评定S32750 2507超级双相钢的焊接工艺

双相不锈钢是指金相组织具有铁素体与奥氏体双相组织的不锈钢种，在固溶组织中铁素体与奥氏体各占约50%的比例，一般较少相的含量也在30%以上。双相钢不仅具有良好的塑性、韧性、耐腐蚀性和焊接性，而且具有更强于其他种类不锈钢的抗晶间腐蚀能力，因此在能源、化工、制药、造纸、海水淡化等领域有着广泛的应用。

1、焊材选择

给清流2507双相钢选取合适的焊材，能控制焊后组织铁素体和奥氏体比例，使两相比例合理，且获得力学性能大于等于母材的焊接接头，经过对比焊材采用ER2594焊丝，直径为1.6〜2.4mm。选用的主要原因是ER2594焊丝，化学成分中镍元素含量较母材中含量相对提高，能在焊后快速冷却过程中促进奥氏体形成，稳定两相比例，若只选用与母材成分相同的焊材，则焊缝中铁素体含量较高。

2、焊前预热、热输入与层间温度

双相不锈钢靠着合理的双相比例而发挥性能，焊后应保证铁素体和奥氏体两相保持合理的比例，焊接一般选用小热输入、快速焊接的方法，容易使得焊缝冷却速度过快，高温铁素体向奥氏体转变时间过短，则焊缝和热影响区域会产生过多的铁素体组织，而奥氏体组织不足，会降低双相不锈钢的抗腐蚀性和焊接接头处的韧性，因此母材预热温度应≥10℃。

若选用较大的热输入量，则冷却速度过慢会使得铁素体晶粒粗大，且会产生金属间相，同样降低接头韧性与抗腐蚀性。

进行多道焊时，应当控制层间温度，层间温度过大会导致热量积累，受热区域增大，热影响区变宽，同时导致晶粒粗大，降低强度与韧性，需控制焊道层间温度不超过58℃。

3、焊接工艺

采用气体保护钨极氩弧焊(GTAW)，保护气体采用98%Ar与2%N2的混合气体，使用纯氩气保护焊丝熔化产生熔池中的氮元素会形成氮气逸出，加入1%~5%氮气的混合保护气体具有较好的工艺性，特别是根部焊缝，氮气保护尤为重要。

但当混合气体中氮气含量超过5%时钨极易烧损，造成电弧不稳定。因此选用98%Ar+2%N2混合保护气体钨极氩弧焊。

焊接时保持背部持续充入保护气体，背部充入保护气体后氧气含量应低于0.05%。

采用焊接电流70-110A，电弧电压10-16V，焊接速度40-95mm/min，层间温度<58℃的工艺进行焊接。

焊接接头根部焊道使用ϕ2.4mm的焊丝打底，填充及盖面层焊道使用ϕ1.6-2.4mm的焊丝打底。热输入量要小，不得超越工艺规程中热输入量的要求，填充、盖面时的热输入量不得高于打底时的热输入量。

4、焊缝组织与力学性能

双相钢2507焊后凝固过程，铁素体组织先凝固，后随温度降低，部分铁素体在晶界处开始转变为奥氏体，并向铁素体晶内生长，焊后腐蚀试验组织如下图所示。

试验结果表明，铁素体相比例为42.5%±7%，组织比例满足要求。焊缝及热影响区处各项力学性能试验结果显示，最小抗拉强度858MPa，弯曲试验结果合格，最大硬度265.2HBW，冲击试验在-20℃下焊缝处KV=35~45J，热影响区KV=48~55J，力学性能都优于母材且符合标准。

5、无损检测特殊要求

(1)打底完成后需要进行PT检测，如下图，合格后进行填充层焊接。

(2)铁素体含量测定应在已完成的焊缝中心30%~60%内测定。

(3)对所有焊后的焊缝取20%进行焊缝区域和热影响区的硬度测试，硬度值不得超过285HBW。