双相钢与碳钢焊接需要什么工艺（双相钢S22053与Q345R的焊接工艺）

常见不锈钢材料与碳钢焊接工艺已经非常成熟，但双相钢S22053相对使用较少。众所周知，不锈钢利用氩弧焊焊接是非常有优势的，特别是打底焊，可但该公司焊工还没有取得这方面的资格，根据公司焊工所取得压力容器焊接资格，只能采用手工气体保护焊打底、填充和盖面。

根据压力容器及特种设备检验研究院的要求，制定了预焊工艺规程，并制作了试件，进行了力学性能、弯曲等试验，经过两次试验，终于获得了合理的焊接参数，最终顺利完成了一台广西某化工行业用的加压过滤机。

1. 焊接工艺试验过程

（1）焊接人员资质 S22053为双相钢，在承压设备焊接工艺评定（NB/T47014—2011）中承压设备用母材分类分组规定其类别号为F-10H，从事操作的焊工应具有相应的资格，该企业焊工持证项次中有SMAW-FeⅣ-1G-12-Fef4J，符合要求。

（2）焊接设备及材料 焊接设备选用ZX7-400s逆变式直流焊机，此焊机具有引弧电流可调，温度保护功能，母材选用Q345R碳钢（GB713），厚度6 m m及双相钢S 2 2 0 5 3（GB24511），厚度6mm的试件，焊材选用E2209焊条，其化学成分及常温力学性能如表1~表3所示。

（3）制定焊接试板评定任务书 根据两种母材材质、承压设备焊接工艺评定（NB/T47014-2011）及本公司现有焊接资质，采用手工气体保护焊，试件母材开单边V形坡口，分解为拉伸、弯曲试样，分别为2件、4件；弯曲分为面弯和背弯各两件。

（4）制定预焊工艺规程（pWPS） 根据公司制定焊接评定编号，本次评定编号为pWPS-32。焊条型号采用E2209，规格为φ2.5mm、φ3.2mm，利用φ2.5mm焊条打底，φ3.2mm焊条填充盖面，单面焊双面成形。坡口形式如图1所示，其焊接参数如表4所示， 焊前将焊件近焊缝区20mm范围内的表面浮锈及油污仔细清理干净。

表 1 Q345R钢（GB3274）化学成分（质量分数） （%）

表 2 S22053钢（GB963）化学成分（质量分数） （%）

表3 E2209 焊条化学成分（质量分数） （%）

2. 结果分析

焊接完成自然冷却24 h后，进行RT100%探伤，按NB/T47013.2—2015标准，在Ⅲ级合格的基础上进行性能测定，将试件制作成试样，拉伸两件，面弯两件，背弯两件。

（1）试验方法 拉伸试验按照GB228规定，弯曲试验按照GB232规定，其结果如表5所示。

图1 坡口形式

图2

表4 对接接头焊接参数

表5 拉伸、弯曲试验结果

（2）弯曲裂纹原因分析 弯曲试样裂纹如图2所示。从图2可以看出，裂纹均出现在靠近Q345R钢的热影响区，母材S22053属于双相钢，Q345R是碳钢，焊条E2209含碳量较低，具有较好的焊接工艺性及抗热裂纹的性能，焊材没有问题。S22053是奥氏体型与铁素体型双相不锈钢，从成分及物理性能与Q345R比较看，Cr的含量较高导致热导率、线膨胀系数等方面差别大，在焊接熔池里，液体组织流动速度不一致，在靠近Q345一侧液体母材流动速度较慢，不充分与熔化的填充金属、熔化的S22053母材充分混合，再加上奥氏体中的不饱和氢容易从扩散系数大的Q345R钢一侧逸出，扩散后，Q345R一侧产生脱碳层，另一侧产生增碳层，所以在Q345R钢一侧熔池边缘，容易形成固态和脆性马氏体组织。

3. 重新制定预焊工艺规程

根据以上分析，要获得良好的焊缝组织结构，必须改变焊接参数，为获得晶粒较小组织，必须将焊接电流调小，提高焊接速度，降低层间温度，采用微摆的焊接方法，以增强他们之间的熔合，焊后用石棉保温，以降低其冷却速度，尽量减少形成马氏体组织。焊接参数如表6所示。

表6 修改后对接接头焊接参数

4. 试验结果

焊接完成保温24h后，按NB/T47013.2—2015标准进行RT100%探伤，在Ⅲ级合格的情况下，同样做了面弯和背弯试验，没有出现裂纹，试验合格。通过本次试验结果表明，异种材料双相钢S22053与碳钢Q345R的焊接采用合理的工艺参数和焊接方法以及措施是能满足工程需要的。该工艺已经成功应用于一台广西某化工行业用的加压过滤机。