吳 偉，彭 文，江齊鋒

（1.滬東中華造船集團有限公司，上海 200129；2.中船澄西船舶修造有限公司，江蘇江陰 214433；3.中船黃埔文沖船舶有限公司，廣州 510715）

0 引言

某18 600 t化學(xué)品船的貨艙區(qū)裝卸系統(tǒng)管系使用超級雙相不銹鋼。考慮到此管系將來要輸送對環(huán)境要求極其嚴(yán)格的化學(xué)品液貨，所以其焊縫質(zhì)量必須通過設(shè)計要求的 100%RT檢測。承建該艘化學(xué)品船的公司是首次建造此類型產(chǎn)品，所以缺乏前期的焊接技術(shù)儲備和后期的生產(chǎn)技術(shù)管理經(jīng)驗。為解決此矛盾，相關(guān)人員查詢了許多資料并進行了大量焊接工藝試驗，以驗證并確定合適的焊接工藝參數(shù)，從而確保后期產(chǎn)品實際建造中的焊接質(zhì)量[1-2]。

1 材料性質(zhì)分析

經(jīng)過與奧氏體不銹鋼的力學(xué)性能和化學(xué)成分對比（見表1和表2）發(fā)現(xiàn)，超級雙相不銹鋼的Cr、Mo元素明顯高于奧氏體不銹鋼，此元素有利于提高鋼的耐腐蝕性。其中Ni和N元素是奧氏體的促進和穩(wěn)定元素，與Cr相結(jié)合可以產(chǎn)生雙相不銹鋼組織。

表1 超級雙相不銹鋼與奧氏體不銹鋼的材料化學(xué)成分對比（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）（%）

表2 超級雙相不銹鋼與奧氏體不銹鋼的材料力學(xué)性能對比

超級雙相不銹鋼的焊接性能優(yōu)良，在選取合適焊材及合理控制焊接線能量等因素的前提下，焊接冷裂紋和熱裂紋產(chǎn)生的敏感性都偏低，且焊縫又有很好的耐腐蝕性能和力學(xué)性能。但是在焊接過程時，焊縫又不易被多次受熱，這樣容易破壞雙相不銹鋼組織。此材料的合金含量較高，焊接時冷卻速度過慢也會導(dǎo)致有害相的產(chǎn)生。以上這些情況都有可能對超級雙相不銹鋼的焊接接頭的耐腐蝕性能和力學(xué)性能產(chǎn)生直接影響，因此，需要在焊接工藝方面采取必要的措施，以保證焊接質(zhì)量。

2 焊接材料和焊接方法選擇

1）焊接材料的選擇。根據(jù)焊接試驗產(chǎn)品的材料性質(zhì)，選擇某焊材廠生產(chǎn)的型號為 ER2594、規(guī)格為φ2.4 mm的焊絲，焊絲化學(xué)成分如表3所示。

表3 焊材化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）（%）

隨著我國自主研發(fā)能力的加強以及工業(yè)制造技術(shù)水平的發(fā)展，目前工業(yè)焊接材料已日趨國產(chǎn)化。所選擇的焊材廠已經(jīng)具備超級雙相不銹鋼焊絲 ER2594的生產(chǎn)能力，焊材的國產(chǎn)化極大地降低了采購成本和運輸周期。另外，國內(nèi)部分船廠已采用國產(chǎn)ER2594焊絲并將其用于具體的產(chǎn)品建造中。綜上，后期產(chǎn)品實際建造中選用此型號焊絲是可行的。

2）焊接方法的選擇。參考公司在不銹鋼相關(guān)材料焊接方面的經(jīng)驗，建議采用鎢極氬弧焊。此焊接方法的焊接質(zhì)量比較容易控制，焊接過程中焊接能量相對集中，保護氣體對熔池的保護效果也好，焊接化學(xué)成分不易流失。因此，超級雙相不銹鋼的焊接也采用此焊接方法，此方法能夠較好地保證焊縫的焊接質(zhì)量。

3 超級雙相不銹鋼的焊接參數(shù)選擇

1）焊縫及坡口選擇。試件母材型號為S32750，坡口型式采用 V形坡口，如圖 1所示。焊絲型號為ER2594，規(guī)格為φ2.4 mm。焊接工藝采用單面焊雙面成形工藝。此焊接方法對打底焊的質(zhì)量要求極高。如電流過小，易造成夾渣或未焊透；電流過大，易造成焊穿。

圖1 坡口及焊道示意

2）試驗參數(shù)選擇。參考公司在不銹鋼焊接方面的經(jīng)驗，在焊材、焊接保護氣體、焊接方法等因素相同的前提下，通過改變焊縫坡口大小、焊接電流、電壓以及焊道層次分布等方法，進行多組試驗。

4 超級雙相不銹鋼的焊接注意事項

焊件坡口采用坡口機或機加工方式進行，嚴(yán)禁采用火焰方式加工坡口。焊件組對前應(yīng)先將坡口及距離坡口50 mm左右的表面徹底清除干凈，不應(yīng)含有碳化物（如：油漆、銹、毛刺及水分等）等雜質(zhì)。管件成品及半成品應(yīng)當(dāng)隔離堆放，以防鐵元素對超級雙相不銹鋼的污染。隔離措施如圖3所示。

圖3 隔離措施

焊件在制作、運輸和組裝過程中應(yīng)避免鐵離子污染和磕傷。焊件加工應(yīng)在專用的不銹鋼車間進行，加工過程所使用的工具必須是非鐵類不銹鋼專用工具，如電動砂輪機、不銹鋼專用砂輪片、不銹鋼鋼絲刷等。焊接前，應(yīng)用丙酮或酒精清理焊件。溫度低于10℃時，嚴(yán)禁施焊。焊件在安裝對接時，首先要檢查焊件接口同心度，防止安裝錯邊。焊件不得強行組對，做好防變形措施。應(yīng)采用純度≥99.95%的氬氣做保護氣體。

焊件對接定位可選用定位工裝，或在焊道坡口內(nèi)作焊接定位。焊件定位焊接時，應(yīng)采用與打底焊相同的焊材和焊接工藝進行施焊。定位焊應(yīng)采用均分固定的方式（如4點、6點或8點的方式），且焊腳高度不應(yīng)高于整個管壁高度，應(yīng)位于管壁厚度的 2/3厚度左右，在定位焊過程中，要確保整個定位焊質(zhì)量良好，不致開裂，如有，應(yīng)馬上清除干凈。

考慮到后續(xù)實際建造中，相關(guān)焊接工藝要能完全覆蓋大、中、小管徑，所以在焊接試驗過程中，應(yīng)嚴(yán)格遵守已選定的相關(guān)參數(shù)進行焊接試驗操作。

在焊接質(zhì)量得到充分保證的前提下，應(yīng)采用小電流、快速焊以及多層焊等方法進行施焊。在焊接時，盡量采用小線量焊接，層間溫度不超過150℃。

焊縫表面采用鋁箔膠帶封堵，車間焊件預(yù)制時采用海綿、泡沫等工具做成堵板，外場焊件合攏時采用水溶紙封堵。在距離焊縫300 mm左右的兩側(cè)設(shè)置一個氣室。氣室一側(cè)用來充氬氣，另一側(cè)開個小孔用來排空氣，等氣室內(nèi)的空氣全部排盡且被氬氣充滿后，方可進行焊接施工。在施焊前，應(yīng)先撕開坡口面上一段約長40 mm左右的鋁箔膠帶，然后焊完后，再撕開一段。焊接過程中，不得把坡口面上的鋁箔膠帶全部撕開后再焊接，并且在整個焊接過程中，氣室內(nèi)必須要充滿氬氣做保護氣體。

在進行下一層焊接前，必須先對上一層焊道進行仔細(xì)的外觀檢查和焊道清潔，必須清除所有殘渣物質(zhì)。打磨時要防止產(chǎn)生過熱區(qū)，保證焊縫表面成形良好。如焊接過程中要作焊接停留，氬氣要在焊接結(jié)束后數(shù)分鐘再停止充氣。

一律要求在坡口內(nèi)引弧，嚴(yán)格禁止在母材表面作電流試驗或引弧操作，并且注意防止電弧擦傷母材。焊接方法選用半擊穿法，焊絲熔化以水滴狀形式過渡到熔孔中形成焊池。當(dāng)一次焊接結(jié)束后，需要再次重新引弧時，應(yīng)在焊道內(nèi)重新引弧，并且引弧點需與上一次熄弧處重疊約15 mm左右。引弧成功后，焊炬還需在引弧處停留運弧數(shù)秒鐘，以便獲得與上一道焊縫相同寬度和光澤的焊縫，然后方可運弧移出弧坑，繼續(xù)后續(xù)施焊。

焊接全過程結(jié)束后，氣室內(nèi)還要繼續(xù)充滿氬氣保護熔池，直至熔池完全凝固后，焊炬才可移出焊縫。焊接過程結(jié)束后，必須要對焊縫表面進行仔細(xì)檢查，清除所有殘留雜質(zhì)和缺陷，如有，必須要修補合格后，才可結(jié)束整個焊接過程。焊件焊好后，要對焊縫進行酸洗和鈍化處理。

5 超級雙相不銹鋼焊接性能檢測

1）無損檢測[3-4]。焊縫表面采用100%PT檢測，符合JB/T4730.5—2005.I級要求。焊縫內(nèi)部采用100%RT和X射線檢測，符合JB/T4730.2—2005.I級要求。

超級雙相不銹鋼焊接接頭顏色與保護效果的關(guān)系見表4所示。

2）破壞性試驗。對焊接接頭進行了2個拉伸試驗、4個彎曲試驗、2個腐蝕試驗和1個金相試驗，試驗結(jié)果均符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。試驗項目及試樣數(shù)量如表 5所示。

表4 超級雙相不銹鋼焊接接頭顏色與保護效果的關(guān)系

表5 破壞性試驗相關(guān)要求

6 結(jié)束語

在焊縫層間的溫度得到嚴(yán)格控制的前提下，通過采用多層焊、多道次以及合理控制焊接熱輸入量，鎢極氬弧焊能夠很好的保證超級雙相不銹鋼的耐腐蝕性和相平衡。超級雙相不銹鋼和奧氏體不銹鋼都具有很好的焊接性和耐腐蝕性，但是超級雙相不銹鋼產(chǎn)生熱裂紋的傾向較低，而且氯化物耐腐蝕性能優(yōu)于奧氏體不銹鋼，因此超級雙相不銹鋼已逐漸應(yīng)用于對耐腐蝕性能要求極其嚴(yán)格的環(huán)境中，如石油化工設(shè)備等，其在工業(yè)制造中具有廣闊的應(yīng)用前景。