浙江至德鋼業(yè)有限公司采用氣體保護(hù)鎢極氬弧焊（GTAW）、焊條電弧焊（SMAW）和埋弧焊（SAW）對(duì)2205雙相不銹鋼管進(jìn)行焊接，采用光學(xué)顯微鏡對(duì)接頭組織進(jìn)行觀察，采用數(shù)點(diǎn)法計(jì)算鐵素體相的含量，測(cè)定接頭的耐點(diǎn)蝕和耐二氧化碳應(yīng)力腐蝕性能，研究焊接方法對(duì)接頭耐蝕性的影響。結(jié)果表明，焊接方法影響焊縫組織形態(tài)及鐵素體含量。GTAW焊縫由不規(guī)則的條狀組織和兩相交織分布的塊狀組織組成，而SMAW和SAW焊縫為方位不一的條狀組織和少量的塊狀組織。GTAW和SMAW焊縫的鐵素體含量為25%～55%，而SAW的不足20%。接頭的耐蝕性與鐵素體相比例密切相關(guān)，GTAW、SMAW和SAW的耐蝕性依次降低。從鐵素體相比例和耐蝕性角度考慮，GTAW和SMAW能夠獲得滿意的焊接接頭。

 2205雙相不銹鋼管具有較高的屈服強(qiáng)度、良好的塑性和低溫韌性，以及優(yōu)良的耐應(yīng)力腐蝕、晶間腐蝕、點(diǎn)腐蝕和縫隙腐蝕性能，廣泛應(yīng)用于化工、石油能源及海洋工程等領(lǐng)域，是目前應(yīng)用最普遍的雙相不銹鋼管。與奧氏體不銹鋼管相比，雙相不銹鋼管導(dǎo)熱系數(shù)大、線膨脹系數(shù)小、熱裂傾向小，但仍然被公認(rèn)為較難焊接的材料，存在的主要問(wèn)題是焊接熱循環(huán)引起的焊縫耐蝕性以及塑韌性降低。由于雙相不銹鋼管的性能優(yōu)良，幾乎所有的焊接方法均可用于雙相不銹鋼管，常用的方法有氣體保護(hù)鎢極氬弧焊（GTAW）、氣體保護(hù)金屬極弧焊（MIG）、藥芯焊絲電弧焊（FCW）、焊條電焊（SMAW）、埋弧焊（SAW）等。至德鋼業(yè)針對(duì)雙相不銹鋼管接頭的耐蝕性降低的問(wèn)題，研究了GTAW、SMAW以及SAW三種焊接方法對(duì)2205雙相不銹鋼管接頭的耐腐蝕性能的影響，為其焊接方法的選擇提供理論依據(jù)。

一、實(shí)驗(yàn)材料與方法

 1. 焊接材料及工藝

  試樣母材為2205雙相不銹鋼管，其化學(xué)成分如表所示。分別采用GTAW、SMAW和SAW三種焊接方法對(duì)其進(jìn)行焊接，焊接工藝參數(shù)如表所示。焊接完成后，經(jīng)過(guò)無(wú)損檢測(cè)合格，再對(duì)焊接接頭的耐蝕性進(jìn)行評(píng)定。

 2. 鐵素體相比例實(shí)驗(yàn)

  鐵素體相比例實(shí)驗(yàn)按照ASTM E 562 進(jìn)行。首先，對(duì)試樣進(jìn)行粗磨、細(xì)磨、拋光，采用著色腐蝕劑進(jìn)行腐蝕，腐蝕后鐵素體呈灰色，奧氏體呈白色。將腐蝕后的試樣在萊卡共聚焦顯微鏡下觀察微觀組織，放大倍數(shù)為500倍，觀察位置覆蓋了整個(gè)焊接接頭的厚度方向。然后，對(duì)焊縫區(qū)、母材及熱影響區(qū)的鐵素體含量通過(guò)人工數(shù)點(diǎn)的方法確定鐵素體相比例。實(shí)驗(yàn)測(cè)試每個(gè)視野網(wǎng)格包含100個(gè)等間距的點(diǎn)，每個(gè)區(qū)域?yàn)?0個(gè)測(cè)量視野，合計(jì)1000個(gè)點(diǎn)。

 3. 點(diǎn)蝕實(shí)驗(yàn)

 點(diǎn)蝕實(shí)驗(yàn)按照 ASTM G48 MethodA 進(jìn)行。首先，將試樣的各個(gè)面用1000號(hào)砂紙磨光。然后，將試樣放在恒溫浴槽中的腐蝕液中，腐蝕介質(zhì)為蒸餾水，實(shí)驗(yàn)溫度22℃，實(shí)驗(yàn)時(shí)間為72小時(shí)，用腐蝕速率評(píng)定接頭的耐點(diǎn)蝕性能。

 4. 二氧化碳應(yīng)力腐蝕實(shí)驗(yàn)

  二氧化碳應(yīng)力腐蝕實(shí)驗(yàn)按照 ASTM G39 進(jìn)行。實(shí)驗(yàn)溫度為50℃，二氧化碳分壓為 10KPa，使用四點(diǎn)彎曲方法進(jìn)行試驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)溶液為10%氯化鈉和0.5%乙酸，PH值控制在4.5，施加應(yīng)力為90%的名義屈服強(qiáng)度。用腐蝕速率評(píng)定接頭的耐二氧化碳應(yīng)力腐蝕性能。

二、結(jié)果及分析

 1. 顯微組織

 母材及不同焊接方法所得接頭的焊縫及熱影響區(qū)的組織形貌如圖所示。由圖可知，母材2205的顯微組織由約50%的鐵素體（灰色）和約50%的奧氏體（白色）雙相組成，且鐵素體和奧氏體組織沿軋制方向呈帶狀分布。由圖可知，從焊縫鐵素體中析出的奧氏體分布于鐵素體的晶界或晶內(nèi)，但是焊接方法影響焊縫中鐵素體的形貌特征。GTAW焊縫由于焊接熱輸入小，組織細(xì)小，具有不規(guī)則的條狀組織特征和兩相交織分布的塊狀特征，在塊狀組織中，γ相被α相包圍在一起，且塊狀γ相中還有點(diǎn)狀的α相。SMAW和SAW焊縫為方位不一的條狀組織形態(tài)和少量的塊狀組織，由于熱輸入大，導(dǎo)致晶粒粗大。另外，焊縫中鐵素體的含量與焊接熱輸入密切相關(guān)，焊接熱輸入較大鐵素體含量較低，這是因?yàn)楹附訜彷斎氪螅邷赝Ａ魰r(shí)間長(zhǎng)，奧氏體有充分的時(shí)間從鐵素體中析出。由圖可知，熱影響區(qū)組織形態(tài)與母材類似，由條狀或塊狀的奧氏體和鐵素體相間排列。

 2. 鐵素體相比例實(shí)驗(yàn)

 要保證雙相不銹鋼管焊接接頭具有同母材相近的優(yōu)良耐腐蝕性能，焊接接頭中鐵素體和奧氏體要保持一定的比例，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定鐵素體含量在35%~55%，能保證焊接接頭具有良好的耐蝕性能。因此，測(cè)定焊接接頭的相比例是非常必要的。2205雙相不銹鋼管GTAW、SMAW和SAW接頭母材、焊縫、熱影響區(qū)的鐵素體含量如圖所示。由圖可知，三種焊接方法接頭母材和熱影響區(qū)的鐵素體含量較高，焊縫區(qū)鐵素體含量較少。GTAW和SMAW焊接方法所得到的焊縫和熱影響區(qū)中的鐵素體含量均能滿足35%～55%的比例，因此可以認(rèn)定GTAW和SMAW雙向不銹鋼管件焊接接頭組織中相比例是可以滿足要求的。但是，SAW接頭熱影響區(qū)的鐵素體含量滿足要求，而焊縫區(qū)鐵素體含量不足20%，因而認(rèn)定SAW不合格。SAW接頭焊縫區(qū)的鐵素體含量低與焊接熱輸入密切相關(guān)，當(dāng)焊接熱輸入高時(shí)，冷卻時(shí)間得到延長(zhǎng)，提升了轉(zhuǎn)變，穩(wěn)定了相平衡，奧氏體轉(zhuǎn)變較完全，導(dǎo)致鐵素體含量較低，這與圖所示的組織特征所得結(jié)論一致。

 3. 點(diǎn)蝕實(shí)驗(yàn)

 GTAW、SMAW和SAW接頭點(diǎn)蝕實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表。由表可知，焊接方法不同，點(diǎn)蝕速率稍有差別，GTAW的點(diǎn)蝕速率最低，SMAW的點(diǎn)蝕速率較高，SAW的點(diǎn)蝕速率最高。點(diǎn)蝕速率的高低與接頭組織中兩相的比例有關(guān)，兩相的比例在50%左右時(shí)耐蝕性最好，所得實(shí)驗(yàn)結(jié)果與鐵素體相比例實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致。

 4. 二氧化碳應(yīng)力腐蝕實(shí)驗(yàn)

  GTAW、SMAW和SAW接頭耐應(yīng)力腐蝕實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表４所示。由表可知，雖然經(jīng)過(guò)７天腐蝕，GTAW、SMAW和SAW試樣表面均未出現(xiàn)裂紋，但是二氧化碳應(yīng)力腐蝕速率依次增加。這說(shuō)明隨焊接熱輸入增加，二氧化碳應(yīng)力腐蝕敏感性增加。

三、結(jié)論

 1. 焊接方法影響焊縫組織形貌。GTAW焊縫焊接熱輸入小，組織細(xì)小，具有不規(guī)則的條狀組織特征和兩相交織分布的塊狀特征。SMAW和ＳＡＷ熱輸入大，晶粒粗大，焊縫為方位不一的條狀組織形態(tài)和少量的塊狀組織。

 2. 焊接方法對(duì)焊縫的鐵素體含量影響較大。GTAW和SMAW焊縫的鐵素體含量為35%~55%，而SAW焊縫的鐵素體含量不足20%。

 3. 焊接方法影響接頭的耐點(diǎn)蝕和二氧化碳應(yīng)力腐蝕性能。GTAW，SMAW和SAW接頭的耐點(diǎn)蝕和二氧化碳應(yīng)力腐蝕敏感性依次增加。

 4. 鑒于2205雙相不銹鋼管接頭的鐵素體相比例和耐蝕性要求，GTAW和SMAW能夠獲得滿意的接頭。若采用SAW，應(yīng)嚴(yán)格控制焊接熱輸入，以保證焊縫的鐵素體相比例。