2205 雙相不銹鋼埋弧自動焊焊接工藝研究及分析

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1、2205雙相不銹鋼埋弧自動焊焊接工藝研究及分析摘要：本文針對雙相不銹鋼埋弧焊焊接接頭的金相組織觀察及力學(xué)性能的檢測，以及耐蝕性能的分析，進(jìn)而對雙相不銹鋼埋弧焊焊接工藝運(yùn)用進(jìn)行較為全面的總結(jié)，以便制定合理的焊接工藝方案。試驗(yàn)結(jié)果表明，雙相不銹鋼具有良好的焊接性，在選擇合適的坡口并合理控制熱輸入和冷卻速度的前提下，可以獲得良好的力學(xué)性能和耐蝕性能的焊接接頭，保證焊接試板的質(zhì)量。前言試驗(yàn)采用Outokumpu公司生產(chǎn)的2205雙相不銹鋼材料，具有極強(qiáng)的耐腐蝕性能，又具有較高的強(qiáng)度和韌性，且便于制造加工，這就使得其成為化學(xué)品船液貨艙結(jié)構(gòu)建造的首要選擇。而焊接方法中，埋弧自動焊工藝應(yīng)用較多。但雙相不銹

2、鋼在埋弧焊焊接過程中存在一系列問題：（1）焊接變形大，精度控制難度增加；（2）熱輸入的大小使雙相組織受到破壞，影響其具有的力學(xué)性能及耐腐蝕性能；（3）焊接參數(shù)不合適將引起一系列的焊接缺陷等。本文通過對不同厚度的雙相不銹鋼進(jìn)行埋弧自動焊試驗(yàn)，選擇出合適的坡口形式及焊接參數(shù)，通過力學(xué)性能試驗(yàn)及金相試驗(yàn)，分析在保證焊接接頭質(zhì)量的可靠性和穩(wěn)定性的情況下如何選擇合適的焊接參數(shù)控制焊接變形等一些問題。12205雙相不銹鋼的特點(diǎn)分析2205雙相不銹鋼最主要合金元素是Cr、Ni、Mo和N，其中Cr含量為22%。其化學(xué)成分見表(1)。Cr和Mo為增加鐵素體含量，而Ni、N為奧氏體穩(wěn)定元素，有些鋼種還含有Mn、

3、Cu、W等元素。Cr、Ni和Mo能夠改進(jìn)抗腐蝕性，在含氯化物的環(huán)境中抗點(diǎn)蝕及裂縫腐蝕的性能特別好。N是強(qiáng)化奧氏體形成元素，增加雙相不銹鋼的耐點(diǎn)蝕和縫隙腐蝕的能力，氮可以延緩金屬間隙的析出，降低雙相不銹鋼中形成σ相的傾向[1]。雙相不銹鋼的力學(xué)性能與鋼板的回火溫度有關(guān),回火溫度越高,強(qiáng)度越低?；鼗饻囟葹?00℃時(shí),屈服強(qiáng)度為400MPa,抗拉強(qiáng)度為650MPa。圖2為2205雙相不銹鋼的金相組織(腐蝕劑30gK(OH)+30gK3Fe(CN)6+100mlH2O)，雙相不銹鋼的金相組織由α鐵素體(黑色)和γ奧氏體(白色)二相組成,具有體積分?jǐn)?shù)大體相等的特征[2]。因此,雙相不銹鋼兼有奧氏體不銹

4、鋼與鐵素體不銹鋼的雙重特征。與鐵素體不銹鋼相比,其韌性高,韌脆轉(zhuǎn)變溫度低,耐晶間腐蝕性能和焊接性能顯著提高,同時(shí)保留了鐵素體不銹鋼導(dǎo)熱系數(shù)高、膨脹系數(shù)小、具有超塑性等特性；而與奧氏體不銹鋼相比，屈服強(qiáng)度和抗疲勞強(qiáng)度顯著提高，約為奧氏體不銹鋼的2倍，且耐晶間腐蝕、應(yīng)力腐蝕和腐蝕疲勞等性能有明顯改善。氮在強(qiáng)化2205雙相不銹鋼中起著重要的作用,但當(dāng)?shù)馁|(zhì)量分?jǐn)?shù)超過0.2%時(shí),由于氮的間隙固溶強(qiáng)化使得奧氏體的強(qiáng)度大于鐵素體。增加鐵素體的含量,會導(dǎo)致沖擊韌性降低,也導(dǎo)致氮在鐵素體中的析出,生成氮化鉻,因?yàn)榈阼F素體中比在奧氏體中的溶解度低。冷加工能降低2205雙相不銹鋼的沖擊韌性,提高韌脆轉(zhuǎn)變溫度。

5、而在280——350℃區(qū)間過渡時(shí)效也會導(dǎo)致韌性降低。22205雙相不銹鋼埋弧焊試驗(yàn)及焊接性分析1）焊接試驗(yàn)材料選用1．母材本次埋弧焊試驗(yàn)的材料為Outokumpu公司提供δ=10mm、δ=12mm和δ=16mm的雙相不銹鋼，其力學(xué)性能如下表2。2205雙相不銹鋼的焊接對污染更敏感，特別是對濕氣和水分。任何類型的油污、油脂和水分等污染會影響材料的抗腐蝕性及力學(xué)性能，因此在焊接前要對母材進(jìn)行嚴(yán)格清理。2.埋弧焊絲本次試驗(yàn)選用國外進(jìn)口Avesta2205的匹配雙相不銹鋼焊絲，直徑為Φ3.2mm，為保證試驗(yàn)結(jié)果的可靠性，整個(gè)試驗(yàn)過程均按照DNV船級社的要求進(jìn)行。3.埋弧焊劑2205雙相不銹鋼的埋弧焊

6、焊接過程中，因?yàn)殡p相不銹鋼的焊縫熔池流動性較差，必須考慮焊接的熔透性和良好的脫渣性，在確保焊透的前提下，保證焊縫成型的效果，焊劑的選用是關(guān)鍵。因此，本次工藝試驗(yàn)選用Avesta805焊劑，此焊劑為堿性的燒結(jié)焊劑，在焊劑中添加Cr元素，以保證焊縫金屬的性能要求，同時(shí)，在焊劑中有一定量的SiO2,能夠?qū)⒑竸A度控制在1.7左右，以減少焊劑的熔化量，減小熔寬波動，避免焊道邊緣不良的成型效果，確保焊縫的美觀。2）坡口形式的選擇在焊接過程中，坡口的選擇決定焊接變形的大小。雙相鋼具有良好的導(dǎo)熱性及較低的膨脹系數(shù)使得雙相不銹鋼的焊接變形比碳鋼大很多。我們選取常用的鋼板厚范圍：10-18mm，分別選用三種不

7、同板厚，三種不同坡口形式進(jìn)行前期比較試驗(yàn)，通過埋弧焊焊接后，觀察其變形程度。板厚分別為δ=10mm，δ=12mm，δ=16mm，其坡口形式如下圖：通過對以上三組板厚及坡口試板進(jìn)行埋弧焊試驗(yàn)比較，其中δ=10mm和δ=12mm的雙相鋼板采用雙面單道焊的變形相比于板厚為δ=16mm的雙相鋼板的雙面單道焊變形小，其變形大小如下表4所示因此，綜合考慮焊接變形及施工過程中的焊接效率，我們選用厚度為δ=12mm，坡口形式