浙江至德鋼業(yè)有限公司采用氣體保護鎢極氬弧焊（GTAW）、焊條電弧焊（SMAW）和埋弧焊（SAW）對2205雙相不銹鋼管進(jìn)行焊接，采用光學(xué)顯微鏡對接頭組織進(jìn)行觀(guān)察，采用數點(diǎn)法計算鐵素體相的含量，測定接頭的耐點(diǎn)蝕和耐二氧化碳應力腐蝕性能，研究焊接方法對接頭耐蝕性的影響。結果表明，焊接方法影響焊縫組織形態(tài)及鐵素體含量。GTAW焊縫由不規則的條狀組織和兩相交織分布的塊狀組織組成，而SMAW和SAW焊縫為方位不一的條狀組織和少量的塊狀組織。GTAW和SMAW焊縫的鐵素體含量為25%～55%，而SAW的不足20%。接頭的耐蝕性與鐵素體相比例密切相關(guān)，GTAW、SMAW和SAW的耐蝕性依次降低。從鐵素體相比例和耐蝕性角度考慮，GTAW和SMAW能夠獲得滿(mǎn)意的焊接接頭。

 2205雙相不銹鋼管具有較高的屈服強度、良好的塑性和低溫韌性，以及優(yōu)良的耐應力腐蝕、晶間腐蝕、點(diǎn)腐蝕和縫隙腐蝕性能，廣泛應用于化工、石油能源及海洋工程等領(lǐng)域，是目前應用最普遍的雙相不銹鋼管。與奧氏體不銹鋼管相比，雙相不銹鋼管導熱系數大、線(xiàn)膨脹系數小、熱裂傾向小，但仍然被公認為較難焊接的材料，存在的主要問(wèn)題是焊接熱循環(huán)引起的焊縫耐蝕性以及塑韌性降低。由于雙相不銹鋼管的性能優(yōu)良，幾乎所有的焊接方法均可用于雙相不銹鋼管，常用的方法有氣體保護鎢極氬弧焊（GTAW）、氣體保護金屬極弧焊（MIG）、藥芯焊絲電弧焊（FCW）、焊條電焊（SMAW）、埋弧焊（SAW）等。至德鋼業(yè)針對雙相不銹鋼管接頭的耐蝕性降低的問(wèn)題，研究了GTAW、SMAW以及SAW三種焊接方法對2205雙相不銹鋼管接頭的耐腐蝕性能的影響，為其焊接方法的選擇提供理論依據。

一、實(shí)驗材料與方法

 1. 焊接材料及工藝

  試樣母材為2205雙相不銹鋼管，其化學(xué)成分如表所示。分別采用GTAW、SMAW和SAW三種焊接方法對其進(jìn)行焊接，焊接工藝參數如表所示。焊接完成后，經(jīng)過(guò)無(wú)損檢測合格，再對焊接接頭的耐蝕性進(jìn)行評定。

 2. 鐵素體相比例實(shí)驗

  鐵素體相比例實(shí)驗按照ASTM E 562 進(jìn)行。首先，對試樣進(jìn)行粗磨、細磨、拋光，采用著(zhù)色腐蝕劑進(jìn)行腐蝕，腐蝕后鐵素體呈灰色，奧氏體呈白色。將腐蝕后的試樣在萊卡共聚焦顯微鏡下觀(guān)察微觀(guān)組織，放大倍數為500倍，觀(guān)察位置覆蓋了整個(gè)焊接接頭的厚度方向。然后，對焊縫區、母材及熱影響區的鐵素體含量通過(guò)人工數點(diǎn)的方法確定鐵素體相比例。實(shí)驗測試每個(gè)視野網(wǎng)格包含100個(gè)等間距的點(diǎn)，每個(gè)區域為10個(gè)測量視野，合計1000個(gè)點(diǎn)。

 3. 點(diǎn)蝕實(shí)驗

 點(diǎn)蝕實(shí)驗按照 ASTM G48 MethodA 進(jìn)行。首先，將試樣的各個(gè)面用1000號砂紙磨光。然后，將試樣放在恒溫浴槽中的腐蝕液中，腐蝕介質(zhì)為蒸餾水，實(shí)驗溫度22℃，實(shí)驗時(shí)間為72小時(shí)，用腐蝕速率評定接頭的耐點(diǎn)蝕性能。

 4. 二氧化碳應力腐蝕實(shí)驗

  二氧化碳應力腐蝕實(shí)驗按照 ASTM G39 進(jìn)行。實(shí)驗溫度為50℃，二氧化碳分壓為 10KPa，使用四點(diǎn)彎曲方法進(jìn)行試驗，實(shí)驗溶液為10%氯化鈉和0.5%乙酸，PH值控制在4.5，施加應力為90%的名義屈服強度。用腐蝕速率評定接頭的耐二氧化碳應力腐蝕性能。

二、結果及分析

 1. 顯微組織

 母材及不同焊接方法所得接頭的焊縫及熱影響區的組織形貌如圖所示。由圖可知，母材2205的顯微組織由約50%的鐵素體（灰色）和約50%的奧氏體（白色）雙相組成，且鐵素體和奧氏體組織沿軋制方向呈帶狀分布。由圖可知，從焊縫鐵素體中析出的奧氏體分布于鐵素體的晶界或晶內，但是焊接方法影響焊縫中鐵素體的形貌特征。GTAW焊縫由于焊接熱輸入小，組織細小，具有不規則的條狀組織特征和兩相交織分布的塊狀特征，在塊狀組織中，γ相被α相包圍在一起，且塊狀γ相中還有點(diǎn)狀的α相。SMAW和SAW焊縫為方位不一的條狀組織形態(tài)和少量的塊狀組織，由于熱輸入大，導致晶粒粗大。另外，焊縫中鐵素體的含量與焊接熱輸入密切相關(guān)，焊接熱輸入較大鐵素體含量較低，這是因為焊接熱輸入大，高溫停留時(shí)間長(cháng)，奧氏體有充分的時(shí)間從鐵素體中析出。由圖可知，熱影響區組織形態(tài)與母材類(lèi)似，由條狀或塊狀的奧氏體和鐵素體相間排列。

 2. 鐵素體相比例實(shí)驗

 要保證雙相不銹鋼管焊接接頭具有同母材相近的優(yōu)良耐腐蝕性能，焊接接頭中鐵素體和奧氏體要保持一定的比例，相關(guān)標準規定鐵素體含量在35%~55%，能保證焊接接頭具有良好的耐蝕性能。因此，測定焊接接頭的相比例是非常必要的。2205雙相不銹鋼管GTAW、SMAW和SAW接頭母材、焊縫、熱影響區的鐵素體含量如圖所示。由圖可知，三種焊接方法接頭母材和熱影響區的鐵素體含量較高，焊縫區鐵素體含量較少。GTAW和SMAW焊接方法所得到的焊縫和熱影響區中的鐵素體含量均能滿(mǎn)足35%～55%的比例，因此可以認定GTAW和SMAW雙向不銹鋼管件焊接接頭組織中相比例是可以滿(mǎn)足要求的。但是，SAW接頭熱影響區的鐵素體含量滿(mǎn)足要求，而焊縫區鐵素體含量不足20%，因而認定SAW不合格。SAW接頭焊縫區的鐵素體含量低與焊接熱輸入密切相關(guān)，當焊接熱輸入高時(shí)，冷卻時(shí)間得到延長(cháng)，提升了轉變，穩定了相平衡，奧氏體轉變較完全，導致鐵素體含量較低，這與圖所示的組織特征所得結論一致。

 3. 點(diǎn)蝕實(shí)驗

 GTAW、SMAW和SAW接頭點(diǎn)蝕實(shí)驗結果見(jiàn)表。由表可知，焊接方法不同，點(diǎn)蝕速率稍有差別，GTAW的點(diǎn)蝕速率最低，SMAW的點(diǎn)蝕速率較高，SAW的點(diǎn)蝕速率最高。點(diǎn)蝕速率的高低與接頭組織中兩相的比例有關(guān)，兩相的比例在50%左右時(shí)耐蝕性最好，所得實(shí)驗結果與鐵素體相比例實(shí)驗結果一致。

 4. 二氧化碳應力腐蝕實(shí)驗

  GTAW、SMAW和SAW接頭耐應力腐蝕實(shí)驗結果如表４所示。由表可知，雖然經(jīng)過(guò)７天腐蝕，GTAW、SMAW和SAW試樣表面均未出現裂紋，但是二氧化碳應力腐蝕速率依次增加。這說(shuō)明隨焊接熱輸入增加，二氧化碳應力腐蝕敏感性增加。

三、結論

 1. 焊接方法影響焊縫組織形貌。GTAW焊縫焊接熱輸入小，組織細小，具有不規則的條狀組織特征和兩相交織分布的塊狀特征。SMAW和ＳＡＷ熱輸入大，晶粒粗大，焊縫為方位不一的條狀組織形態(tài)和少量的塊狀組織。

 2. 焊接方法對焊縫的鐵素體含量影響較大。GTAW和SMAW焊縫的鐵素體含量為35%~55%，而SAW焊縫的鐵素體含量不足20%。

 3. 焊接方法影響接頭的耐點(diǎn)蝕和二氧化碳應力腐蝕性能。GTAW，SMAW和SAW接頭的耐點(diǎn)蝕和二氧化碳應力腐蝕敏感性依次增加。

 4. 鑒于2205雙相不銹鋼管接頭的鐵素體相比例和耐蝕性要求，GTAW和SMAW能夠獲得滿(mǎn)意的接頭。若采用SAW，應嚴格控制焊接熱輸入，以保證焊縫的鐵素體相比例。