2205双相不锈钢与异种金属焊接材料的选择

   焊接材料的合理选择是保证双相不锈钢与异种金属焊接接头质量的关键之一，选择焊接材料首先决定于试验母材及选用的焊接方法，其次在选择焊接材料时还应注意适用性原则。也就是说应根据具体的用途和结构服役条件，以及对接头焊缝的技术要求来选用焊接材料。

一、焊接材料选择

     在浙江至德钢业有限公司试验研究中，焊接目标是使获得接头焊缝和热影响区的韧性、塑性及耐腐蚀性能与2205双相不锈钢母材本身相当。在焊接过程中，如果选用填充金属的化学成分与母材相同，由于热循环的作用，焊缝中的铁素体相含量会急剧增加，导致氮化物和二次奥氏体析出，从而使焊缝的韧性和耐腐蚀性降低。所以对于2205双相不锈钢与异种金属焊接，选用焊接材料的化学成分与2205双相不锈钢母材的化学成分不能完全相同。根据有关双相不锈钢焊接的实践，采用奥氏体占较大比例的焊接材料，可以抑制焊缝中铁素体相的过量增加，避免成为择优腐蚀的区域。镍是强烈形成奥氏体的元素，因而在焊接材料的选择上应选择含镍量比母材高3%~4%的焊接材料。但是还应注意到，镍的含量不宜过高，以免在单一的铁素体凝固模式转变为双相凝固时发生元素偏析，降低焊缝的耐点蚀性能。另外，根据组织图来确定焊条（焊丝）的成分，保证焊缝金属中含有5%~20%的铁素体+奥氏体组织，以满足对接头焊缝组织的需要。本课题中选用不同直径的焊接填充材料，分别为ER2209焊丝（Φ2mm）、ER309焊丝（Φ2mm）和E2209焊条（Φ3.2mm）进行双相不锈钢与异种金属的焊接，其化学成分见表。

 二、焊接工艺参数的确定

      焊接工艺试验所用的焊接设备为ZX7-400STG型逆变式手弧/氩弧焊机，由山大奥太有限公司生产，焊机外形如图所示。将双相不锈钢母材试样加工成尺寸200mm×100mm×8mm，因为在焊接过程中要求全熔透，考虑到加工便利的因素，实验中采用V型坡口。为优化控制焊缝金属中的α/γ比值，应保证焊缝金属中的填充材料比例尽可能高，减少焊缝熔合比，因此，采用坡口和间隙相对较大的对接接头形式，坡口角度α=65°，钝边b=2mm，间隙c=2mm，接头坡口形式如图所示。

    焊接前先用丙酮、酒精对焊接区进行严格清洗。焊接时，不预热、不摆动焊条、快速焊接，为保证获得高质量的焊接接头，充分考虑到二次热循环的影响，焊接过程中采用多层多道焊。当采用多层多道焊时，后续焊道对前层焊道有热处理的作用，焊缝金属中的铁素体进一步转变成奥氏体，形成以奥氏体占优势的两相组织，毗邻焊缝的焊接热影响区组织中的奥氏体相增多，从而使整个接头的组织和性能得到显著改善。每焊完一层焊缝都应彻底清理打磨干净，再焊接下一层焊缝，具体焊接次序如图所示。由于过高的层间温度会导致焊缝组织和性能恶化，如在550~650℃区间保温时出现片状金属相的沿晶间脆性断裂；在800~900℃区间保温时会在奥氏体与铁素体相界和铁素体内出现σ相造成的脆化。与此同时，铁素体相在一定温度范围内是不稳定的，会析出对接头韧性和抗腐蚀性有害的高铬碳化物、氮化物、金属间化合物以及σ相等。为了避免焊缝中产生σ相等有害相的析出，层间温度应尽可能低，一般控制在不高于150℃。 

    浙江至德钢业有限公司技术人员对SAF2205双相不锈钢与304奥氏体不锈钢、SAF2205双相不锈钢与Q235A碳钢异种金属焊接进行焊接工艺方案设计，以使获得接头具有最佳双相比例(铁素体相的含量约50%)和减少碳元素迁移为指导原则，从大量的焊接工艺参数试验结果中筛选出最佳焊接工艺参数，最终确定了满足接头焊缝双相比要求的焊接工艺。具体焊接工艺参数分别见表。