低碳技术 Ｌｔ）Ｗ ＣＡＲＢ０Ｎ Ｗ０ＲＬＤ ２０１７，３ 双相不锈钢异种金属的焊接工艺及接头 组织性能研究 苏雪梅（南宁广发重工集团有限公司） 【摘要】综合性能很高的双相不锈钢，在其力学性能十分突出的同时也具备级高的耐腐蚀性，因此，被广泛使用在各行各业中用于代替一般的 不锈钢，如生物工程、食品药品等行业，在实际使用中，为节约成本，提升经济效果，在很大程度上发挥多种材料性能，大多会用多相不锈钢与其 他合金相互焊接结合使用，很大程度上降低了材料的使用性能。但是，由于不同的合金元素比例都会存在很大的差别，使得不同种类的材料焊 接在一起相对困难，假如技术不高，在焊接中可能会产生很大概率的焊缝稀释率，且最大的缺点就是在焊缝处容易出现气孔或者裂痕等情况。 因此，本文使用２２０５双相钢和Ｑ３４５Ｒ低合金钢为实验材料来进行焊接工艺及接头组织性能研究。 【关键词】双相不锈钢；异种金属；焊接工艺：耐腐蚀性 【中图分类号】ＴＧ４５７．１１、 【文献标识码】Ａ 【文章编号】２０９５—２０６６（２０１７）０８—００５８—０２ ２２０５双相不锈钢与Ｑ３４５Ｒ低合金高强钢进行焊接．由于 引言 ２２０５双相不锈钢是种中合金型双相不锈钢．因其铬元素 这两种钢材的元素含量具有很大的不同，在焊接时应该最大 含有２２％，也常被称作２２铬双相不锈铜。其的固溶组织中．铁 程度减小焊缝处稀释率。钨极惰性气体保护焊（ＴＩＧ）其优点是 操作方便：没有熔渣或很少熔渣．无需 素体与奥氏体各占５Ｏ％对力学强度和耐腐蚀性起关键作用 电弧和熔池可见性好，的。因此，其具有铁素体与奥氏体不锈铜的双重性能。这不但 焊后清渣，质量高但速度较慢。如果焊接处能形成很好的一个 使其具有很高的力学强度和良好的焊接性．而且在抵抗点蚀、 接口，就能很好的控制焊缝熔合比，对焊缝金属的稀释就能有 均匀腐蚀和应力腐蚀开裂等方面都表现出优越的性能。资料 效的减少。为了不让焊缝氧化．使用钨极惰性气体保护焊时候 显示，当今２２０５双相不锈钢产量占全球双相不锈钢总产量的 应该保持一定比例的保护气体氩的纯度。相比较来说，焊条电 ８０％．已成为这一序列的主力 目前．它已被广泛应用于石油 天然气开采、船舶制造和环境保护等工业领域 弧焊（ＳＭＡＷ）用手工操纵焊条进行焊接，设备简单维护方便、 操作灵活适应性强，在又有风的室外比钨极惰性气体保护焊 双相不锈钢在焊接时会出现热裂纹、冷裂的敏感性小，在 的工作效率都要高。因此．本文拟使用ＴｌＧ和ＳＭＡＷ焊接技 焊接时要在接口达成一定的比例。对于金属相要减少产生，除 术来对２２０５与Ｑ３４５Ｒ钢材进行焊接。了合金的元素影响相比例外，在焊接的时候产生的热循环对 于相比例所产生影响也很大。因此．研究使用不同方式焊接工 ２．２对于焊接材料选择 根据２２０５与Ｑ３４５Ｒ两种钢材特性要考虑焊接材料在焊 接过程中的损耗，因此，在选择焊接材料的时候熔炼值应该大 于２２０５钢材，所以要选择超合金化焊接材料．．在两种不同种 类的钢材焊接时在焊点会出现碳元素溢出。焊点出现碳元素 会使焊接钢材接头强度将低、热疲劳性下降，而且在脱碳层形 成一层氧化膜极易脱离使得接头很早就是去作用。在焊接时 因此结合理论和实际实验分析得出．大多分使用的焊丝里Ｎｉ 艺来对双相不锈钢的接头的组织与力学性能的影响以和能够 很好的使用和推广双相不锈钢有很大的进步。 １实验材料 试验材料是经过熔炼与锻造后的２２０５双相不锈钢 （ＳＡＦ２２０５）和低合金高强钢Ｑ３４５Ｒ材料．该次试验钢材化学 使用合金元素Ｎｉ就能有效降低焊点附近出现的碳元素迁移． 含量详见表ｌ，钢材的力学性能详见表２。 表１试验钢材的化学成分（ｗｔ％） 材料 Ｃ Ｍｎ Ｐ Ｓ ＳＩ ＣＲ ２２ Ｎｉ ６ Ｍ０ ３．４ Ｎ ０．１８ 的含量要高于被焊接材料的２～３％ ＳＡＦ２２０５ Ｏ．Ｏ２ Ｏ．１３ ０．０２０ ０ ００２ ２．３焊接工艺参数的确定 此次使用上海通用生产的ＷＳ一２００氩弧焊机作为焊接工 艺的焊接工具，将实验钢材３５０ｍｍｘ２００ｍｍｘ１０ｍｍ的尺寸．实 Ｑ３４５Ｒ Ｏ．１８ １ ５ ０．０２０ Ｏ．Ｏ】１ ０＿３７ 表２试验钢板的力学性能 材料 ＳＡＦ２２０５ 抗拉强度 屈服强度 延伸率８ 硬度ＨＶ 线膨胀系 导热系数 ｂ（ＭＰａ） 【『ｂ（ＭＰａ） （％） 数（２０ ） （Ｗ，ｉｎ℃） ≥４３０ ≥４５０ ≥２４ ≤３０ｏ １．３７ｘ１０－ｓ １９ 验方式是街头对接的方式．单头形成Ｖ型口。能使填充焊接材 料很好的进入焊缝中，降低焊缝熔合比，所以，使用坡口和间隙要 大的坡口形式，坡１：７角度ｃ￣＝６５。。钝边１３＝２．５ｒａｍ，间隙ｃ－－２．５ｒａｍ。 Ｑ３４５Ｒ ≥５５０ ≥４３０ ≥２４ ≤２０ｏ １．２８ｘ１０ ５２ 要使用酒精等对焊缝进行焊接前的清洗，焊接时．不要进 ２焊接工艺及方式 ２．１选择焊接方式 行多余的操作，要快速焊接，要保证焊接的接头具有完整性和 高质量性，且要利用二次热循环效果，在焊接时要进行多层多 锚索支护造成的地下建筑垃圾问题，而且不影响邻近地下空 间的开发利用，在今后的城市建设中将会有着广阔的应用前 景。上文阐述了桌基坑支护大直径可回收锚索支护技术的应 用，得到了良好的支护效果。 计与应用［ＪＩ．建筑结构，２０１２（０５）：５６～５７． ［２］李兆平，黄明利，王建，李文涛．地铁深基坑采用可回收锚索支护方 案优化设计［ＪＪ．地下空间与工程学报，２０１２（０１）：１２￣１３． 参考文献 【１］王卫东，翁其平，吴江斌．软土地区大直径可回收锚索支护技术的设 收稿日期：２０１７—２—１９ 作者简介：黄耀（１９８８一），男，助理工程师，本科，主要从事岩 土工程勘察工作。 ５８ ＬｏＷ ＣＡＲＢ０Ｎ Ｗ０ＲＬＤ ２０１７／３ 低碳技术 道焊．焊完每层后要对接缝清理干净，在进行下一场焊接，焊 接接头的时候要严格控制温度．不要超过１５０℃，ＴＩＧ焊使用 纯度为９９．９９％的Ａｒ气体为保护气体。 实验结果详见表５。 表５接头弯曲试验结果 焊接接头 Ａ Ｂ Ｃ 厚度（ｍｍ） 弯曲直径（ｍｍ） 弯曲角度（。） ｌ０ ｌＯ １０ ４０ ４０ ４０ １８０ １８０ １８Ｏ 开裂情况 无开裂 无开裂 无开裂 经过实际实验得出．改变焊接热输入进行焊接的时候，经 过反复试验并利用实验所得接头进行力学性能测试，改进焊 接参数，在优化焊接工艺的情况下得到数据，详见表３几种样 品钢材接头的具体焊接参数见表。三组对比试验分别为：Ａ组 使用ＥＲ２２０９焊丝的钨极惰性气体保护焊（ＴＩＧ）；Ｂ组使用 ＥＲ３０９焊丝的钨极惰性气体保护焊（ＴＩＧ）：Ｃ组使用Ｅ２２０９焊 条的焊条电弧焊（ＳＭＡＷ） 表３接头焊接工艺参数 接头钢材样品 焊接方法 Ａ ＴＩＧ Ｂ ．ｒＪＧ Ｃ ＳＭＡＷ ３．３接头的冲击性能测试 本文冲击测试的标准是使用国家标准《焊接接头冲击试 验方法》（ＧＢ／Ｔ２６５０—１９８９），测试要点如下：①钢材样品焊缝处 有气孔或者裂缝等１＂３题，则不能进行测试；②同样条件下，钢 材样品的同一位置要取样结果不少于三个；⑧对于实验样品 出现缺口前．应该先腐蚀焊接接口．在对焊接区域能清楚显示 后，再按照需求来划线；④实验样品断裂后，应该先检查断口 处有没有气孔等问题．若断口处出现气孔或裂缝等问题，则该 次实验结果无效。在表６中冲击试验结果几种接头的冲击试 验结果 表６焊接接头冲击韧性测试结果 试样 ２２Ｏ５ 电源极性 焊接材抖 直流正接 ＥＲ２２０９ 直流正接 ＥＲ３０９ 直流反接 Ｅ２２０９ 焊丝／焊条直径（ｍｍ） 焊接电流（Ａ） 焊接电压（Ｖ） ２ ｌ１Ｏ～１３Ｏ １２—１４ ２ ｌ１Ｏ～１３Ｏ １２－１４ ３．２ １４０－１６Ｏ ２２￣２４ 缺口位置 冲击韧性（Ｊ・ｃｍ ） １ｌ】 ｌＯ５ ９９ 平均值（Ｊ・ｔｉｌｌ ） １Ｏ５ 焊接速度（ｃｍ・ｍｉｎ。‘） 保护气体 １０—１２ 纯氩 １Ｏ一１２ 纯氩 ６—８ 气体流量（Ｌ・ｍｉｎ ） ８ １２ ８～ｌ２ Ｑ３４５Ｒ 焊缝 ６１ ６３ ６８ ７１ ７１ ６９ ６７ ６８ ３钢材样品接头性能测试 ３．１钢材样品拉伸性能测试 将焊接的钢材样品的接头加工成标准拉伸试验件，利用 接口Ａ Ｑ３４５Ｒ热影响区 焊缝 ５４ ８９ ５６ ６９ ６３ ６７ ５８ ７５ 接口Ｂ Ｑ３４５Ｒ热影响区 焊缝 ５７ ６６ ５３ ８３ ５９ ８７ ５５ ７３ 拉伸实验机测出通过三种焊接工艺焊接钢材样品接头的拉伸 接口Ｃ 强度。进行实验时，大部分情况采用接口拉伸测试得到的最大 断裂数据跟实验前测量最小数据的比值，利用计算得到抗拉 伸强度。拉伸检测标准，要求钢材样品的抗拉伸强度大于或等 于材料的原定的最小抗拉伸强度，但是不用等于或者大于实 Ｑ３４５ａ热影响区 ５５ ５８ ５７ ５７ ４结论 （１）双相不锈铜焊接使用ＴＩＧ和ＳＭＡＷ比较适合，使用 的能源较少和进行多层焊接，得到相比例、力学性能都很符合 质量标准的焊接接口。 （２）奥氏体的含量在ＴＩＧ焊缝处要比ＳＭＡＷ焊缝合量高， 验材料最大抗拉伸强度。如果实验材料在实验时出现断裂，而 且抗拉强度大于或等于材料既定的最低抗拉强度时。就可以 判断该实验材料抗拉强度是达标：如果实验材料在实验时焊 缝或熔合区出现断裂．而且抗拉强度大于或等于材料规定的 最低抗拉强度时．在达到其它性能需求时，也可以判断该材料 合格：但是假如实验材料在实验时远地低于材料的理论抗拉 强度下发生断裂．就可以判断该材料焊接的接头性能不合格。 在进行拉伸实验时．需要对于每种实验样品都进行三次测试， 其原因是ＴＴＧ中的保护气体中含有的１．５％Ｎ２增强辅熔金属 奥氏体的产生：还有是ＴＩＧ焊接的温度相对较高，焊接完成后 需要长时间冷却．奥氏体能有时间充分产生。 （３）ＴＩＧ焊接使用９８．５％Ａｒ＋１．５％Ｎ，保护气焊接的接头跟 酸性焊条ＳＭＡＷ焊接的接头来比较，ＴＩＧ焊接后的钢材所具 备的抗拉强度与冲击韧性相对较高，焊缝和ＨＡＺ硬度值相对 而后取平均值．几种焊接接头的拉伸实验结果详见表４。为方便 较低，因此，ＴＩＧ焊接使用９８．５％Ａｒ＋１．５％Ｎ２作为保护气的接 比较分析．同时也将两种材料抗拉强度数据也一并加入表中。 表４焊接接头拉伸测试结果 试样 ２２０５材料 头综合性能很好 抗拉强度（ＭＰａ） ８４０．１ 延伸率（％） ３Ｏ．１％ 断裂位置 参考文献 『１１史堆琴．焊接工艺对双相不锈铜￥２２２５３焊接接头组织和性能的影 Ｑ３４５Ｒ材料 接头Ａ 接头Ｂ 接头Ｃ ５８１．８ ５８６．４ ５８０．７ ５７０．６ １７．９％ ２２．５％ ２１．４％ ２２＿８％ Ｑ３４５Ｒ材料 Ｑ３４５Ｒ材料 Ｑ３４５Ｒ热影响区 响【Ｊ１．热加工工艺，２０１３（２３）． 『２１王仓，周吉智．焊接工艺对双相不锈钢焊接接头力学性能和组织的 影响［Ｊ】．徐州工程学院学报（自然科学版），２０１１（０２）． ［３】马启慧．双相不锈钢并种金属的焊接工艺及接头组织性能研究【Ｄ】． 南京航空航天大学．２０１０． ３．２钢材样品弯曲性能测试 钢材样品材料在进行弯曲性能测试时必须在弯曲实验台 收稿日期：２０１７—３—３ 上进行。要求试验样品的焊缝中心位置必须放在实验台下。进 作者简介：苏雪梅（１９７１一），女，工程师，本科，主要从事金属结 行表明弯取测试时，钢材样品要把焊缝外表面朝向下模放，背 面弯区试验时要把焊缝内的表明朝下模放置．随后往上模施 进行施压．将实验样品压入模具内．一直到试验样品成为Ｕ性 弯。对于检测钢材样品弯曲性能达标与否的评判．一般要求钢 材样品弯面上焊缝与熔合区域所发现的裂缝或者其他破损要 构件生产质量、焊接工艺工作。 低于实验样品壁厚的１／２．产生在试验样品其他位置方位的裂 缝尺寸要小于６ｍｍ才算达标。几种实验样品的焊接接头弯曲 ５９
