双相不锈钢化学品船焊接技术及应用探讨

余卫忠

（宁波东方船舶设计院有限公司，浙江 宁波 315040）

1 常见不锈钢焊接方法及工艺

不锈钢主要包括当离子焊接、氩弧焊接、手工电弧焊和埋弧焊技术等。

1.1 手工电弧焊

为了避免焊接接头在危险温度范围停留较长时间而出现贫铬区，避免接头温度过高而出现热裂纹缺陷，应使用小电流快速焊方式应用在手工焊接不锈钢当中，加强熔池保护，并防止基本金属过热，在具体焊接期间需要采用短弧焊接方式，不能形成横向摆动，最佳方式为窄焊道。如果要实施多层焊接方式，则每焊完一层需要对熔渣进行彻底清除，对焊接缺陷处进行全面检查，并采取有效处理措施。等到前道焊缝温度降低到140℃左右时，再进行下一道焊接工序。在焊接期间需要全面按照“先焊接非工作面，后焊接与腐蚀介质直接接触的工作面”的原则进行。

1.2 氩弧焊

对于厚度较小的不锈钢焊件而言，需要优先使用氩弧焊方式，该种焊接方式的优势表现在良好的焊接熔池保护作用，焊接质量高、电弧稳定性强、热量集中、无熔渣、焊接变形幅度小。在焊接之前需要使用夹具夹紧接头或者进行固焊处理，彻底清理接头25 mm范围内的焊丝和工作面，还需要处理油污等杂质。在实际焊接期间，首先需要确保焊接质量，在此基础之上加快焊接速度，避免焊缝当中存在气孔，降低焊件变形幅度，避免焊接接头热量过高。

1.3 埋弧自动焊

对于较厚焊件的平直焊缝而言，需要优先使用埋弧自动焊接方式，该种焊接方式能够加强生产效率，在较大程度上提升焊接质量。然而，在焊接不锈钢时如果采用埋弧自动焊方式，则需要严格按照构件的工作环境和化学成分合理选择焊剂和焊丝。因为钢电阻系数较大、导热系数小，在焊接期间不能过成伸出焊丝，将其伸出长度控制在35 mm左右，在确保焊透前提下，需要尽量使用小电流快速焊接方式。

2 双相不锈钢材料特性

2.1 成分特点

第二代双相不锈钢2205的成分主要包括含氮、超低碳，典型成分为5%镍+22%铜+0.17%氮。

2.2 组织特点

在室温条件下，双相不锈钢固溶体当中的铁素体和奥氏体各占50%，因此，兼有两者的组织特性，不仅具备铁素体不锈钢导热系数优势，具有较小的线膨胀系数，在应力腐蚀和耐点蚀等方面也具有良好表现，还能够兼顾奥氏体不锈钢良好的韧性，具有较低的脆性转变温度，抗晶间腐蚀，具有良好的焊接性能和力学性能。

2.3 2205双相不锈钢的优势特点与不足

优势特点：①抗均匀腐蚀能力强；②抗疲劳腐蚀断裂、应力腐蚀开裂能力等；③抗点腐蚀能力和抗应力间隙腐蚀能力强；④冲击功吸收能力高；⑤强度较高；⑥热膨胀系数低；⑦抗侵蚀腐蚀和抗摩擦腐蚀能力强；⑧全寿命维护成本较低；⑨热膨胀系数低。

不足缺陷：①相比于奥氏体不锈钢而言，其具有较大的弯曲回弹率；②因为其具有较高的强度，因此，在塑性变形期间往往需要较大的外力，由于塑性较低，弯曲时需要设置较大的弯曲半径；③加工硬化率和硬度较高；④金属间化合物会对韧性和抗腐蚀性造成极大影响；⑤相比于奥氏体，其可焊性要求具有较多的控制措施。

3 双相不锈钢化学品船焊接技术应用

3.1 双相不锈钢化学品船案例分析

此次研究的化学品船是浙江新乐船厂生产的13000DWT双向不锈钢化学品船。该船的货舱区域双壳双底呈现L形，作为洗舱水舱和压载水舱。双层底有管弄设置，艏尖舱作为压载水舱，尾尖舱为空舱。燃油储存舱安装在机舱前部，货舱前面的燃油储存舱数量为3个，因此，不需要将货舱水舱连接于燃油储存舱。将甲板室设置在尾楼甲板上，并且在首部安装可调螺距首侧推，全面加强操纵性。

3.2 选择焊接材料

该船属于BV入级，采用BV认证的厚板和中厚板，在选择焊接材料时也选择标准认定的焊材，需要满足以下特征：①在焊接碳-锰钢和双相不锈钢的焊接接头时，需要应用DUP/CMn认证的焊接材料；②在对双相不锈钢之间进行焊接时，需要选择S31803认证的焊接材料；③在焊接奥氏体不锈钢和双相不锈钢之间的焊接接头，由于缺乏标准认定，因此，可以选择具有SS/CMn认证的焊接材料。按照以上焊接标准，此次研究主要是应用瑞士生产的不锈钢焊材。

3.3 焊接工艺

3.3.1 合金元素的影响

一般而言，为了避免合金元素的影响，需要提升氮和镍在焊接材料中的含量，将镍的含量控制在母材含量的3%，双相钢焊材的镍含量一般在9%左右。如果使用含氮填充材料，将会获得明显的效果。如果在实际焊接期间联合应用氮或者镍，将会明显加强奥氏体相稳定性。其中，加氮气能够避免金属间相过快析出，全面增强焊缝金属的耐蚀性和强度。

3.3.2 工艺措施的影响

焊接线能量会决定双相组织平衡性。在高温条件下，双相不锈钢是100%铁素体，如果现能量较小，热影响区冷却速度较快，造成奥氏体无法及时析出，就会在室温条件下导致铁素体过冷保存；如果现能量较大，冷却速度较慢，即使能够获取足够奥氏体，也会导致热影响区，铁素体晶粒长大，析出毒害金属相，使接头容易脆化。为了防止出现以上情况，需要全面控制层间温度和热输入值，并且应用填充金属。

3.3.3 热循环影响

双相不锈钢的焊接特点是热循环会影响焊接接头内组织，无论是热影响区，还是焊缝都会出现相变情况，影响焊接接头性能。通常都是使用多层多道焊接方式，这样就导致后续焊道影响前层焊道，焊缝金属当中的铁素体能够转化为奥氏体，这样就形成两相组织。为了全面确保接头和焊缝满足耐腐蚀性和力学要求，在焊接期间需要注重层间温度和热输入量，将层间温度控制在130℃，热输入量控制在2 kJ/mm。

4 结束语

综上所述，从当前的航运市场发展态势来看，不锈钢化学品船发展前景广阔，在较短时间内，大多数中小型船舶企业为了在市场竞争当中占据一定位置，纷纷研究和建造不锈钢化学品船。为了全面加强船舶企业服务质量，也进行了一系列焊接工艺技术分析和实际应用探讨，全面提升船厂的生产效率，确保船舶航行安全和船体质量。