2205 双相不锈钢管线焊接质量控制要点

孟德龙 芦宏星 王波

（1.辽河油田建设工程公司 辽宁盘锦 124010 2.辽宁石油化工大学 辽宁抚顺 113001）

一、焊接前的质量控制要点

1.焊接材料的选择

2205 双相钢含有的主要元素有Cr，Ni，Mo，Mn，Si，N，其中Cr，Mo，Si 是铁素体形成元素，Ni，Mn，N 是奥氏体形成元素，焊丝和焊条的化学成分种类与母材相近，但由于焊接热循环中合金元素的烧损和熔敷金属向母材的过渡多用，焊材中的合金元素含量要高于母材；从另一方面讲，双相钢的焊接接头两相中单相比例在30～60%可以满足接头的力学性能要求，奥氏体含量稍占优势（含量在60～65%）时，既可以保证焊接接头的力学性能，又可提高耐蚀性能，所以焊材的选择时Ni，Mn 含量应稍高于母材，氮元素也是奥氏体形成元素，可是N 元素高温下会和Cr 结合形成脆性相，会使接头熔合区强度陡增并降低接头的耐蚀性能，所以焊材中氮元素应稍低于母材金属。

考虑到工艺管线现场施工的生产效率，焊接作业均采用氩弧打底加焊条电弧焊填充盖面的焊接方法，为了保证焊接接头根部不被氧化，根部要采用充氩保护，通常采用Ar+2.5%N2以补充N 元素的烧损造成焊缝区硬度过低的现象。

2.焊接材料的保护及坡口的加工

2205 双相钢对污染敏感，任何形式的油污，油脂和水分的污染都会影响接头的抗腐蚀性能和力学性能，所以现场焊接一定要控制好双相钢管线的成品保护，不得与碳钢，铜，低熔点点金属或其他接触杂质接触。

2205 双相钢管线下料、坡口加工宜采用机械加工法，避免坡口氧化；双相钢含有铁素体，显弱磁性，焊口打磨时切勿同一方向长时间重复打磨，造成焊接磁偏吹现象，影响焊缝金属的熔合。

图1 为坡口机下料、加工坡口

3.焊前组对及预热

2205 不锈钢不仅有较好的耐蚀性，而且含有相当比例的铁素体相及N 的固溶强化作用，材质的强度级别较高但延伸率较小，应严格公职组对质量，禁止带强力组对，避免焊后产生较大残余应力，生产焊接变形，无法有效的矫正，严重影响管线焊接的直线度。组对好管线，宜用锡箔纸将坡口密封，管道内部制作全程充氩保护装置，对焊道背面进行保护。

图2 充氩保护装置

双相钢焊前不需要预热处理，管线壁厚较大或环境温度过低时，为防止冷却速度过快造成焊缝合金元素局部偏析，必要时采取预热。

二、焊接过程中的质量控制要点

1.定位焊的要求

管线组对好后进行定位焊时应采用较大的焊接热输入，且对定位焊缝的最小长度进行规定，防止焊缝冷却速度过大，铁素体含量升高和氮化物析出而影响焊缝耐蚀性。

2.焊接线能量和层间温度的控制

2205 双相不锈钢因其良好的导热性和较小的热膨胀系数，可以适当采用较大线能量而不至于使接头产生热烈纹和很大残余应力，从而提高生产效率。当采用较大的线能量时，应合理安排焊接顺序以保证焊缝间有足够的冷却时间[2]，控制层间温度不大于150℃。但随着线能量的增大，冷却速度降低，延长了奥氏体析出时间，焊缝和热影响区的铁素体含量减少，焊缝组织粗大，产生过热组织，影响接头的韧性及耐蚀性，所以焊接线能量应控制在适当的范围内，保证焊接的两相组织区域平衡，另外，焊接时随着管线壁厚的增加，残余应力和轴向应力都随之增加，采用窄焊缝多次焊接，焊条尽量不做横向摆动的技术措施，如下图焊缝，这样既可以降低焊接的残余应力又保证了层间温度不至于过高。

图3 施工现场焊接试样

3.焊接过程中其他注意事项

焊接过程中，应严格按照焊接工艺评定执行，层间及时打磨焊道上的熔渣，以保证焊缝的成型良好，焊后冷却温度应注意800～475℃和350～280℃的停留时间，因为在475～800℃有可能产生碳化物、氮化物等中间相，280～350℃区间会产生过渡时效，两者皆导致焊接接头韧性的下降。

三、焊后对控制要点可行性的讨论分析

1.无损检测证实焊缝的缺陷情况

通过对以上控制要点的执行，对上面提及的集气和脱水脱烃装置区，SAF2205 双相钢工艺管线焊接作业面一个月内的394 道焊口进行射线检测，得到的焊口一次探伤合格率为98.9%，较之前一个月的焊后合格率高出近4 个百分点，可以证明此控制要点对焊缝缺陷的控制是有效可行的。

2.测定两相比例的均衡性

对焊接作业探伤合格的焊口中，随机抽取20 道焊口，利用铁素体检测仪测定焊缝相比例，得到的结论是20 道口中铁素体所占比例均在30～45%之间，铁素体、奥氏体相比例均衡性良好，能够满足接头各方面的性能要求。

图4 现场焊口铁素体检测

3.焊缝硬度的测定分析

在焊接作业探伤合格的焊口中，随机抽取20 道焊口，利用HV-30 铁素体检测仪检定焊缝热影响区的硬度，可知焊缝的硬度与母材硬度相近，热影响区的硬度稍高于母材，焊道至母材之间没有明显的硬度起伏，不至于引起应力集中使焊缝强度下降，综合力学性能能够得到保证。

四、结论

1.通过焊接前材料的合理选择、管线的正确组对、可以为2205 双相不锈钢的焊接质量的有效控制打下良好的基础。

2.焊接时选择合适的焊接工艺，严格控制焊接线能量和层间温度对焊缝的成型良好，两相比例的均衡性和综合力学性能的提高起着至关重要的作用。

3.在实际焊接生产过程中，严格执行焊接工艺规程，遵守工艺纪律，对各焊接要点彻底的贯彻执行，才能在不影响生产效率的情况下保证焊接质量的良好。

[1]李为卫,宫少涛,熊庆人等. 2205 双相不锈钢的焊接性及焊接技术[J].热加工工艺,2006,35 卷(3),35-37.

[2]岳斌,马鹏举,王大治等. 双相不锈钢的焊接工艺研究[J].化工机械,2009,36 卷(1),5-8.