S32205双相不锈钢焊接工艺

S32205双相不锈钢被大量应用在一些腐蚀性强和工艺要求比较高的环境下，其屈服强度、抗拉强度和耐腐蚀性均高于普通的不锈钢。本文分析S32205双相不锈钢的成分和力学性能，研究其焊接性能和焊接工艺，提出具体的焊接参数，通过力学性能实验和金相组织观察，得出S32205双相不锈钢的焊接工艺对其组织和性能的影响非常大。

多磷酸PPA，化学式：H6P4O13，无色透明粘稠状液体，易潮解。能与水混溶并水解为正磷酸，不结晶，有腐蚀性。有机合成中用作化合物环化剂及酰化剂，也用作正磷酸的代用品及分析试剂。由磷酸与五氧化二磷加热聚合而得。由于PPA腐蚀性强和工艺过程伴随大量的溶剂，某PPA装置工艺管道采用大量的S32205双相不锈钢，文章通过S32205双相不锈钢的一系列分析，简单介绍了S32205双相不锈钢的焊接工艺。

1双相不锈钢简介

        双相不锈钢（Duplex Stainless Steel，简称DSS），指铁素体与奥氏体各约占50%，，一般较少相的含量最少也需要达到30%的不锈钢。双相不锈钢从20世纪40年代在美国诞生以来，已经发展到第三代。它的主要特点是屈服强度可达400-550MPa，抗拉强度可达800 MPa，是普通不锈钢的2倍，因此可以节约用材，降低成本。在抗腐蚀方面，特别是介质环境比较恶劣（如磷酸、硫酸介质）的条件下，双相不锈钢的抗点蚀、缝隙腐蚀、应力腐蚀及腐蚀疲劳性能明显优于普通的奥氏体不锈钢，可以与高合金奥氏体不锈钢媲美。

2 S32205双相不锈钢成分与力学性能

        S32205双相不锈钢是一种含N的不锈钢，其合金元素主要为Cr、Ni、Mo。S32205双相不锈钢属于高强度不锈钢。S32205双相不锈钢具有良好的焊接性能，兼有奥氏体和铁素体不锈钢的特点。与铁素体不锈钢相比，塑性、韧性更高，无室温脆性，耐晶间腐蚀性能和焊接性能均显著提高，同时还保持有铁素体不锈钢的475℃脆性以及导热系数高，具有超塑性等特点；与奥氏体不锈钢相比，强度高且耐晶间腐蚀和耐氯化物应力腐蚀有明显提高。与铁素体不锈钢和奥氏体不锈钢相比，它既不像铁素体不锈钢的焊接热影响区，由于晶粒严重粗化而使塑韧性大幅降低，也不像奥氏体不锈钢那样，对焊接热裂纹比较敏感。氮在强化S32205双相钢中取重要作用，当氮的质量分数超过0.2%时，氮的固熔强化使奥氏体的强度大于铁素体。增加铁素体含量，会导致冲击韧性降低，也导致氮在铁素体中析出，生产氮化铬，所以氮在铁素体中比在奥氏体中的溶解度底。

3 S32205双相钢焊接性能和工艺分析

        焊接是一个复杂的冶金过程，S32205双相钢的焊接质量，取决于焊缝和HAZ的铁素体与奥氏体含量的平衡和两相组织的均匀性。在焊接过程中，从凝固点到1200℃为铁素体组织；1200-800℃奥氏体从铁素体中析出；800℃-475℃可能有中间相析出。如碳化物、氮化物等。所以，焊接线能量输入的大小，直接影响焊缝和HAZ中铁素体的含量。线能量过小，不利于奥氏体析出；线能量太大，则引起合金元素Cr、Ni、Mo的烧损，导致材料的抗腐蚀性能和机械性能下降，而中间相就更容易析出。

焊缝的高温和快冷会使双相钢组织铁素体化，铁素体含量增加又导致冲击韧性和抗腐蚀性能降低。所以，合理的焊接工艺对焊缝质量至关重要。与奥氏体不锈钢相比，S32205双相钢对污物更为敏感，特别是油污和水分。任何类型的油污和水分都会影响焊接质量，从而破坏抗腐蚀和力学性能，因此，焊前必须对材料表面进行清理。当空气湿度比较大或者管件上有水分时，可预热。首先要清理材料表面，然后均匀预热到100℃。

S32205双相钢具有良好的导热性和膨胀系数低的特点，焊接时不会产生很大的残云应力，所以有很强的抗裂性能。虽然S32205双相钢有很强的抗裂性能，但在焊接时，也不能用太大的焊接线能量。因为线能量太大会导致焊缝组织晶粒组大，导致抗腐蚀性能下降，所有，在实际焊接工作中，必须将焊接层间温度控制在100℃以下。这样焊接生产率会相对较低，要合理安排焊接顺序以保证层间温度的冷却时间。

4焊接工艺参数

        焊接工艺参数通过焊接工艺评定确定。焊接工艺评定材料如下：焊接试件：ASTM A790 S32205，焊接材料ASME SFA-5.9-04 ER22009，φ2.0mm，Avesta生产。焊材化学成分见表3.焊接试件规格：φ144mm*5.5mm*200mm，S32205管材化学成分见表1，力学性能见表2。管对接，V型坡口。焊接位置：6G；层间温度小于100℃。焊接方法：GTAW。保护气体：99.99%氩气。焊接设备为：WS7-400逆变直流手工氩弧焊机，直流正接。

焊接结束，检查焊缝外观质量，无咬边、气孔、裂纹和未焊透等缺陷。射线检测结果均为I级。

5焊接接头的力学性能试验

        根据NB/T47014-2011规定，对焊接试件进行面弯、背弯和拉伸试验，试验数据见表5

6金相组织

        双相不锈钢焊缝中的铁素体和奥氏体含量的均衡，对焊缝的力学性能和抗腐蚀性能有很大的影响。所有，有必要检测焊缝、HAZ和母材的铁素体含量。

7结语

        在管道施工中，焊接直接至关重要，尤其是PPA项目，决定着整个系统的稳定运行与安全。制定合理的焊接工艺是重中之重，在制度焊接工艺时，要注意以下几方面：选择合理的焊接线能量很重要，线能量小，冷却快，会导致焊缝铁素体增加；线能量大，不仅合金元素烧损严重，而且冷却慢，会使中间相析出，引起相组织不平衡，抗腐蚀能力下降。S32205双相不锈钢对污染很敏感，油污、水分均会影响焊接质量和焊缝的力学性能。所以，焊前，必须对焊件进行清理。焊缝组对时，严格控制组对质量，避免强力组对。否则，焊接后，变形很难校正，即使勉强校正，也会产生很大的残余应力，使焊缝力学性能和抗腐蚀性能下降。焊接完成，应对焊缝及HAZ进行铁素体检测，若铁素体含量低于40%时，S32205双相钢焊缝的机械性能大大下降；若铁素体含量低于30%时，S32205双相钢焊缝的焊缝还会产生脆化。

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