雙相不銹鋼具有優(yōu)良的耐蝕性和可焊性，線膨脹系數(shù)小，適合用于碳鋼、低合金制化工、壓力容器的耐蝕內(nèi)襯結(jié)構(gòu)。針對雙相不銹鋼的焊接性，選用奧氏體不銹鋼焊材308L、309L，運(yùn)用多種焊接方法和焊材，模擬產(chǎn)品常見接頭形式，對雙相不銹鋼S22253和S22053進(jìn)行焊接，焊后進(jìn)行外觀檢查、無損檢測、拉伸試驗(yàn)、彎曲試驗(yàn)和室溫沖擊試驗(yàn)。結(jié)果表明，采用奧氏體不銹鋼焊材施焊雙相不銹鋼能夠獲得焊接工藝性良好、各項(xiàng)性能滿足要求的焊接接頭。

雙相不銹鋼是指固溶組織中鐵素體與奧氏體各約占50%，一般較少相的含量最少需達(dá)到30%的不銹鋼。雙相不銹鋼具有以下特點(diǎn)：

   1. 與奧氏體不銹鋼相比，強(qiáng)度較高，特別是屈服強(qiáng)度顯著提高；鎳含量低，屬節(jié)鎳不銹鋼，經(jīng)濟(jì)性好；耐氯化物應(yīng)力腐蝕性能更好。但雙相不銹鋼應(yīng)用溫度較窄，高溫不超過300～400℃，低溫不低于-40～-20℃。冷成形時(shí)比奧氏體不銹鋼的加工硬化效應(yīng)更大。

   2. 與鐵素體不銹鋼相比，其韌性高、脆性轉(zhuǎn)變溫度低、耐晶間腐蝕性能和焊接性能均顯著提高，且保留了鐵素體不銹鋼熱導(dǎo)率高、線膨脹系數(shù)小，具有超塑性等特點(diǎn)，晶粒比單相不銹鋼細(xì)。

   3. 焊接性能較好，熱裂傾向小，一般焊前不預(yù)熱，焊后不熱處理，可與其他鋼材熔焊。

    常用不銹鋼化學(xué)成分及力學(xué)性能比較如表所示。由表可知，雙相不銹鋼線膨脹系數(shù)與碳鋼最為接近。綜上可知，雙相不銹鋼既有奧氏體不銹鋼的優(yōu)良耐蝕性和可焊性，線膨脹系數(shù)又最接近碳鋼，適合用于碳鋼、低合金制化工、壓力容器的耐蝕內(nèi)襯結(jié)構(gòu)。

一、問題提出

    選用國內(nèi)已經(jīng)批量化生產(chǎn)的S22253和S22053雙相不銹鋼作為研究對象，研究其可焊性。同時(shí)，由于雙相不銹鋼焊材無壓力容器標(biāo)準(zhǔn)推薦材料，從經(jīng)濟(jì)性考慮，選用成熟的309L和308L焊材進(jìn)行試驗(yàn)，研究與之匹配的焊接工藝。

二、試驗(yàn)過程

1. 試驗(yàn)條件準(zhǔn)備

    采用固溶熱處理狀態(tài)供貨的S22253和S22053（原材料標(biāo)準(zhǔn)：GB24511-2009）模擬產(chǎn)品常見焊接接頭結(jié)構(gòu)進(jìn)行焊接性試驗(yàn)，接頭形式如圖所示，試驗(yàn)分組如表所示，每種焊材均焊接對接接頭和十字型接頭各一組。

2. 焊接材料及焊接參數(shù)各種焊接方法

  手工氬弧焊GTAW、焊條電弧焊SMAW和藥芯氣保焊FCAW，分別由技術(shù)熟練的同一焊工在相同環(huán)境條件下，使用相同設(shè)備和同批次焊材以相同焊接參數(shù)范圍（焊材廠家推薦的常用參數(shù)范圍）進(jìn)行施焊，焊前不預(yù)熱并在整個焊接過程中控制道間溫度小于等于150℃，以減少粗大誤差。

三、結(jié)果分析

1. 焊接接頭外觀檢查和無損探傷檢測

   a. 外觀檢查結(jié)果

    所有焊接接頭進(jìn)行目視檢查，焊縫表面平整，無咬邊、裂紋、表面氣孔等缺陷。滿足NB/T47014-2011的合格標(biāo)準(zhǔn)。

   b. 無損探傷檢測結(jié)果

   所有焊接接頭按NB/T47013.5-2015進(jìn)行100%滲透檢測目視檢查，Ⅰ級合格。所有焊接接頭按NB/T47013.2-2015進(jìn)行100%射線檢測，Ⅱ級合格。滿足NB/T47014-2011的合格標(biāo)準(zhǔn)。

2. 焊接接頭破壞性試驗(yàn)

   a. 金相檢查

   采用鋸切或機(jī)加的方法，垂直于焊接方向切開試件進(jìn)行宏觀金相檢驗(yàn)，如圖所示。未發(fā)現(xiàn)存在任何形式的裂紋、氣孔、夾渣、未熔合、板材分層等缺陷。在宏觀試樣上再選擇熔合線及附近區(qū)域進(jìn)行微觀金相檢驗(yàn)，如圖所示。未發(fā)現(xiàn)存在任何缺陷或異常組織，熔合線附近的母材和焊縫均為A+F雙相組織，但因雙相比例和結(jié)晶方向不同，存在一定的組織差異。

  b. 硬度試驗(yàn)

   按照GB/T2654-2008標(biāo)準(zhǔn)在對接接頭和十字型接頭的宏觀試樣上進(jìn)行焊縫、焊縫兩側(cè)熱影響區(qū)和母材的橫向硬度試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果為：硬度為190～257 HBW，滿足GB24511-2009的母材合格標(biāo)準(zhǔn)（≤293 HBW）。

  c. 拉伸試驗(yàn)

   按照NB/T47014-2011標(biāo)準(zhǔn)在每組對接接頭上取樣進(jìn)行橫向室溫拉伸試驗(yàn)，每個試驗(yàn)取2個試樣。試驗(yàn)結(jié)果為：抗拉強(qiáng)度675～825 MPa，滿足GB24511-2009的母材合格標(biāo)準(zhǔn)（Rm≥620 MPa）；規(guī)定非比例延伸強(qiáng)度RP0.2=535～595 MPa，滿足GB24511-2009的母材合格標(biāo)準(zhǔn)（RP0.2≥450 MPa）。

  d. 彎曲試驗(yàn)

   按照NB/T47014-2011標(biāo)準(zhǔn)在每組對接接頭上取樣進(jìn)行橫向面彎、背彎試驗(yàn)，每個試驗(yàn)各取2個試樣。試驗(yàn)結(jié)果均滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

  e. 沖擊試驗(yàn)

   按照NB/T47014-2011標(biāo)準(zhǔn)在每組對接接頭上取樣進(jìn)行焊縫和熱影響區(qū)室溫沖擊試驗(yàn)，每個試驗(yàn)各取3個試樣。試驗(yàn)結(jié)果：焊縫沖擊HV5=22～74，熱影響區(qū)沖擊HV5=49～100，其中手工氬弧焊試樣的沖擊值偏高，焊條電弧焊和藥芯氣保焊試樣的沖擊值偏低。由于GB24511-2009無母材沖擊合格標(biāo)準(zhǔn)，故該試驗(yàn)數(shù)據(jù)僅供分析焊接性參考。

四、結(jié)論

    雙相不銹鋼S22053和S22253焊接工藝性好，能適用于氬弧焊、焊條電弧焊、藥芯氣保焊等多種常見焊接方法。其裂紋敏感性、淬硬性低，采用奧氏體不銹鋼焊材（308L或309L）施焊，焊前可不預(yù)熱，焊后不熱處理。焊接接頭質(zhì)量優(yōu)異，機(jī)械性能不低于母材合格標(biāo)準(zhǔn)，金相組織由較好的過渡區(qū)域和結(jié)晶構(gòu)成。采用較小的熱輸入量施焊，如氬弧焊，可以有效提高焊縫及熱影響區(qū)的室溫沖擊值。在此次試驗(yàn)中，還存在幾個問題，將會在后續(xù)研究中進(jìn)行改進(jìn)。

   1. 采用奧氏體不銹鋼焊材（308L或309L），其焊縫組織與母材組織存在一定的差異，其組織形態(tài)從熔合線起按A+F比例和結(jié)晶方向存在漸變。

   2. 基于條件限制，僅進(jìn)行了12組試驗(yàn)，樣本數(shù)量偏少，個體樣本誤差對試驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)有較大的影響。

  3. 試驗(yàn)是基于東方電氣（廣州）重型機(jī)器有限公司現(xiàn)有設(shè)備和焊工按焊材供應(yīng)商推薦參數(shù)進(jìn)行試驗(yàn)的，更換設(shè)備、人員和參數(shù)可能會與試驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生差異。

   上述問題需通過改進(jìn)系統(tǒng)精度、加大樣本數(shù)量來保證試驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果的準(zhǔn)確性和代表性，但本次試驗(yàn)已經(jīng)具有實(shí)際工程意義，為采用奧氏體不銹鋼焊材施焊雙相鋼工藝提供了一定的數(shù)據(jù)參考。