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2205双相不锈钢的焊接性及焊接技术工艺
发布者: 发布时间:2019/8/3 阅读:26

  浙江宏盛特钢有限公司对本公司生产的2205双相不锈钢的焊接性能进行了研究分析,对材料的焊接技术关键进行了介绍如下:

  铁素体-奥氏体双相不锈钢发明于20世纪20年代,但由于存在材料、焊接等问题,一直没有大规模应用。直到20世纪70年代,随着冶金技术进步和对氮元素对不锈钢重要作用的认识,开发了第二代新型的含氮双相不锈钢,材料的焊接性得到改善,才使双相不锈钢在国外大量应用,20世纪90年代开始国内也逐步大量使用。2205是现代双相不锈钢其中一种,用途最为广泛,具有优良的力学性能和耐蚀性能,在石油天然气输送、海洋工程、化学工业等行业具有广阔的应用前景。石油和天然气工业目前采用双相不锈钢材料铺设的油气输送管线长度已超过850公里,绝大部分为2205双相不锈钢。西气东输某气源工程由于输送天然气介质的腐蚀性强,高压管道采用2205双相不锈钢材料。天然气管道的施工,焊接是最主要、最关键的工作之一。该材料焊接工序复杂,工艺要求高,加上管道焊接的特殊性和现场条件的限制,现场焊接难度很大。在对材料焊接性试验研究的基础上,通过制定合理的焊接工艺规程和工艺纪律,保证了工程的质量。本文从工程应用的角度,介绍了这种材料的焊接性能特点及其一些关键焊接技术。材料的焊接性研究2205双相不锈钢主要的合金元素是Cr、Ni、Mo和N,其质量百分比为22%的铬、5%的镍、3%的钼和0.15%的氮。该材料一般以固溶处理状态交货,在正常的交货状态下其显微组织为具有大约50%的铁素体和大约50%的奥氏体双相组织。

  早期的双相不锈钢的焊接性很差,也因焊接问题出现了许多质量事故。甚至直到现在,对于双相不锈钢的焊接性仍有人担心。现代双相不锈钢具有最佳的铁素体-奥氏体比例(各约50%),并采用氮合金化使得现代双相不锈钢具有良好的焊接性,因而在热影响区能够很好地重新形成奥氏体并获得力学性能和耐蚀性能良好的焊接接头。与奥氏体不锈钢相比,2205双相不锈钢材料导热系数大,线膨胀系数小,又包含两种组织,因此热裂倾向和变形小;与低合金高强钢相比,因组织中含有约50%的奥氏体,因此冷裂纹倾向小。总的来说,2205双相不锈钢可焊性良好,一般焊前不需预热,焊后不需热处理,可与普通奥氏体不锈钢或碳钢等异种钢焊接。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。可见,合适的焊接工艺参数和一定的技术措施相结合才能保证焊缝及热影响区的组织和性能。

  为了取得良好的焊接质量,焊接人员应掌握双相钢的焊接特点和注意事项。另外,从腐蚀的角度来看,焊接接头总是不锈钢结构的最薄弱环节,实际上管道最终的耐蚀水平是由焊工决定的,为了尽可能的取得良好的结果,焊接操作过程应当遵守一些基本规则。总结出的2205双相不锈钢焊接的一些关键技术如下:

(1)焊接方法和材料的选择一般用于奥氏体不锈钢的焊接方法,如手工电弧焊、钨极惰性气体保护电弧焊和熔化极气体保护焊等,都可用于双相不锈钢的焊接。焊接材料要选用比母材含镍量高的双相钢焊材,确保焊缝中奥氏体相占优势,焊缝铁素体含量控制在30%~45%为宜。

(2)焊接工艺参数的选择焊接线能量太大或太小都不好,一般控制在0.5~2.5kg/cm范围,其具体大小要根据焊件厚度选择。一般焊接时不需要预热,但焊件壁厚过大或环境温度过低时,为防止冷速过快造成焊缝和热影响区铁素体含量过高,必要时要采取预热措施。为避免冷却速度过低而引起析出相的产生,多层/多道焊的层间温度要控制。

(3)焊接熔池及背面的保护气体保护焊时保护气体中加氮可以提高焊缝的耐蚀性。有效的背面气体保护是保证焊接质量的前提,保护气体的纯度应满足工艺要求,应采取有效的背面保护工装,开始焊接时要对焊缝背面的氧含量进行检测,满足工艺要求后才能开始焊接。

(4)定位焊缝定位焊缝焊接时,如果长度过短,焊接未建立起平衡过程即结束,焊缝冷却会很快,可能导致铁素体含量过高、低韧性并因氮化物析出而降低耐腐蚀性能。因此,如采用定位焊,对定位焊缝的最短长度应进行规定,且应采用较大热输入规范参数。

(5)焊接过程材料的保护材料表面的弧击和起弧,是一个瞬间的高温过程,冷却速度很快,表面显微组织中铁素体含量很高,这种组织对裂纹和腐蚀很敏感,应尽力避免,如果产生必须用细砂轮打磨去除。现场焊接过程中材料的保护非常重要,应避免碳钢、铜、低熔点金属或其它杂质对不锈钢的污染,可能情况下,不锈钢和碳钢管应分开存放和焊接。焊接和切割过程中应采取措施防止飞溅、弧击、渗碳、局部过热等。根据研究掌握的技术,拟定工艺规程进行焊接工艺评定。

 2205双相不锈钢具有良好的力学性能和耐腐蚀性能,应用前景广阔。该材料的焊接有许多特点,工序复杂,工艺要求高,掌握材料的焊接性能特点和关键技术是保证质量前提。生产过程中,通过制定详细的工艺规程和严格的工艺纪律,并在焊接中严格执行,才能保证工程的焊接质量。

 
 

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