双相不锈钢焊接性问题产生的原因及控制策略

梅明

摘 要：随着我国经济与科技的不断发展，我国工业技术也得到了快速的发展，尤其是在焊接工艺技术中领域中，技术人员经过不断的开发研究已经优化了不锈钢焊接技术，极大地提高了工业生产的效率，推动了我国工业化发展的脚步。然而對于双相不锈钢焊接工艺来说，其在实际的应用过程中容易受到环境因素以及其他外界因素的影响，进而导致其出现焊接问题，影响最终的焊接成果。本文将从双相不锈钢焊接性能与特征、双相不锈钢焊接性问题产生的原因及控制策略两个方面进行相关论述，以供参考。

关键词：双相不锈钢 焊接技术 焊接问题 原因分析 控制策略

Causes and Control Strategies of Weldability Problems of Duplex Stainless Steel

Mei Ming

Abstract：With the continuous development of Chinas economy and technology， Chinas industrial technology has also been rapidly developed， especially in the field of welding technology. After continuous development and research， technicians have optimized the stainless-steel welding technology and greatly improved the efficiency of industrial production， and promoted the pace of industrialization in our country. However， for the welding process of duplex stainless steel， it is susceptible to environmental factors and other external factors in the actual application process， which in turn leads to welding problems and affects the final welding results. This article will discuss the welding performance and characteristics of duplex stainless steel， the causes of duplex stainless-steel weldability， and control strategies for reference.

Key words：duplex stainless steel， welding technology， welding problem， cause analysis， control strategy

1 引言

双相不锈钢焊接技术是一种重要的工业焊接技术，在工业生产中的应用较为广泛，其中的双相不锈钢指的是铁素体以及和奥氏体，其不仅具有良好的抗氯化物应力腐蚀性能，同时还体现出极高的屈服强度，再加上奥氏体相的特征，使得双相不锈钢还具有较好的耐腐蚀性以及韧性，这样的钢材强度与韧性都更好，同时也更加容易被焊接使用。随着我国工业化的不断推进，我国双相不锈钢材料的应用越来越广泛，其中应用最为频繁的就是石油、化工以及海洋工程等领域中，甚至已经逐渐取代了传统奥氏体不锈钢的应用地位。技术人员在使用双相不锈钢构件的时候一般都采取焊接的方式进行材料加工，而受到各种因素的影响，材料将会出现不同的焊接效果。本文就将对应用双相不锈钢焊接效果的因素进行具体分析，并提出针对性的解决方法与意见，希望能够为业内人士提供有用的参考信息。

2 双相不锈钢焊接性能与特征分析

经过技术人员的观察与实验能够发现，室温下的双相不锈钢固溶体中同时具备奥氏体与铁素体，材料的结构赋予了双相不锈钢材料两相的结构特征，经过上文分析总结能够知道，双相不锈钢材料即具备铁素体的导热系数大、耐点蚀等特征，同时也体现出奥氏体良好的强度与韧性优势，能够适应不同的环境温度，同时还具备优秀的力学性能。经过实验数据的对比探究能够知道，双相不锈钢的屈服强度高于原奥氏体不锈钢，因此在同等压力等级下，使用双相不锈钢材料能够有效节约材料资源。与传统的材料相比，双相不锈钢的焊接性更好，经过焊接之后不会出现严重的冷裂纹与热裂纹现象。技术人员使用双相不锈钢材料进行焊接的时候不需要进行预热处理，如果在寒冷的环境中进行焊接，只需要将坡口清理之后并将其加热至100℃去除湿气就可以，即使在焊接之后也并不需要热处理。再加上双相不锈钢材料的氮含量较高，其受到温度影响的程度要小于铁素体，因此其具备更加良好的焊接综合性能。

3 双相不锈钢焊接性问题产生的原因及控制策略

3.1 合金元素的影响

对于双相不锈钢材料来说，其原材料中氮的含量将直接影响两相的比例。氮能够帮助奥氏体在焊缝金属和焊后热影响区内形成，但是从应用效果来看，氮的作用要大于镍。因此，技术人员在进行焊接的过程中总是有意识地提高镍的含量，进而保障奥氏体的形成，通常情况下技术人员应当控制镍的含量比母材高出2%～4%。尽管氮含量的在呢个价也能够起到控制铁素体含量的作用，但是氮含量过高却容易导致材料在焊接过程中出现气孔问题，最终导致接头内应力增大，影响材料的使用性能，因此技术人员应当控制其中的填充金属氮含量。就目前的焊接情况来看，一般都要求镍含量高于母材，而氮含量则可以与母材相同。之所以采取这样的比例是因为镍含量或氮含量的提高都能够优化焊接性能，同时促进奥氏体的形成[1]。

3.2 热循环的影响

从反应本质上来看，焊接其实就是一个冶金的过程，因此在焊接的过程中，根据环境温度的变化，焊接金属也将按照温度由高到低的顺序析出不同的组织。经过实验总结能够知道，在1200℃至凝固点温度之间，材料将会析出铁素体组织，而在800～1 200℃温度之间，材料将会析出奥氏体，在475～800℃之间，材料将会析出碳化物、氮化物等。因此，接头奥氏体的形成数量不仅受到原材料的化学成分比例影响，同时还会受到冷却速度的影响。从研究结果中进行对比分析能够发现，较快的冷却速度能够提高焊缝组织的铁素体含量。因此，要想提高材料的焊接性能，技术人员就应该合理地控制热输入量，根据焊接材料的实际厚度合理选择层间温度。经过对类似研究文献的学习与总结能够发现，当焊接热输入超过一定温度值的时候，随着环境温度的升高，其铁素体的含量将会降低;且焊接输入量将会直接影响焊缝组织的两相比例以及高温热影响区的宽度，其对于高温热影响区的两相比例影响较小并不大;而150℃的层间温度是最利于焊接组织的，能够实现铁素体与奥氏体的等比存在，同时不存在二次奥氏体析出的现象。

因此，要想提升双相不锈钢材料的焊接工艺以及焊接效果，技术人员可以使用多层多道焊的方法，这样就能够有效控制两相比例。在多层多道焊过程中，前面的一层焊道将会受后面焊道的热处理作用，促进铁素体向奥氏体的转变，这样就能够增强热影响，进而降低奥氏体析出的比例，同时还能够降低碳化物以及氮化物的析出量，进而提高焊接接头的性能。在这样的焊接技术下，技术人员在实际的焊接过程中应该首先焊接触介质面，之后在进行非接触介质面的焊接处理，这样的焊接方法与之前的奥氏体不锈钢焊接方法完全不同。如果技术人员在焊接的过程中收到最后施焊接触介质面的硬性要求，则技术人员可以在最后焊接结束的时候在其焊缝表面补焊一层工艺焊缝，这样就能够在进行一次热处理，能够有效提升焊接的工艺

效果[2]。

3.3 保护气体的影响

另外，保护气体同样能够起到改善两相组织的效果。一般情况下，纯氢已经能够达到良好的保护效果，但是受到多种因素的影响，双相不锈钢材料在焊接的过程中总是会出现表面氮损失的情况。要想改善氮损失的现象，技术人员应该采取针对性的防护措施，降低焊接过程中的氮损失，而其中应用最广泛的方法就是使用含氮的氣体实施保护。经过实验能够发现，当氢气中添加2%的氮气作为保护气体时能够达到最好的焊接效果，这样的保护气体不仅能够降低焊接表面金属氮的损失，同时还能够降低铁素体奥氏体相比例，使得焊接接头的两相比例更加接近母材，这样就能够提升材料的抗腐蚀能力[3]。

3.4 氢致裂纹的影响

一般情况下，双相不锈钢材料对于氢致裂纹并不敏感，但是在实际的焊接过程中也偶有发生因氢致裂纹导致的双相不锈钢焊接结构破坏事件出现，之所以会出现这样的事故，其主要的原因就在于焊缝金属内显微组织以及氢含量存在问题。经过实验能够发现，如果双相不锈钢材料焊缝金属显微组织中铁素体的体积分数超过60%，且其氢含量达到一定水平时，材料就会出现对氢致裂纹敏感的现象。

面对这样的问题，技术人员首先应该防止过高的峰值温度出现，严格控制焊缝金属内的铁素体含量，并将其保持在合适的范围，这样就能够促进网状奥氏体组织的形成。这样一来，晶界和铁素体晶都能够有效限制氢的扩散，这样就降低了氢致裂纹产生的概率。除此之外，技术人员还应该尽量避免在焊接过程中处于氢含量较高的环境，进一步提高焊接的质量[4]。

3.5 残余应力与变形

与传统使用的奥氏体钢性能相比，尽管双相不锈钢在导热性能、热膨胀表现、残余应力以及变形方面都体现出优势，但是由于在实际焊接的过程中总是使用局部加热的方法，这样就会导致残余应力和变形的出现。要想提高双相不锈钢材料的焊接效果，技术人员就应该想办法控制其残余应力以及变形情况。经过实验分析之后能够发现，双相不锈钢经过焊接后如果开展300～700℃消除应力处理或者变形矫正处理都会导致焊接接头出现脆化的现象。而如果开展700～1 000℃处理则会导致金属间化合物析出，进而降低焊接接头的韧性与抗腐蚀能力。因此，技术人员不能够通过焊接结束之后的热处理消除应力与变形，其应该从焊接工艺参数的调整方面进行研究。经过类似文献的研究与学习能够知道，通过优化工艺参数、选用合理的焊接装配程序的方法就能够消除应力与变形，同时还能够提升焊接的效果[5]。

4 结语

综上所述，要想提升双相不锈钢材料的焊接效果与性能，技术人员应合理控制填充金属元素的种类与含量，同时还应该及时调整保护气体的体积分数，这样就能够优化奥氏体-铁素体双相不锈钢的比例。其次，技术人员还应该不断调整焊缝的金属化学成分，同时控制焊接热输入量，这样才能够促进奥氏体的形成，从而减少有害相的析出。最后，技术人员还应该合理控制峰值温度以及周围环境的氢含量，这样才能够降低氢致裂纹敏感性，选择合理的焊接装配程序则能够有效消除应力与变形，进一步提高焊接的效果。

参考文献：

[1]王振坤.SAF2205双相不锈钢焊接工艺分析[J].现代盐化工，2020，47（03）：65-66.

[2]黄卫东.浅谈不锈钢结构件焊接工艺[J].内燃机与配件，2020（04）：109-110.

[3]骆科彤，宁斌，崔雪鸿.2205双相不锈钢焊接力学性能和腐蚀性能研究[J].广西民族大学学报（自然科学版），2020，26（01）：92-98.

[4]张羽，徐展.2205双相不锈钢烟管焊接质量控制[J].工业锅炉，2019（05）：43-46.

[5]查小琴，任永峰，黑鹏辉，翟智梁.双相不锈钢焊接性问题原因及控制[J].材料开发与应用，2019，34（05）：59-65.