ/mm；
焊接层间温度控制在150℃以下；
2、焊接坡口加工
采用机械方法加工待焊工件坡口，坡口形式为60±5°的V型坡口，钝边1～2mm：
3、焊前准备工序
(1)、坡口组对：
检查坡口加工质量，确保坡口及其25mm区域的完好，从管体材料中切取点焊块，使用手工GTAW焊接方法或者TIP TIG焊接方法将点焊块焊于坡口内进行组对，坡口组对间隙为2～4mm；
(2)、对坡口表面及焊丝进行清理：
使用不锈钢钢丝刷对焊接坡口及两侧至少25mm范围内进行清理；
(3)、待焊件湿气的去除：
用电吹风机对待焊工件进行烘干，去除母材表面的水分。
(4)、保护气体选择：
焊接保护气体符合AWS A5.32标准，纯度为99.997％的氩气；
(5)、背部充气：
采用水溶性的塞堵将焊道两边的管线各自封堵，焊道采用胶带将焊接坡口环绕密封；
密封后，通99.997％的氩气进行背面充气保护，气体流量为20～25L/Min，不锈钢管线一侧通进气管，不锈钢管线另一侧通出气管，并使用测氧仪测量密封腔体内的氧气浓度，背部保护气体的氧气浓度应低于0.1％时开始封底焊接，为防止氩气流失，焊接时边焊边揭胶带；
对应整个封底焊过程，确保氧气含量一直低于0.1％，熔敷6.4mm填充金属或填充三层焊缝后停止背部充气；
4、双相不锈钢的焊接
焊接采用多层多道焊接方法；
(1)、焊接前，使用测氧仪测背部气体的氧气浓度，背部保护气体的氧气浓度低于0.1％时，由相应焊工证的焊工从管子6点钟方向，立向上开始封底焊接，焊接过程中持续通背部保护气体；
(2)、封底层的焊接，采用手工GTAW焊接或者半自动TIP TIG焊进行封底焊接，工艺参数设置，钨极类型为含2％CeO2的铈钨极，钨极尺寸直径为3.2mm，氩气纯度为99.997％，氩气流量15～20L/Min，封底焊接的焊接电流为85～100A，电压范围为10～12V，焊接速度控制为40～80mm/Min，控制焊接热输入为0.7～1.5KJ/mm，焊接过程中持续通背部保护气体；
(3)、填充层焊接
采用半自动TIP TIG焊进行填充层焊接，填充层的层数及道数由焊接的双相不锈钢管的壁厚决定；
(3.1)、双相不锈钢管的壁厚10～12mm的填充焊接
a、填充一层有一道，焊接工艺参数设定，钨极类型为含2％CeO2的铈钨极，钨极尺寸直径为3.2mm，氩气纯度为99.997％，氩气流量15～20L/Min，填充层焊接的电流为125～170A，电压范围为10～13V，焊接速度控制为60～110mm/Min，控制焊接热输入为0.7～1.5KJ/mm，焊接层间温度控制在150℃以下，焊接过程中持续通背部保护气体；
b、填充二层有一道，焊接工艺参数设定，钨极类型为含2％CeO2的铈钨极，钨极尺寸为3.2mm，氩气纯度为99.997％，氩气流量15～20L/Min，填充层焊接的电流为125～170A，电压范围为10～13V，焊接速度控制为60～110mm/Min，控制焊接热输入为0.7～1.5KJ/mm，焊接层间温度控制在150℃以下，焊接过程中持续通背部保护气体；
c、填充三层有两道，焊接工艺参数设定，钨极类型为2％CeO2的铈钨极，钨极尺寸为3.2mm，氩气纯度为99.997％，氩气流量15～20L/Min，填充层焊接的电流为125～170A，电压范围为10～13V，焊接速度控制为60～110mm/Min，控制焊接热输入为0.7～1.5KJ/mm，焊接层间温度控制在150℃以下，焊接过程中持续通背部保护气体；
(3.2)、双相不锈钢管的壁厚12～15mm的填充焊接
a、填充一层有一道，焊接工艺参数设定，钨极类型为含2％CeO2的铈钨极，钨极尺寸直径为3.2mm，氩气纯度为99.997％，氩气流量15～20L/Min，填充层焊接的电流为125～170A，电压范围为10～13V，焊接速度控制为60～110mm/Min，控制焊接热输入为0.7～1.5KJ/mm，焊接层间温度控制在150℃以下，焊接过程中持续通背部保护气体；
b、填充二层有一道，焊接工艺参数设定，钨极类型为含2％CeO2的铈钨极，钨极尺寸为3.2mm，氩气纯度为99.997％，氩气流量15～20L/Min，填充层焊接的电流为125～170A，电压范围为10～13V，焊接速度控制为60～110mm/Min，控制焊接热输入为0.7～1.5KJ/mm，焊接层间温度控制在150℃以下，焊接过程中持续通背部保护气体；
c、填充三层有两道，焊接工艺参数设定，钨极类型为2％CeO2的铈钨极，钨极尺寸为3.2mm，氩气纯度为99.997％，氩气流量15～20L/Min，填充层焊接的电流为125～170A，电压范围为10～13V，焊接速度控制为60～110mm/Min，控制焊接热输入为0.7～1.5KJ/mm，焊接层间温度控制在150℃以下，焊接过程中持续通背部保护气体；
d、填充四层有两道，焊接工艺参数设定，钨极类型为2％CeO2的铈钨极，钨极尺寸为3.2mm，氩气纯度为99.997％，氩气流量15～20L/Min，填充层焊接的电流为125～170A，电压范围为10～13V，焊接速度控制为60～110mm/Min，控制焊接热输入为0.7～1.5KJ/mm，焊接层间温度控制在150℃以下，焊接过程中持续通背部保护气体；
(3.3)、双相不锈钢管的壁厚15～18mm的填充焊接
a、填充一层有一道，焊接工艺参数设定，钨极类型为含2％CeO2的铈钨极，钨极尺寸直径为3.2mm，氩气纯度为99.997％，氩气流量15～20L/Min，填充层焊接的电流为125～170A，电压范围为10～13V，焊接速度控制为60～110mm/Min，控制焊接热输入为0.7～1.5KJ/mm，焊接层间温度控制在150℃以下，焊接过程中持续通背部保护气体；
b、填充二层有一道，焊接工艺参数设定，钨极类型为含2％CeO2的铈钨极，钨极尺寸为3.2mm，氩气纯度为99.997％，氩气流量15～20L/Min，填充层焊接的电流为125～170A，电压范围为10～13V，焊接速度控制为60～110mm/Min，控制焊接热输入为0.7～1.5KJ/mm，焊接层间温度控制在150℃以下，焊接过程中持续通背部保护气体；
c、填充三层有两道，焊接工艺参数设定，钨极类型为2％CeO2的铈钨极，钨极尺寸为3.2mm，氩气纯度为99.997％，氩气流量15～20L/Min，填充层焊接的电流为125～170A，电压范围为10～13V，焊接速度控制为60～110mm/Min，控制焊接热输入为0.7～1.5KJ/mm，焊接层间温度控制在150℃以下，焊接过程中持续通背部保护气体；
d、填充四层有两道，焊接工艺参数设定，钨极类型为2％CeO2的铈钨极，钨极尺寸为3.2mm，氩气纯度为99.997％，氩气流量15～20L/Min，填充层焊接的电流为125～170A，电压范围为10～13V，焊接速度控制为60～110mm/Min，控制焊接热输入为0.7～1.5KJ/mm，焊接层间温度控制在150℃以下，焊接过程中持续通背部保护气体；
e、填充五层有两道，焊接工艺参数设定，钨极类型为2％CeO2的铈钨极，钨极尺寸为3.2mm，氩气纯度为99.997％，氩气流量15～20L/Min，填充层焊接的电流为125～170A，电压范围为10～13V，焊接速度控制为60～110mm/Min，控制焊接热输入为0.7～1.5KJ/mm，焊接层间温度控制在150℃以下，焊接过程中持续通背部保护气体；
(4)、盖面层焊接
采用半自动TIP TIG焊进行盖面层的焊接；
盖面层有两道，焊接工艺参数设定，极类型为含2％CeO2的铈钨极，钨极尺寸为3.2mm，氩气纯度为99.997％，氩气流量15～20L/Min，盖面层焊接的电流为125～170A，电压范围为10～13V，焊接速度控制为70～110mm/Min，控制焊接热输入为0.7～1.5KJ/mm，焊接层间温度控制在150℃以下，焊接过程中持续通背部保护气体；
5、焊缝检测
焊接完成后，对焊接接头进行NDT无损检测，包括目视检测VT、射线检测RT、渗透检测PT；
根据ASTM的相关试验标准做破坏性试验，包括拉伸试验、弯曲试验、夏比冲击试验、宏观形貌观察和硬度测试；
根据ASTM G48 Method A做点腐蚀试验，根据ASTM 923 Method A做中间相试验，根据ASTM E562做铁素体试验。
进一步地，所述步骤4的双相不锈钢焊接中，焊接施焊位置为全位置，焊接施焊方式采用平焊、横焊、立焊和仰焊中一种或多种组合进行焊接。
进一步地，所述步骤4的双相不锈钢焊接中，每焊完一道焊缝，需要用不锈钢专用钢丝刷清理焊缝表面。
进一步地，所述步骤4中步骤(2)的封底层的焊接中，焊接封底焊的最后30～50mm时，为避免产生内凹将氩气气体流量调为15L/Min。
进一步地，所述步骤3中步骤(2)对坡口表面及焊丝进行清理中，对焊接坡口及两侧这一范围的母材、坡口及所使用的焊丝用丙酮进行擦洗。
进一步地，所述步骤3中步骤(5)的背部充气中，塞堵距焊道的最小距离为150mm。
进一步地，所述步骤3中步骤(1)的坡口组对中，管体材料不同的管径需要的点焊块数量不同，管体材料管径小于273mm的管子，需要三个点焊块、并依次点焊在管子的4点、1点、9点钟方向的位置；管体材料管径大于273mm的管子，需要四个点焊块并依次点焊在管子的4点、1点、10点、8点钟方向的位置。
进一步地，所述22Cr-5Ni-3Mo-N型的双相不锈钢的板材型号为S31803或S32205，针对双相不锈钢的板材型号为S31803或S32205，所述步骤1焊接材料的选择和焊接工艺的制定中，步骤(1)焊接材料的选择中，焊丝牌号为Sandvik 22.8.3L。
本发明的有益效果是：
本发明针对双相不锈钢传统手工GTAW焊接速度慢，焊接效率低，以及埋弧焊SAW焊接应用范围窄，焊接场所、焊接位置受限的问题；通过采用TIP TIG焊接工艺，TIP TIG焊接实现了自动送丝，自动送丝使得TIG焊接由不受控过程变为受控过程，实现以最佳方向和角度恒定的填丝功能；确保进入熔池的焊丝长度始终保持一致，从而保证焊接局部冶金过程持续稳定进行；减小了焊接电流，减小了热输入，缩小了热影响区，低的热变形，焊缝表面成型好；提高了焊接效率，实现了高质量高效率的焊接；实现优异的全位置焊接，操作可控性强。将TIP TIG焊接方法应用于双相不锈钢的焊接上，改善了双相不锈钢的焊接难度，能保证双相不锈钢的焊接质量，保证焊接接头具备良好的组织和特有的性能，大大提升了双相不锈钢的焊接效率，实现了双相不锈钢高质量、高效率、全工况、全厚度范围内的半自动全位置焊接，大幅度节省了生产和施工的成本。同时，保证了焊接质量、减小了焊接电流，减小了焊接热输入，缩小了热影响区，具有低的焊接热变形，焊缝表面成型好，操作可控性强；提高了焊接效率，在车间、现场施工场地均可实现双相不锈钢的全位置焊接。
采用本发明的焊接工艺焊接的双相不锈钢，能保证获得的焊缝的化学成分满足标准规范的要求，获得的焊接接头力学性能，如抗拉强度、弯曲韧性、冲击吸收功和硬度均能满足标准规范的要求；焊接接头的显微组织为奥氏体和铁素体，未见其他金属间相和析出相的产生。焊接接头的铁素体含量在35-60％之间，该焊接接头包括焊缝和热影响区，点腐蚀率不大于4g/m2/day，具有良好的力学性能和抗腐蚀性能。
【附图说明】
图1是本发明双相不锈钢的全位置焊接示意图；
图2是本发明的焊层分布放大结构示意图。
【具体实施方式】
一种双相不锈钢的TIP TIG焊接工艺，包括以下步骤：
1、焊接材料的选择和焊接工艺的制定
(1)、焊接材料的选择：
本实施例选用的双相不锈钢母材为22Cr-5Ni-3Mo-N型不锈钢，规格Φ168mm×10.97mm，其基体材质为ASTMA790 UNS S31803；
选用AWS A5.9、AWS Classification为ER2209的焊丝，焊丝牌号为Sandvik22.8.3L，焊丝规格为Φ1.0mm；
(2)、焊接方法的选择：
封底焊接工艺采用GTAW焊接或者TIP TIG焊接进行全位置封底焊接；
填充焊接工艺采用TIP TIG焊接进行全位置填充焊接；
盖面焊接工艺采用TIP TIG焊接进行全位置盖面焊接；
(3)、焊接工艺参数：
焊接工艺参数的制定，采用西安泰普的半自动TIP TIG焊接设备，钨极类型为2％CeO2的铈钨极，氩气纯度为99.997％，氩气流量15～25L/Min；
封底焊接的焊接电流为85～100A，电压范围为10～12V，焊接速度控制为40～80mm/Min，控制焊接热输入为0.7～1.5KJ/mm；
填充层焊接的电流为125～170A，电压范围为10～13V，焊接速度控制为60～110mm/Min；
盖面层焊接的电流为125～170A，电压范围为10～13V，焊接速度控制为70～110mm/Min：
控制焊接热输入为0.7～1.5KJ/mm；
焊接层间温度控制在150℃以下；
2、焊接坡口加工
采用机械方法加工待焊工件坡口，坡口形式为60±5°的V型坡口，钝边1～2mm；如图1所示，化学成分及性能满足标准规范的双相不锈钢管材，根据ASME IX的全位置(6G)放置，α＝45°。在实际用于焊接施工中时，α可以是任意角度；
3、焊前准备工序
(1)、坡口组对：
检查坡口加工质量，确保坡口及其25mm区域的完好，从管体材料中切取点焊块，使用手工GTAW焊接方法或者TIP TIG焊接方法将点焊块焊于坡口内进行组对，坡口组对间隙为2～4mm；其中，管体材料不同的管径需要的点焊块数量不同，管体材料管径小于273mm的管子，需要三个点焊块、并依次点焊在管子的4点、1点、9点钟方向的位置；管体材料管径大于273mm的管子，需要四个点焊块并依次点焊在管子的4点、1点、10点、8点钟方向的位置；
(2)、对坡口表面及焊丝进行清理：
使用不锈钢钢丝刷对焊接坡口及两侧至少25mm范围内进行清理，并对这一范围的母材、坡口及所使用的焊丝用丙酮进行擦洗；
(3)、待焊件湿气的去除：
用电吹风机对待焊工件进行烘干，去除母材表面的水分。
(4)、保护气体选择：
焊接保护气体符合AWS A5.32标准，纯度为99.997％的氩气；
(5)、背部充气：
如图1所示，采用高密度海绵塞堵1和海绵塞堵2分别将焊道3两边的管线4和管线5各自封堵，焊道3采用胶带6将焊接坡口环绕密封，海绵塞堵1和海绵塞堵2分别距焊道3的最小距离为150mm；
密封后，通99.997％的氩气进行背面充气保护，气体流量为20～25L/Min，不锈钢管线4一侧通进气管7，不锈钢管线5另一侧通出气管8，并使用测氧仪9测量密封腔体内的氧气浓度，背部保护气体的氧气浓度应低于0.1％时开始封底焊接，为防止氩气流失，焊接时边焊边揭胶带；
在整个封底焊过程中，确保氧气含量一直低于0.1％，熔敷6.4mm填充金属或填充三层焊缝后停止背部充气；
4、双相不锈钢的焊接
焊接采用多层多道焊接方法；焊接过程中，焊接电流、焊接电压、焊接速度和焊接热输入是一个范围值，实际操作时不可能是固定不变的，所有的焊接电流、焊接电压、焊接速度在范围值内的合理变化，目的是为了保证焊接热输入的范围在0.7-1.5KJ/mm之间，且根据标准ASME的计算公式为：焊接热输入＝焊接电流*焊接电压*0.06/焊接速度。
焊接施焊位置为全位置，焊接施焊方式采用平焊、横焊、立焊和仰焊中一种或多种组合进行焊接；如图2所示，
(1)、焊接中，使用测氧仪测背部气体的氧气浓度，背部保护气体的氧气浓度低于0.1％时，由相应焊工证的焊工从管子6点钟方向，立向上开始封底焊接，焊接过程中持续通背部保护气体；
(2)、封底层10的焊接，采用手工GTAW焊接或者半自动TIP TIG焊进行封底焊接，工艺参数设置，钨极类型为含2％CeO2的铈钨极，钨极尺寸直径为3.2mm，氩气纯度为99.997％，氩气流量15～20L/Min，封底焊接的焊接电流为90A，电压为11V，焊接速度为43mm/Min，控制焊接热输入为1.37KJ/mm，焊接过程中持续通背部保护气体；焊接封底焊的最后30～50mm时，为避免产生内凹将氩气气体流量调为15L/Min；
(3)、填充层焊接
采用半自动TIP TIG焊进行填充层焊接，填充层的层数及道数由焊接的双相不锈钢管的壁厚决定，双相不锈钢管的壁厚较大时，由实际情况添加填充层数及焊道数；在该实施例中，双相不锈钢管的壁厚为10～12mm的填充焊接，具体焊接步骤如下：
为防止焊丝中的元素在焊接冶金过程产生的些许杂质溶入下一层焊道，进而影响焊接接头的腐蚀性能，每焊完一道焊缝，需要用不锈钢专用钢丝刷清理焊缝表面；继续如图2所示，
a、填充一层11有一道，焊接工艺参数设定，钨极类型为含2％CeO2的铈钨极，钨极尺寸直径为3.2mm，氩气纯度为99.997％，氩气流量15～20L/Min，填充层焊接的焊接电流控制为138A，电压控制为12V，焊接速度控制为65mm/Min，控制焊接热输入为1.5KJ/mm，焊接层间温度为63℃，焊接过程中持续通背部保护气体；
b、填充二层12有一道，焊接工艺参数设定，钨极类型为含2％CeO2的铈钨极，钨极尺寸为3.2mm，氩气纯度为99.997％，氩气流量15～20L/Min，填充层焊接的焊接电流控制在138A，电压为12V，焊接速度控制为66mm/Min，控制焊接热输入为1.50KJ/mm，焊接层间温度为97℃，焊接过程中持续通背部保护气体；
c、填充三层13有两道(13a、13b)，焊接工艺参数设定，钨极类型为2％CeO2的铈钨极，钨极尺寸为3.2mm，氩气纯度为99.997％，氩气流量15～20L/Min，填充层焊接的焊接电流为165A，电压范围在12V，焊接速度控制在66mm/Min，控制焊接热输入为1.37KJ/mm，焊接层间温度为121℃，焊接过程中持续通背部保护气体；
当然，与该实施例不同，当双相不锈钢管的壁厚为12～15mm时，根据需要在该实施例的三层填充层基础上再增加一层填充层，即填充四层有两道，具体的焊接工艺与步骤c填充三层13有两道(13a、13b)的焊接工艺一样；当双相不锈钢管的壁厚为15～18mm时，根据需要在该实施例的三层填充层基础上再增加两层填充层，即填充四层有两道和填充五层有两道，填充四层有两道和填充五层有两道的具体焊接工艺与步骤c填充三层13有两道(13a、13b)的焊接工艺一样；这样，就可以针对不同的双相不锈钢管的壁厚，选择不同的填充层层数及道数，当双相不锈钢管的壁厚低于12mm时，相对应的减少填充层层数。
(4)、盖面层焊接
采用半自动TIP TIG焊进行盖面层的焊接；继续如图2所示，
盖面层14有两道(14a、14b)，焊接工艺参数设定，极类型为2％CeO2的铈钨极，钨极尺寸为3.2mm，氩气纯度为99.997％，氩气流量15～20L/Min，盖面层焊接的焊接电流为150A，电压为12V，焊接速度为74mm/Min，控制焊接热输入为1.46KJ/mm，焊接层间温度为94℃，焊接过程中持续通背部保护气体；
5、焊缝检测
焊接完成后，对焊接接头进行NDT无损检测，包括目视检测VT、射线检测RT、渗透检测PT；根据ASTM的相关试验标准做破坏性试验，包括拉伸试验、弯曲试验、夏比冲击试验、宏观形貌观察和硬度测试；根据ASTM G48 Method A做点腐蚀试验，根据ASTM 923Method A做中间相试验，根据ASTM E562做铁素体试验。
该NDT无损检测检测结果为：目视检测VT、射线检测RT、渗透检测PT结果均合格。
表1为双相不锈钢TIP TIG焊接工艺试验结果：
表1
表2为双相不锈钢TIP TIG焊接工艺点腐蚀、相比例、中间相试验结果：
表2
以上试验结果表明，采用本发明的双相不锈钢半自动TIP TIG焊接工艺焊接双相不锈钢ASTM A790 UNS S31803，选用ER2209，牌号为Sandvik 22.8.3L的焊丝，能保证获得的焊缝的化学成分满足标准规范的要求，获得的焊接接头力学性能(抗拉强度、弯曲韧性、冲击吸收功、硬度)满足相关标准规范的要求，焊接接头的显微组织为奥氏体+铁素体，未见其他金属间相和析出相的产生。焊接接头(包括焊缝和热影响区)的铁素体含量在35-60％之间，点腐蚀率不大于4g/m2/天，具备良好的力学性能和抗点腐蚀性能。
相比于传统的TIG焊接技术，TIP TIG是一种半自动焊接方法，实现了自动送丝，自动送丝使得TIG焊接由不受控过程变为受控过程，实现以最佳方向和角度恒定的填丝功能；确保进入熔池的焊丝长度始终保持一致，从而保证焊接局部冶金过程持续稳定进行。保证了焊接质量，减小了焊接电流，减小了热输入，缩小了热影响区，具有低的热变形，焊缝表面成型好，提高了焊接效率。相比于双相不锈钢的埋弧焊SAW焊接，实现了全厚度、全位置焊接，操作可控性强，在车间以及现场施工场地等多个场所都能开展焊接工作。将这种高效率高质量的焊接方法应用于双相不锈钢的焊接上，改善了双相不锈钢的焊接难度，能保证双相不锈钢的焊接质量，保证焊接接头具备良好的组织和特有的性能，大大提升了双相不锈钢的焊接效率，大幅度节省了生产和施工的成本。
尤其是，TIP TIG焊接技术是一种独特的动态振动自动送丝的热丝TIG焊接技术，TIP TIG焊接技术超越了一般的热丝TIG焊接技术，从根本上突破了传统TIG焊接技术和工艺的局限；其次，TIP TIG焊接技术的振动送丝功能，搅拌熔池，有效地破坏了熔滴和熔池的液态表面张力，并使结晶晶粒更加细密，使得熔合更好，焊缝冶金、力学性能更优，并大幅度提高了焊接效率；且搅拌赶走了熔池中的挥发性气体和裹挟的气泡，大幅提高了焊接质量；振动的功能，不但显著降低了焊接热输入量，而且显著提高了全位置焊接能力；往复运动使得熔滴易于脱离焊丝进入熔池；再次，TIP TIG实现了自动送丝，自动送丝使得TIG焊接由不受控过程变为受控过程，实现以最佳方向和角度恒定的填丝功能；确保进入熔池的焊丝长度始终保持一致，从而保证焊接局部冶金过程持续稳定进行，保证焊接质量稳定；与手工TIG焊相比较，在准确、受控的送丝状态下，大幅度提高了送丝效率和恒定的可持续送丝，减少了起弧停弧次数；同时，TIP TIG焊接技术中的热丝功能减小了焊接电流，从而减小了焊接热输入，缩小了热影响区，具有低的热变形，焊缝表面成型好，提高了焊接效率。
以上所述实施例只是为本发明的较佳实施例，并非以此限制本发明的实施范围；除了具体实施例中列举的情况外，凡依本发明之形状、构造及原理所作的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种双相不锈钢的TIP TIG焊接工艺，其特征在于，包括以下步骤：
1、焊接材料的选择和焊接工艺的制定
(1)、焊接材料的选择：
选用双相不锈钢为22Cr-5Ni-3Mo-N型不锈钢；
选用AWS A5.9、AWS Classification为ER2209的焊丝，焊丝规格为Φ1.0mm；
(2)、焊接方法的选择：
封底焊接工艺采用GTAW焊接或者TIP TIG焊接进行全位置封底焊接；
填充焊接工艺采用TIP TIG焊接进行全位置填充焊接；
盖面焊接工艺采用TIP TIG焊接进行全位置盖面焊接；
(3)、焊接工艺参数：
焊接工艺参数的制定，采用西安泰普的半自动TIP TIG焊接设备，钨极类型为2％CeO2的铈钨极，氩气纯度为99.997％，氩气流量15～25L/Min；
封底焊接的焊接电流为85～100A，电压范围为10～12V，焊接速度控制为40～80mm/Min，控制焊接热输入为0.7～1.5KJ/mm；
填充层焊接的电流为125～170A，电压范围为10～13V，焊接速度控制为60～110mm/Min：
盖面层焊接的电流为125～170A，电压范围为10～13V，焊接速度控制为70～110mm/Min：
控制焊接热输入为0.7～1.5KJ/mm；
焊接层间温度控制在150℃以下；
2、焊接坡口加工
采用机械方法加工待焊工件坡口，坡口形式为60±5°的V型坡口，钝边1～2mm；
3、焊前准备工序
(1)、坡口组对：
检查坡口加工质量，确保坡口及其25mm区域的完好，从管体材料中切取点焊块，使用手工GTAW焊接方法或者TIP TIG焊接方法将点焊块焊于坡口内进行组对，坡口组对间隙为2～4mm；
(2)、对坡口表面及焊丝进行清理：
使用不锈钢钢丝刷对焊接坡口及两侧至少25mm范围内进行清理；
(3)、待焊件湿气的去除：
用电吹风机对待焊工件进行烘干，去除母材表面的水分。
(4)、保护气体选择：
焊接保护气体符合AWS A5.32标准，纯度为99.997％的氩气；
(5)、背部充气：
采用水溶性的塞堵将焊道两边的管线各自封堵，焊道采用胶带将焊接坡口环绕密封；
密封后，通99.997％的氩气进行背面充气保护，气体流量为20～25L/Min，不锈钢管线一侧通进气管，不锈钢管线另一侧通出气管，并使用测氧仪测量密封腔体内的氧气浓度，背部保护气体的氧气浓度应低于0.1％时开始封底焊接，为防止氩气流失，焊接时边焊边揭胶带；
对应整个封底焊过程，确保氧气含量一直低于0.1％，熔敷6.4mm填充金属或填充三层焊缝后停止背部充气；
4、双相不锈钢的焊接
焊接采用多层多道焊接方法；
(1)、焊接前，使用测氧仪测背部气体的氧气浓度，背部保护气体的氧气浓度低于0.1％时，由相应焊工证的焊工从管子6点钟方向，立向上开始封底焊接，焊接过程中持续通背部保护气体；
(2)、封底层的焊接，采用手工GTAW焊接或者半自动TIP TIG焊进行封底焊接，工艺参数设置，钨极类型为含2％CeO2的铈钨极，钨极尺寸直径为3.2mm，氩气纯度为99.997％，氩气流量15～20L/Min，封底焊接的焊接电流为85～100A，电压范围为10～12V，焊接速度控制为40～80mm/Min，控制焊接热输入为0.7～1.5KJ/mm，焊接过程中持续通背部保护气体；
(3)、填充层焊接
采用半自动TIP TIG焊进行填充层焊接，填充层的层数及道数由焊接的双相不锈钢管的壁厚决定；
(3.1)、双相不锈钢管的壁厚10～12mm的填充焊接
a、填充一层有一道，焊接工艺参数设定，钨极类型为含2％CeO2的铈钨极，钨极尺寸直径为3.2mm，氩气纯度为99.997％，氩气流量15～20L/Min，填充层焊接的电流为125～170A，电压范围为10～13V，焊接速度控制为60～110mm/Min，控制焊接热输入为0.7～1.5KJ/mm，焊接层间温度控制在150℃以下，焊接过程中持续通背部保护气体；
b、填充二层有一道，焊接工艺参数设定，钨极类型为含2％CeO2的铈钨极，钨极尺寸为3.2mm，氩气纯度为99.997％，氩气流量15～20L/Min，填充层焊接的电流为125～170A，电压范围为10～13V，焊接速度控制为60～110mm/Min，控制焊接热输入为0.7～1.5KJ/mm，焊接层间温度控制在150℃以下，焊接过程中持续通背部保护气体；
c、填充三层有两道，焊接工艺参数设定，钨极类型为2％CeO2的铈钨极，钨极尺寸为3.2mm，氩气纯度为99.997％，氩气流量15～20L/Min，填充层焊接的电流为125～170A，电压范围为10～13V，焊接速度控制为60～110mm/Min，控制焊接热输入为0.7～1.5KJ/mm，焊接层间温度控制在150℃以下，焊接过程中持续通背部保护气体；
(3.2)、双相不锈钢管的壁厚12～15mm的填充焊接
a、填充一层有一道，焊接工艺参数设定，钨极类型为含2％CeO2的铈钨极，钨极尺寸直径为3.2mm，氩气纯度为99.997％，氩气流量15～20L/Min，填充层焊接的电流为125～170A，电压范围为10～13V，焊接速度控制为60～110mm/Min，控制焊接热输入为0.7～1.5KJ/mm，焊接层间温度控制在150℃以下，焊接过程中持续通背部保护气体；
b、填充二层有一道，焊接工艺参数设定，钨极类型为含2％CeO2的铈钨极，钨极尺寸为3.2mm，氩气纯度为99.997％，氩气流量15～20L/Min，填充层焊接的电流为125～170A，电压范围为10～13V，焊接速度控制为60～110mm/Min，控制焊接热输入为0.7～1.5KJ/mm，焊接层间温度控制在150℃以下，焊接过程中持续通背部保护气体；
c、填充三层有两道，焊接工艺参数设定，钨极类型为2％CeO2的铈钨极，钨极尺寸为3.2mm，氩气纯度为99.997％，氩气流量15～20L/Min，填充层焊接的电流为125～170A，电压范围为10～13V，焊接速度控制为60～110mm/Min，控制焊接热输入为0.7～1.5KJ/mm，焊接层间温度控制在150℃以下，焊接过程中持续通背部保护气体；
d、填充四层有两道，焊接工艺参数设定，钨极类型为2％CeO2的铈钨极，钨极尺寸为3.2mm，氩气纯度为99.997％，氩气流量15～20L/Min，填充层焊接的电流为125～170A，电压范围为10～13V，焊接速度控制为60～110mm/Min，控制焊接热输入为0.7～1.5KJ/mm，焊接层间温度控制在150℃以下，焊接过程中持续通背部保护气体；
(3.3)、双相不锈钢管的壁厚15～18mm的填充焊接
a、填充一层有一道，焊接工艺参数设定，钨极类型为含2％CeO2的铈钨极，钨极尺寸直径为3.2mm，氩气纯度为99.997％，氩气流量15～20L/Min，填充层焊接的电流为125～170A，电压范围为10～13V，焊接速度控制为60～110mm/Min，控制焊接热输入为0.7～1.5KJ/mm，焊接层间温度控制在150℃以下，焊接过程中持续通背部保护气体；
b、填充二层有一道，焊接工艺参数设定，钨极类型为含2％CeO2的铈钨极，钨极尺寸为3.2mm，氩气纯度为99.997％，氩气流量15～20L/Min，填充层焊接的电流为125～170A，电压范围为10～13V，焊接速度控制为60～110mm/Min，控制焊接热输入为0.7～1.5KJ/mm，焊接层间温度控制在150℃以下，焊接过程中持续通背部保护气体；
c、填充三层有两道，焊接工艺参数设定，钨极类型为2％CeO2的铈钨极，钨极尺寸为3.2mm，氩气纯度为99.997％，氩气流量15～20L/Min，填充层焊接的电流为125～170A，电压范围为10～13V，焊接速度控制为60～110mm/Min，控制焊接热输入为0.7～1.5KJ/mm，焊接层间温度控制在150℃以下，焊接过程中持续通背部保护气体；
d、填充四层有两道，焊接工艺参数设定，钨极类型为2％CeO2的铈钨极，钨极尺寸为3.2mm，氩气纯度为99.997％，氩气流量15～20L/Min，填充层焊接的电流为125～170A，电压范围为10～13V，焊接速度控制为60～110mm/Min，控制焊接热输入为0.7～1.5KJ/mm，焊接层间温度控制在150℃以下，焊接过程中持续通背部保护气体；
e、填充五层有两道，焊接工艺参数设定，钨极类型为2％CeO2的铈钨极，钨极尺寸为3.2mm，氩气纯度为99.997％，氩气流量15～20L/Min，填充层焊接的电流为125～170A，电压范围为10～13V，焊接速度控制为60～110mm/Min，控制焊接热输入为0.7～1.5KJ/mm，焊接层间温度控制在150℃以下，焊接过程中持续通背部保护气体；
(4)、盖面层焊接
采用半自动TIP TIG焊进行盖面层的焊接；
盖面层有两道，焊接工艺参数设定，极类型为含2％CeO2的铈钨极，钨极尺寸为3.2mm，氩气纯度为99.997％，氩气流量15～20L/Min，盖面层焊接的电流为125～170A，电压范围为10～13V，焊接速度控制为70～110mm/Min，控制焊接热输入为0.7～1.5KJ/mm，焊接层间温度控制在150℃以下，焊接过程中持续通背部保护气体；
5、焊缝检测
焊接完成后，对焊接接头进行NDT无损检测，包括目视检测VT、射线检测RT、渗透检测PT；
根据ASTM的相关试验标准做破坏性试验，包括拉伸试验、弯曲试验、夏比冲击试验、宏观形貌观察和硬度测试；
根据ASTM G48 Method A做点腐蚀试验，根据ASTM 923 Method A做中间相试验，根据ASTM E562做铁素体试验。
2.根据权利要求1所述的双相不锈钢的TIP TIG焊接工艺，其特征在于，所述步骤4的双相不锈钢焊接中，焊接施焊位置为全位置，焊接施焊方式采用平焊、横焊、立焊和仰焊中一种或多种组合进行焊接。
3.根据权利要求1所述的双相不锈钢的TIP TIG焊接工艺，其特征在于，所述步骤4的双相不锈钢焊接中，每焊完一道焊缝，需要用不锈钢专用钢丝刷清理焊缝表面。
4.根据权利要求1所述的双相不锈钢的TIP TIG焊接工艺，其特征在于，所述步骤4中步骤(2)的封底层的焊接中，焊接封底焊的最后30～50mm时，为避免产生内凹将氩气气体流量调为15L/Min。
5.根据权利要求1所述的双相不锈钢的TIP TIG焊接工艺，其特征在于，所述步骤3中步骤(2)对坡口表面及焊丝进行清理中，对焊接坡口及两侧这一范围的母材、坡口及所使用的焊丝用丙酮进行擦洗。
6.根据权利要求1所述的双相不锈钢的TIP TIG焊接工艺，其特征在于，所述步骤3中步骤(5)的背部充气中，塞堵距焊道的最小距离为150mm。
7.根据权利要求1所述的双相不锈钢的TIP TIG焊接工艺，其特征在于，所述步骤3中步骤(1)的坡口组对中，管体材料不同的管径需要的点焊块数量不同，管体材料管径小于273mm的管子，需要三个点焊块、并依次点焊在管子的4点、1点、9点钟方向的位置；管体材料管径大于273mm的管子，需要四个点焊块并依次点焊在管子的4点、1点、10点、8点钟方向的位置。
8.根据权利要求1所述的双相不锈钢的TIP TIG焊接工艺，其特征在于，所述22Cr-5Ni-3Mo-N型的双相不锈钢的板材型号为S31803或S32205，针对双相不锈钢的板材型号为S31803或S32205，所述步骤1焊接材料的选择和焊接工艺的制定中，步骤(1)焊接材料的选择中，焊丝牌号为Sandvik 22.8.3L。
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