1、双相不锈钢TIG焊焊接技术研究主要内容主要内容 引言 双相不锈钢材料的特性 双相不锈钢的焊接性 焊接冶金对双相不锈钢的影响 试验要求和试验方案 试验结论双相不锈钢TIG焊焊接技术研究 引引 言言引 言 双相不锈钢是指金相组织由铁素体与奥氏体两种组织构成的不锈钢，该材料兼备了奥氏体不锈钢的优良韧性、良好的加工性、焊接性以及铁素体不锈钢较高的强度和抗耐氯化物腐蚀等性能，因而被广泛用于海洋工程、石油化工、医药、造纸和建筑等行业中。但是，焊接过程中不均匀的加热和冷却将影响双相不锈钢焊接接头中的铁素体与奥氏体相的比例。因而当焊接材料确定后，焊接方法就成为影响双相不锈钢焊接接头性能的主要因素。引 言 我公
2、司承建的美国康菲公司200万桶FPSO液压系统中，大量应用了UNS31803双相不锈钢管。管子规格从383.5mm13011mm不等，其中主要的管子规格为 383.5mm和655.5mm。由于管子规格较小，所以我公司主要采用了TIG方法进行焊接。双相不锈钢材料的特性 双相不锈钢管材料双相不锈钢管材料的特性的特性双相不锈钢材料的特性1、材料成分、材料成分 200万桶FPSO液压系统中，我们选用的双相不锈钢材料的牌号为ASTMA790，UNS No.S31803，其化学成分：双相不锈钢材料的特性2、材料性能、材料性能 双相不锈钢在室温下固溶体为铁素体和奥氏体，并兼有两相组织特征。它保留了铁素体不锈
3、钢导热系数大、线膨胀系数小、耐点蚀、缝隙及氯化物应力腐蚀的特点；同时，又具有奥氏体不锈钢韧性好、脆性转变温度较低、抗晶间腐蚀、力学性能和焊接性能好的优点。在性能上的突出表现是屈服强度高和耐应力腐蚀。双相不锈钢材料的特性ASTM A790-S31803性能参数双相不锈钢材料的焊接性 双相不锈钢管材料双相不锈钢管材料的焊接性的焊接性双相不锈钢材料的焊接性 双相不锈钢具有良好的焊接性，焊接冷裂纹和热裂纹的敏感性都比较小。通常焊前不需要预热，焊后不热处理。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。1、热裂纹、热裂纹 双相不锈钢热裂纹的敏感性比奥氏体不锈钢小得多。这是由于含镍
4、量不高，易形成低溶共晶的杂质极少，不易形成低熔点液膜。另外，晶粒在高温下没有急剧长大的危险。双相不锈钢材料的焊接性2、热影响区脆化、热影响区脆化 双相不锈钢焊接的主要问题不在焊缝，而在热影响区。因为在焊接热循环作用下，热影响区处于快冷非平衡态，冷却后总是保留更多的铁素体，从而增大了腐蚀倾向和氢致裂纹（脆化）的敏感性。3、铁素体、铁素体475脆化脆化 双相不锈钢含有50%左右的铁素体，同样也存在475脆性，但不如铁素体不锈钢那样敏感。焊接冶金对双相不锈钢的影响 焊接冶金对双相焊接冶金对双相不锈钢的影响不锈钢的影响焊接冶金对双相不锈钢的影响 双相不锈钢焊接过程中，在热循环的作用下，焊缝金属和热影响
5、区的组织发生着一系列的变化。在高温下，所有的双相不锈钢的金相组织全部由铁素体组成，奥氏体是在冷却过程中析出的。奥氏体析出多少受诸多因素的影响。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、保护气体的影响。焊接冶金对双相不锈钢的影响1、合金元素的影响、合金元素的影响 大量试验发现，母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
6、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。焊接冶金对双相不锈钢的影响 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势。一般采取在焊接材料中提高镍或加氮这两条途径。通常选用的焊接材料中镍的含量比母材高出2%4%。用含氮的焊接材料比只提高镍的填充金属效果更好，这两种元素都可以增加奥氏体相的比例并使其稳定，但加氮不仅能延缓金属间相的析出，而且还可以提高焊缝金属的强度和耐腐蚀性。焊接冶金对双相不锈钢的影响2、热循环的影响、热循环的影响 双相不锈钢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
7、，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，后续焊道对前道焊缝有热处理作用。会使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。焊接冶金对双相不锈钢的影响 同时，焊接接头的热影响区中的奥氏体相也相应增多。并且能细化铁素体晶粒，减少碳化物和氮化物从晶内和晶界析出，从而使整个焊接接头的组织和性能得到改善。也正是由于焊接热循环的影响，双相不锈钢焊接时要求与介质接触的焊道应先焊接，这一点与奥氏体不锈钢焊接顺序的要求恰恰相反。焊接冶金对双相不锈钢的影响3、焊接线能量的影响、焊接线能量的影响 焊接线能量对双相组织的平衡起者关键的作用。由于双相不锈钢在高温下是100%的铁素
8、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过冷保护下来。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，并加填充金属焊接。试验要求和试验方案试验要求和试验试验要求和试验方案方案试验要求和试验方案1、试验要求、试验要求 根据200万桶FPSO制作规格书和ASTM A790-S31803材料的焊接接头要求，性能试验应符合：试验要求和试验方案2、试验方案、试验方案2.1、焊接方法：焊接方法：由于管径规格较小，故选择TIG焊接
9、。2.2、焊接材料：焊接材料：根据上面的论述，选择林肯公司生产的镍含量大约在8.5%、氮含量大约在0.15%的LNT4462焊丝，直径为2mm。LNT 4462焊丝的化学成分及含量焊丝的化学成分及含量试验要求和试验方案2.3、保护气体：保护气体：氩气保护，纯度 99.99%2.4、试验管材规格试验管材规格：655.5（mm）2.5、坡口形式：坡口形式：试验要求和试验方案2.6、焊接参数、焊接参数 为满足试验要求，掌握合适的焊接参数，我们共进行2个焊接工艺试验，试件分别为1#和2#。试验要求和试验方案 2.7、试验结果、试验结果 试验结论试验结论试验结论试验结论 根据合格的性能试验结果可以看出，试件1是不合格，试件2是合格的。说明在试验要求较高的情况下，虽然试验方案相同，但微小的焊接参数差异也会对试验结果构成较大的影响。因此，采用氩弧焊，制定合理的焊接工艺，选择适中的焊接参数，是获得合理的双相组织的关键，也是保证焊接接头的力学性能和耐蚀性的关键。
