双相不锈钢和304焊接（双相不锈钢的焊接方法）

药芯焊丝电弧焊（FCW）

药芯焊丝电弧焊是双相不锈钢焊接的最新工业化进展之一。它的成功应用恰好表明了双相不锈钢技术的发展是多么地深远和迅速。FCW法使用与GMAW相同的设备，通过焊炬自动供给填充助焊剂的焊丝。焊丝中的粉末提供了部分焊缝金属的合金元素和焊渣，保护焊缝免受空气氧化和污染，通过焊炬提供补充保护气体对热影响区起到了保护作用。FCW是一种经济的焊接方法，因为其熔敷率高。它适用于不规则的位置和各种厚度材料的焊接。

设备

实施药芯焊丝电弧焊使用的设备与GMAW相同。

填充金属

由于采用助焊剂保护的焊接方法焊接的焊缝韧性略低，这可能是由焊缝金属中氧含量增加引起的，所以FCW的填充金属镍含量高以使焊缝金属中的奥氏体含量高于接近平衡的母材组织。因为助焊剂成分和FCW焊丝的生产属于各自的专利，故不同供应商生产的FCW填充材料可能存在很大差别。采用FCW进行生产性焊接时，应采用焊接工艺评定时所使用的同一来源的焊丝以避免生产的不稳定。

保护

用FCW法进行平焊和立焊时最常用的保护气体分别为80％氩气－ 20％二氧化碳和100％二氧化碳。每种保护气体或焊接方法的气流速率均为20-25l/min (0.7-0.9cfm)。控制焊丝伸出长度很重要，可抑制增碳，特别是采用100%CO2时。

技术和参数

对于直径为1.2mm (0.045英寸) 的焊丝，平焊和立焊时典型的电流电压设定分别为150-200A、22-38V 和 60-110A、20-24V。此外，对于FCW焊 接技术的建议与GMAW相同。

手工电弧焊 (SMAW/焊条)

手工电弧焊，有时称为焊条或涂药焊条电弧焊，是在位置或保护相对困难的情况下焊接复杂形状构件的一种很通用的方法。虽然整体结构可以依靠SMAW工艺，特别是较小和较复杂结构的焊接,但是最常见的情形是SMAW与成本更具竞争力的焊接方法相互配合应用于大型结构的焊接。

2507双相不锈钢强化采油设备

设备

SMAW所需设备为恒电流电源。SMAW采用直流反极性 (DCRP)，焊条为正极。

填充金属

SMAW焊条由带药皮的熔化电极组成。药皮可含有或不含有额外的带入焊缝中的合金元素。药皮是一种复杂的混合专有产品，它能够稳定电弧，在电弧过渡期间保护金属，保护焊缝在凝固过程中和凝固后不与空气接触。由于药皮的专有特性，名称相似但来自不同供货商的产品可能差别很大。药皮的突出作用是改善焊缝韧性或物理外观，可为特定位置焊接如平焊、非正常位置、立焊专门设计药皮以获得最优性能。

SMAW焊条的药皮易吸水，水的存在将大大降低它们的性能。焊条使用前应保存在出厂密封箱内。一旦打开包装，就应当将焊条保存在加热到95℃ (200°F) 或更高温度的炉子中，防止水分聚集导致焊缝气孔或开裂。由于药皮增加了焊缝的氧含量，从而降低了韧性，因此一般SMAW焊条中的奥氏体含量应接近于最大值，而此时焊缝金属仍具有双相组织的良好效果。焊缝韧性远低于母材，但通常远高于碳素钢和合金钢所要求的韧性值。2205双相钢的SMAW焊接工艺评定有时会出现的一个错误，就是采用ASTM A 923方法B试验但没有适当地调整验收标准。SMAW焊缝较低的韧性值并不表示存在金属间相， 而是由于保护药皮中的氧。若按照对母材的要求来要求焊缝金属达到- 40℃/℉时最低 54J/40ft lb的冲击值，则将导致已使用多年并取得很好效果的这一通用焊接方法被不恰 当地判为不合格。按照ASTM A 923方法B，焊缝金属冲击功的最小合格值为34J/25ft lb，热影响区冲击功的最小合格值为54J/40ft lb。

保护

对于SMAW来说，保护通常不是问题，因为这种焊接方法依赖于焊剂和焊条药皮产生的气体保护。

技术和参数

如表18所示，SMAW的焊接工艺参数基本上是焊条直径的函数。

表18 用不同尺寸焊条焊接双相不锈钢时的典型焊条电弧焊 (SMAW) 参数

为了最大程度地发挥焊剂的保护作用，焊工应保持尽可能短的电弧。间隙太宽，称为“长弧”，可能会导致焊缝气孔，过度氧化，热输入过多并降低力学性能。

焊缝根部焊道应使用小尺寸的焊条，填充焊道使用较大尺寸焊条。应始终在焊缝区内起弧。任何其他起弧点或飞溅物都应当通过精细打磨来去除。

厚度小于2毫米的双相不锈钢不应当使用SMAW焊接。工件应尽可能平放，但SMAW焊条几乎能够用于任何位置的焊接。焊条应与工件呈20°角 (牵引角)。焊条夹具应前倾于焊接移动方向。应采用横摆量最小的直窄焊道熔敷焊缝金属。电流设定足以使电弧稳定，焊缝和母材熔化良好即可。

埋弧焊 (SAW)

埋弧焊可用于熔敷较大焊缝，与多道次而每道次熔敷量少的焊接方法相比，它在热影响区温度范围的总停留时间较少。由于焊缝金属中铁素体相的凝固和双相组织的转变，双相不锈钢可用SAW焊接而热裂危险最小。然而为了使焊缝完全焊透，相对奥氏体不锈钢而言，有必要对接头设计和焊接参数作一些调整。SAW操作若移动速度非常快，且坡口设计不当，会导致焊缝中心线裂纹, 而降低焊接速度一般可解决裂纹问题。对于大型构件和大型直焊道的焊接，SAW是一种具有成本效益且效果较好的焊接双相不锈钢的方法。SAW常用于制造厚壁双相不锈钢管并用于带极堆焊工艺。

埋弧焊

填充金属和保护

通常的双相不锈钢匹配填充金属适用于SAW。然而正确选择焊剂以获得所期望的性能很重要。据报道，采用高碱度焊剂，双相不锈钢的冲击韧性最好。

技术和参数

表19归纳了双相不锈钢SAW的典型参数。

表19 用不同尺寸焊丝进行双相不锈钢埋弧焊 (SAW) 的典型参数

注：移动速度一般为30-60厘米/分钟

堆焊 – 电渣焊 (ESW)

对于要求必须有较厚厚度和高强度结构材料的应用，获得既耐腐蚀又经济的材料的一个方法是，采用埋弧焊或电渣焊在低合金钢表面堆焊带状焊条。

带极电渣堆焊

与其它堆焊工艺相比，带极埋弧堆焊和带极电渣堆焊的总热输入较高。带极电渣堆焊和带极埋弧堆焊利用同样的设备，但前者采用导电熔融焊剂和电阻热而不是电弧。ESW不用电弧(除了在焊接开始时要熔化焊剂)，熔融的焊剂是导电的，利用电阻加热来提供足够的热量熔化带极和母材。稀释率大约为10-15%，对于同样尺寸的带极，熔敷率比SAW提高了50-60%。与埋弧焊相比，因为电渣焊靠电阻热熔化带极熔渣，其优势在于焊接速度更快，焊道更加干净光滑。

双相不锈钢特别适合表面堆焊， 因为其热膨胀系数与碳钢和低合金钢母材类似，而奥氏体不锈钢热膨胀系数较高。因此，采用双相不锈钢堆焊，焊接部件的应力较低，发生问题 (与焊接相关) 的概率较低。

填充金属及保护

电渣焊的电极是连续的带极，用自动送进系统送入焊机头。加入焊剂覆盖带极和焊接熔池并熔化形成熔渣，电流通过熔渣在工件和电极之间产生的电阻热熔化带极，熔融带极进入熔渣，熔渣在焊道顶部凝固，对熔池起到了有效的保护作用。双相不锈钢和超级双相不锈钢电渣焊所用填充金属的成分与母材是“匹配”的，镍含量要高些以便焊接状态下获得理想的相平衡和性能。

技术和参数

带极沉积为焊缝，单层焊缝一般 4- 5毫米厚。双相钢和超级双相钢焊接参数见表20。

表20 双相及超级双相不锈钢电渣焊典型的焊接参数

注：移动速度一般为13-22厘米/分钟

电子束焊和激光焊

采用这些焊接方法焊接双相不锈钢上的经验已经得到肯定。采用这些焊接工艺，可获得非常窄的热影响区和快速冷却，可避免金属间相形成。但是，这种方法的高冷却速度会导致焊缝中形成过量的铁素体，因此，当采用这些焊接方法时，焊接工艺评定很关键。焊后的固溶退火可降低铁素体含量，改善焊缝中奥氏体/铁素体相的比例。

电阻焊

采用单脉冲电阻焊进行点焊时，热影响区冷却很快。双相不锈钢的这种急冷甚至比奥氏体不锈钢快很多， 因为双相不锈钢具有较高的热传导率。在这种情况下，紧邻熔合线处有一薄层材料的温度会达到双相组织完全转变为铁素体的温度范围。冷却如此之快甚至氮含量较高的双相不锈钢在该温度范围内也不可能形成奥氏体，这样可能的结果就是，母材韧性较好，而焊缝因中间有一层连续的铁素体层而韧性不佳。

程控电阻焊机可提供双脉冲焊接循环，这足以降低冷却速度，防止产生连续的铁素体层。同样，有必要对不同厚度的材料进行焊接工艺评定。

电阻缝焊机产生类似问题的可能性较小，并且停留时间不可能长到足以形成金属间相，但在焊接工艺评定中应特别关注过量铁素体形成的可能性。

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