雙相不銹鋼具有優(yōu)良的耐蝕性和可焊性，線(xiàn)膨脹系數小，適合用于碳鋼、低合金制化工、壓力容器的耐蝕內襯結構。針對雙相不銹鋼的焊接性，選用奧氏體不銹鋼焊材308L、309L，運用多種焊接方法和焊材，模擬產(chǎn)品常見(jiàn)接頭形式，對雙相不銹鋼S22253和S22053進(jìn)行焊接，焊后進(jìn)行外觀(guān)檢查、無(wú)損檢測、拉伸試驗、彎曲試驗和室溫沖擊試驗。結果表明，采用奧氏體不銹鋼焊材施焊雙相不銹鋼能夠獲得焊接工藝性良好、各項性能滿(mǎn)足要求的焊接接頭。

雙相不銹鋼是指固溶組織中鐵素體與奧氏體各約占50%，一般較少相的含量最少需達到30%的不銹鋼。雙相不銹鋼具有以下特點(diǎn)：

   1. 與奧氏體不銹鋼相比，強度較高，特別是屈服強度顯著(zhù)提高；鎳含量低，屬節鎳不銹鋼，經(jīng)濟性好；耐氯化物應力腐蝕性能更好。但雙相不銹鋼應用溫度較窄，高溫不超過(guò)300～400℃，低溫不低于-40～-20℃。冷成形時(shí)比奧氏體不銹鋼的加工硬化效應更大。

   2. 與鐵素體不銹鋼相比，其韌性高、脆性轉變溫度低、耐晶間腐蝕性能和焊接性能均顯著(zhù)提高，且保留了鐵素體不銹鋼熱導率高、線(xiàn)膨脹系數小，具有超塑性等特點(diǎn)，晶粒比單相不銹鋼細。

   3. 焊接性能較好，熱裂傾向小，一般焊前不預熱，焊后不熱處理，可與其他鋼材熔焊。

    常用不銹鋼化學(xué)成分及力學(xué)性能比較如表所示。由表可知，雙相不銹鋼線(xiàn)膨脹系數與碳鋼最為接近。綜上可知，雙相不銹鋼既有奧氏體不銹鋼的優(yōu)良耐蝕性和可焊性，線(xiàn)膨脹系數又最接近碳鋼，適合用于碳鋼、低合金制化工、壓力容器的耐蝕內襯結構。

一、問(wèn)題提出

    選用國內已經(jīng)批量化生產(chǎn)的S22253和S22053雙相不銹鋼作為研究對象，研究其可焊性。同時(shí)，由于雙相不銹鋼焊材無(wú)壓力容器標準推薦材料，從經(jīng)濟性考慮，選用成熟的309L和308L焊材進(jìn)行試驗，研究與之匹配的焊接工藝。

二、試驗過(guò)程

1. 試驗條件準備

    采用固溶熱處理狀態(tài)供貨的S22253和S22053（原材料標準：GB24511-2009）模擬產(chǎn)品常見(jiàn)焊接接頭結構進(jìn)行焊接性試驗，接頭形式如圖所示，試驗分組如表所示，每種焊材均焊接對接接頭和十字型接頭各一組。

2. 焊接材料及焊接參數各種焊接方法

  手工氬弧焊GTAW、焊條電弧焊SMAW和藥芯氣保焊FCAW，分別由技術(shù)熟練的同一焊工在相同環(huán)境條件下，使用相同設備和同批次焊材以相同焊接參數范圍（焊材廠(chǎng)家推薦的常用參數范圍）進(jìn)行施焊，焊前不預熱并在整個(gè)焊接過(guò)程中控制道間溫度小于等于150℃，以減少粗大誤差。

三、結果分析

1. 焊接接頭外觀(guān)檢查和無(wú)損探傷檢測

   a. 外觀(guān)檢查結果

    所有焊接接頭進(jìn)行目視檢查，焊縫表面平整，無(wú)咬邊、裂紋、表面氣孔等缺陷。滿(mǎn)足NB/T47014-2011的合格標準。

   b. 無(wú)損探傷檢測結果

   所有焊接接頭按NB/T47013.5-2015進(jìn)行100%滲透檢測目視檢查，Ⅰ級合格。所有焊接接頭按NB/T47013.2-2015進(jìn)行100%射線(xiàn)檢測，Ⅱ級合格。滿(mǎn)足NB/T47014-2011的合格標準。

2. 焊接接頭破壞性試驗

   a. 金相檢查

   采用鋸切或機加的方法，垂直于焊接方向切開(kāi)試件進(jìn)行宏觀(guān)金相檢驗，如圖所示。未發(fā)現存在任何形式的裂紋、氣孔、夾渣、未熔合、板材分層等缺陷。在宏觀(guān)試樣上再選擇熔合線(xiàn)及附近區域進(jìn)行微觀(guān)金相檢驗，如圖所示。未發(fā)現存在任何缺陷或異常組織，熔合線(xiàn)附近的母材和焊縫均為A+F雙相組織，但因雙相比例和結晶方向不同，存在一定的組織差異。

  b. 硬度試驗

   按照GB/T2654-2008標準在對接接頭和十字型接頭的宏觀(guān)試樣上進(jìn)行焊縫、焊縫兩側熱影響區和母材的橫向硬度試驗。試驗結果為：硬度為190～257 HBW，滿(mǎn)足GB24511-2009的母材合格標準（≤293 HBW）。

  c. 拉伸試驗

   按照NB/T47014-2011標準在每組對接接頭上取樣進(jìn)行橫向室溫拉伸試驗，每個(gè)試驗取2個(gè)試樣。試驗結果為：抗拉強度675～825 MPa，滿(mǎn)足GB24511-2009的母材合格標準（Rm≥620 MPa）；規定非比例延伸強度RP0.2=535～595 MPa，滿(mǎn)足GB24511-2009的母材合格標準（RP0.2≥450 MPa）。

  d. 彎曲試驗

   按照NB/T47014-2011標準在每組對接接頭上取樣進(jìn)行橫向面彎、背彎試驗，每個(gè)試驗各取2個(gè)試樣。試驗結果均滿(mǎn)足標準要求。

  e. 沖擊試驗

   按照NB/T47014-2011標準在每組對接接頭上取樣進(jìn)行焊縫和熱影響區室溫沖擊試驗，每個(gè)試驗各取3個(gè)試樣。試驗結果：焊縫沖擊HV5=22～74，熱影響區沖擊HV5=49～100，其中手工氬弧焊試樣的沖擊值偏高，焊條電弧焊和藥芯氣保焊試樣的沖擊值偏低。由于GB24511-2009無(wú)母材沖擊合格標準，故該試驗數據僅供分析焊接性參考。

四、結論

    雙相不銹鋼S22053和S22253焊接工藝性好，能適用于氬弧焊、焊條電弧焊、藥芯氣保焊等多種常見(jiàn)焊接方法。其裂紋敏感性、淬硬性低，采用奧氏體不銹鋼焊材（308L或309L）施焊，焊前可不預熱，焊后不熱處理。焊接接頭質(zhì)量?jì)?yōu)異，機械性能不低于母材合格標準，金相組織由較好的過(guò)渡區域和結晶構成。采用較小的熱輸入量施焊，如氬弧焊，可以有效提高焊縫及熱影響區的室溫沖擊值。在此次試驗中，還存在幾個(gè)問(wèn)題，將會(huì )在后續研究中進(jìn)行改進(jìn)。

   1. 采用奧氏體不銹鋼焊材（308L或309L），其焊縫組織與母材組織存在一定的差異，其組織形態(tài)從熔合線(xiàn)起按A+F比例和結晶方向存在漸變。

   2. 基于條件限制，僅進(jìn)行了12組試驗，樣本數量偏少，個(gè)體樣本誤差對試驗結果統計有較大的影響。

  3. 試驗是基于東方電氣（廣州）重型機器有限公司現有設備和焊工按焊材供應商推薦參數進(jìn)行試驗的，更換設備、人員和參數可能會(huì )與試驗結果產(chǎn)生差異。

   上述問(wèn)題需通過(guò)改進(jìn)系統精度、加大樣本數量來(lái)保證試驗數據結果的準確性和代表性，但本次試驗已經(jīng)具有實(shí)際工程意義，為采用奧氏體不銹鋼焊材施焊雙相鋼工藝提供了一定的數據參考。