S32101双相不锈钢焊材选配及工艺试验

 所谓双相不锈钢是指其金相组织由铁素体和奥氏体两相组成的不锈钢，在其固溶组织中铁素体和奥氏体各约占50%的这类不锈钢，称为铁素体-奥氏体双相不锈钢。双相不锈钢是在18-8奥氏体不锈钢的基础上，提高铬含量或加入铁元素形成的。因此，双相不锈钢将奥氏体不锈钢所具有的良好耐蚀性、塑韧性、焊接性与铁素体所具有的较高强度和耐氯化物应力腐蚀性结合在一起，具有强度高、韧性好、脆性转变温度低、耐晶间腐蚀、焊接冷裂纹和热裂纹的敏感性小的特点。

 双相不锈钢以其独特的性能优势，在运输业、建筑业、石油化工工业等行业领域有广泛的应用。近年来，双相不锈钢在焊接结构生产中的应用也越来越多。由于目前我国对S32101双相不锈钢应用的相关文献和报道较少，对于该钢焊接性能的研究尤其是焊接材料选配的相关研究还比较少。因此，为了保证其焊缝具有良好的综合力学性能，进行了较全面的焊接性工艺试验及焊接工艺研究，从而合理地确定了焊接材料、焊接保护气体及焊接工艺参数，并成功地运用到S32101双相不锈钢产品的焊接生产实践中。

一、焊丝选用试验

 结合产品实际工况所要求的力学性能、化学成分、耐腐蚀性能以及其他特殊要求等综合性能，最初选择了4家焊丝厂的药心焊丝或实心焊丝进行S32101双相不锈钢的焊接性对比试验。焊接方法采取气体保护焊接，焊接母材为S32101钢，母材厚度10mm，药芯焊丝焊接时使用φ（二氧化碳）100%保护气体，实心焊丝焊接时使用φ（氩气）95%+φ（二氧化碳）5%保护气体，焊前均不需预热就可进行焊接。通过对不同焊接位置的焊缝外观成形、焊缝断面缺陷情况、宏观金相熔深比较，排除了其他3种焊丝，最终确定使用利泰KMS-2209实心焊丝进行焊接试验。表为利泰KMS-2209实心焊丝与母材S32101化学成分对比结果。双相不锈钢焊接时，应采用奥氏体占优势的焊缝金属。目的是通过填充金属在焊缝中加入尽可能多的奥氏体形成元素（镍，锰等），促进铁素体向奥氏体的转变，从而保证焊接接头具有良好的综合力学性能。

二、焊接保护气体选用试验

 通过上述焊丝选配工艺试验可知，利泰KMS-2209在使用φ（氩气）95%+φ（二氧化碳）5%保护气体时焊接性各方面都表现良好，唯一的缺点是焊缝断口内有点状气孔缺陷。通过分析和试验，逐步排除掉焊接设备、焊枪、焊前清理、焊前预热、参数影响的可能性，最终将原因定位在焊接保护气体的配比上。采用φ（Ar）95%+φ（CO2）5%保护气体焊接时，由于电弧不太稳定，容易因保护效果不佳而产生气孔，通过分析，选用φ（氩气）98%+φ（氧气）2%与φ（氩气）95%+φ（二氧化碳）5%进行对比试验，各焊接2件V形坡口对接试板，进行射线探伤检查内部缺陷情况，工艺参数及检验结果见表。

 由表可以看出，更换φ（氩气）98%+φ（氧气）2%的保护气体后，保护效果更好，使用利泰KMS-2209焊丝焊接S32101双相不锈钢可以得到内部焊接质量优良的焊缝（射线探伤1~2级）。焊缝力学性能试验结果见表。

 由表可知，使用利泰KMS-2209焊丝配以φ（氩气）98%+φ（氧气）2%作为保护气体焊接S32101双相不锈钢，其焊缝抗拉强度、伸长率、弯曲、低温冲击各项性能都高于母材的性能指标。

三、结论

 1. 通过初步试验，确定利泰KMS-2209实心焊丝配用φ（氩气）95%+φ（二氧化碳）5%的保护气体焊接S32101双相不锈钢，焊接排渣性、焊接熔深、外观成形均良好，但在断口检验中发现每件试板焊缝都有点状气孔缺陷。

 2. 通过保护气体选用试验，确定采用利泰KMS-2209焊丝及φ（氩气）98%+φ（氧气）2%保护气体焊接S32101双相不锈钢，配以本文中的焊接工艺参数，可以有效地减少焊接缺陷，保证焊接接头具有各项良好的力学性能。