2205双相不锈钢复合板焊接工艺.pdf

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1、2205 双相不锈钢复合板焊接工艺 1、材料特性 1.1 2205 双相不锈钢成分特点 2205 双相不锈钢（00Cr22Ni5Mo3N）是中合金双相不锈钢的代表品种，组织中铁素体和奥氏 体各约占 50%,其成分特点是超低碳、含氮，氮是强烈的奥氏体形成元素，加入到双相不锈 钢中，既提高钢的强度且不损伤钢的塑韧性，乂增强了其在氯离子浓度较高的酸性介质中的 耐应力腐蚀和抗点蚀性能。由于其具有良好的耐腐蚀性能、力学性能、加工性能和焊接性能，广泛应用于石油和天然气工业、化学和石化加工工业、化肥工业、运输业、造纸和制盐轻工 业等。1.2 2205/Q235B 双相不锈钢复合板的生产机制及特点 2205/

2、Q235B 双相不锈钢复合板材料是采用基材 Q235B 和复材 2205 不锈钢爆炸焊接而成。爆 炸焊接生产复合板以炸药为能源介质，利用爆炸产生的冲击波推动复板向基板运动，在排出 间隙中气体的同时通过撞击，在接触界面上发生薄层金届的塑形变形、融化和原子间的扩散，从而使金届板之间焊合。大量的研究以及成熟的生产工艺都表明，复合板各元素在界面附近 为梯度过渡，呈渐进分布，复合板基材/复材界面区域形成牢固的冶金结合过渡区。达到在不 降低使用效果（防腐性能、机械强度等）的前提下节约资源、降低成本的效果。2、焊接性 2.1 复材的焊接 2205 双相钢钢为超低碳的奥氏体-铁素体不锈钢，在通过固溶处理后具有

3、良好的韧性、强度和 焊接性，由于该钢 Cr 当量与 Ni 当量比值适当，在高温加热后仍保留有较大量的一次奥氏体 组织，乂可使二次奥氏体组织在冷却中生成，使钢中的奥氏体相总量不低于 30%40%,因 而使钢具有良好的耐腐蚀性能；因母材中含有较高的 N，焊接近缝区不会形成单相铁素体区，奥氏体含量一般不低于 30%。双相不锈钢 2205 具有良好的焊接性，焊接冷裂纹和热裂纹的敏感性都较小。通常焊前不预热，焊后不热处理。2.2 过渡层的焊接 2205/Q235B 复合板焊接过渡层时，由于其符合界面成分复杂，要在保证熔合良好的前提 下，尽量减少基材金届的熔入量，即降低熔合比。为此，应采用较小直径的焊条及

4、较小的焊 接线能量，当焊接材料选择合理，焊接线能量控制适当时，焊接接头具有良好的综合性能。2.3 基层的焊接 基层为 Q235B 碳素钢板，焊接工艺成熟。在这里我们选取的 J506 焊条为低氢钾型焊条，是 在低氢钠型基础加入稳弧剂，改善电弧工艺性能，增强了抗裂性。2.4 焊接要点双相不锈钢焊接接头的力学性能和耐蚀性能取决于焊接接头能否保持适当的金 相比例，因此，焊接是围绕如何保证其双相组织进行的。当铁素体和奥氏体量各接近 50%时，性能较好，接近母材的性能。改变这个比例关系，将使双相不锈钢焊接接头的耐蚀性能和力 学性能（尤其是韧性）下降。双相不锈钢 2205 铁素体含量的最佳值是 45%。过低

5、的铁素体含 量（75%）也会有损 于耐蚀性和降低冲击韧性。金相比例的影响因素如下：焊接接头中铁素体和奥氏体的平衡关系既受到钢中合金元素含量的影响，乂受到填充金届、焊接热循环、工艺参数的影响。（1）合金元素的影响 根据研究和大量试验发现，复材中含氮是非常重要的。氮在保证焊缝金届和焊后热影响区内 形成足够量的奥氏体方面具有重要作用。氮和锐一样是形成奥氏体和扩大奥氏体元素，但是，氮的能力远远大丁锐。在高温下，氮稳定奥氏体的能力也比锐大，可防止焊后出现单相铁素 体，并能阻止有害金届相的析出。由丁焊接热循环的作用，自熔焊或填充金届成分与母材相同时，焊缝金届的铁素体量急剧增 加，甚至出现纯铁素体组织。为了

6、抑制焊缝中铁素体的过量增加，采用奥氏体占优势的焊缝 金届是双相不锈钢的焊接趋。目前，填充材料一般都是在提高锐的基础上，再加入与母材含 量相当的氮。(2)热循环的影响 双相不锈钢复合板焊接的最大特点是焊接热循环对焊接接头内的组织有影响，无论焊缝还是 热影响区都会有相变发生，这对焊接接头的性能有很大影响。因此，多层多道焊是有益的，后续焊道对前层焊道有热处理作用，焊缝金届中的铁素体进一步转变为奥氏体，成为以奥氏 体占优势的两相组织，从而使整个焊接接头的组织和性能显著改善。(3)工艺参数的影响 焊接工艺参数即焊接线能量对双相组织的平衡也起着关键的作用。由丁复层双相不锈钢 在高温下是 100%的铁素体，

7、若线能量过小，热影响区冷却速度快，奥氏体来不及析出，过量 的铁素体就会在室温下过冷保持下来。若线能量过大，冷却速度太慢，尽管可以获得足量的 奥氏体，但也会引起热影响区的铁素体晶粒长大以及 相等有害金届相的析出，造成接头脆 化。为了避免上述情况的发生，最佳的措施是控制焊接线能量和层间温度，并使用锐含量比母材 高、氮含量与母材相当的填充金届。3、焊接工艺评定 在本项目上，我们根据现场实际情况，结合设计图纸并参考了其他兄弟单位的焊接参数，选 取了一组尺寸为 350*400mm、厚度为 16+2 的 2205 双相不锈钢板复合板，来进行焊接工艺评 定。3.1 焊接位置和焊接方法的选择 焊接位置选择水平

8、固定。为保证内部质量，根据施工要求，均选用大西洋牌焊条，且按说明 烘烤。3.2 焊接材料的选择 复层焊条选用大西洋牌(E2209-16,3.2)，过渡层选用大西洋牌(CHS062,3.2),基层选用大西洋牌(J506)o 复层、过渡层和分别选择的焊接材料成分对比如表 3.2:表3,2博程材希|时选择一览素 叫 J改日 it i ILT.*T c Si g p r%L Cu N t&fl;ITS 坦由 1 iu L.rif aiLj n IL：-、(t li 1 rM L r 卜.-1 lil A B n II.Kill Q II w cir：，二 LIT L 4 IJ.14 UL LLb II

9、.Cl ILL b U.LBl .liud I IL1 ii.U n.Il：Hi 3.3 坡口形式和尺寸 根据现场情况，坡口形式采用双 V 形坡口（坡口形式和尺寸见下表），双面焊接。表 3.3 ItJ n D 平式 f ilH mn pjflJ L I I I 1 3.4 焊接参数的选择 焊接时选择的规范参数如下：表 3.4 胃拉 hit zvn ms.KJ J，o)IO MV 1 Q 一 90-130 5 E LU-ED-l 10 18-22 作 L人*-1召 H-lb|心 90-130 J 21 1$R 12 焊缝表面活理、外观检查和酸洗钝化后，进行射线探伤，探伤结果符合 JB/T4730

10、.2-2005 I级标准。按照 JB4708 规定，对试件截取试样，进行下列试验：拉伸（拉伸试验符合金届拉伸试验方法 GB228 的规定，拉伸强度分别为 720 MPa、725MPa）2 个;侧弯（弯曲试验符合金届弯曲试验方法 GB232 的规定）4 个；焊缝和热影响区冲击（冲击试验符合金届夏比缺口冲击试验方法 GB/T229 的规定，焊缝区冲击功分另 U 为 107J、109J、139J,平均为 118J;热影响区冲击功分别为 282J、282J、276J,平均为 280J 各 3 个；点腐蚀（点腐蚀试验符合不锈钢三氯化铁点腐蚀试验方法 GB/T17897-1999 的规定，3 个试样的腐蚀

11、量分另 U 为 2.329、2.560、2.138mg/24h,平均为 2.342mg/24h,质量损失小丁 0.1mg/cm2）3 个。结果各项检测和试验均符合规范和设计规定，证明选择的焊接材料和焊接工艺是正确的，在此基础上编制了焊接作业指导书，并进行了技术交底。4、焊接工艺 在焊接工艺评定的基础上，母液桶的制安正式开始。施工程序如下：4.1 选择焊接方式及焊接材料，见下表：4.1 选探焊接方式及焊接材料，见下表:表 J 1 焊接方浙口停接材料选择一解 旅焊钢种 焊棒方法 焊按榭 4 及知楮 名注 1 2 加 SMAW B22(3_2J 2 22O5/Q235B 5MAW CHSO623.2

12、)3 QJ35B SMAW 注：以上适用于所有焊缝。焊接材料入库时，应仔细核对合格证、质量证明书，符合相应标准后才能投入使用。将 焊材存放在十燥、通风良好、温度5C，且空气相对湿度60%的库房内；设置焊材二级库，并由保管员专门负责焊材的保管、烘烤、发放和回收，并做好各种记录；焊条使用前按说明 书的要求进行烘烤，然后存放到 100150。叵温箱里随用随取；焊条使用超过 4 小时应重新 烘烤，并且重复烘烤不得超过两次；焊工凭焊接技术员签发的领料单领取焊材。4.2 坡口加工（坡口样式见表 3.3）现场复材面和过渡层都采用等离子弧切割方法开制坡口，并用磨光机进行修磨。应避免 将切割熔渣溅落在母材表面上

13、，坡口表面应平整、光洁。基层采用板式坡口机。4.3 焊前活理 焊前应采用机械方法及有机溶剂，将焊接坡口内外两侧至少各 20mm 范围内的油、漆、锈、垢、毛刺、氧化膜等活除十净，且坡口表面不得有裂纹、夹层等缺陷；多层多道焊时，必须活除前道焊缝表面的熔渣和缺陷等。为防止焊接飞溅物污染不锈钢表面，应在坡口两侧 各 100mm范围内涂上石灰水。4.4 组对 为避免增加内应力和产生应力集中，内外壁应尽量平齐，其内壁错边量不宜超过壁厚的 10%，且不大于 0.5mm；不得对焊接接头进行加热校正，不得用强力对口。厚度相同（基材 与复材厚度均相同）的不锈钢复合钢板焊件的装配，应以复材表面为基准。厚度不同（或复

14、 材厚度不同，或基材厚度不同，或两者均不同）的不锈钢复合钢板焊件的装配基准，按设计 图样的规定执行。4.5 定位焊 定位焊缝只允许焊在基层母材上，且应由持证焊工承担。若发现定位焊缝出现裂纹或其 它不允许存在的缺陷时，应予铲除，并移位再焊。4.6 正式焊接 1）焊接规范参数见表 3.4:采用磨光机进行活根，层间温度100C。2）焊接顺序：基层过渡层复层。焊接复层前应用磨光机活根，深度 2mm。为 防止飞溅破坏复层表面，焊接前应涂白垩粉予以保护，复层焊接时应尽量采用快速焊。3）焊接注意事项 a.不得用碳钢焊材、低合金钢焊材在复层母材、过渡焊缝和复层焊缝上施焊。b.过渡焊缝应同时熔合基层焊缝、基层母

15、材和复层母材，且应盖满基层焊缝和基层母材。c.过渡层焊缝在复层侧距材质分界线距离宜为 0.5-1.5mm,在基层侧距材质分界线距离宜 为 1.5-2.5mm。d.基材的焊接 焊接基材时，其焊道不得触及和熔化母材。先焊基材时，其焊道根部或表面，应距复合 界面 1-2mm。e.过渡层的焊接 焊接过渡层时，要在保证熔合良好的前提下，尽量减少基材金届的熔入量，即降低熔合 比。为此，应采用较小直径的焊条及较小的焊接线能量，过渡层的厚度应不小于 2mm。f.复材的焊接 复材焊缝表面，应尽可能与复材表面保持平整、光顺。对接焊缝的余高，应不大于 1.5mm。角焊缝的凹凸度及焊脚高度，应符合设计规定。g.复材的

16、表面质量保护 在施工过程中，应注意保护复材的表面质量。在卷板、校圆时，应将滚轴表面活理十净，去 除锈、毛刺并修磨平整，对上滚筒应进行软保护；卷板时，复层应朝上；不得用铁锤锤击复 材表面；要防止焊接飞溅物损伤复材表面；不得在复材表面随意引弧、焊接卡具、吊环及临 时支架等。焊后应仔细活理焊件表面的焊渣、焊瘤、飞溅物及其它污物。必要时应对焊 缝进行局部修整。h.纵缝（不包括封头拼缝）两端过渡层留 30-50mm 不焊，等环焊缝基层焊完后和环焊缝 的过渡层一起焊接后焊；复层焊缝两端留 60-100mm 不焊，等环焊缝基层和过渡层焊完后与 环焊缝的复层一起焊接或先于环焊缝的复层焊接，但注意不要焊成了十字

17、焊缝。i.焊接过渡层和复层时先焊两侧，再焊中间焊道，两相临焊道之间重叠 1/31/2,但应注 意焊条摆动的幅度不要太大，摆动幅度一般为焊条直径的0.51.0 倍；复层焊缝表面应平滑，焊道凹陷深度不大于 1.5mm，焊缝金届与母材应平缓过渡，不能形成台阶。对不符合要求的 焊缝可以用小直径焊条补焊再用砂轮修磨。4.7 焊接注意事项：a.气象管理 1）现场作业，氧弧焊时风速 2m/手工电弧焊时风速8m/城采取防风措施。2）焊接电弧 1 米范围内的相对湿度90%,室外作业在下雨时应停止施焊。3）当母材表面潮湿，或下雨、刮风期间，焊工及焊件无保护措施时，不应进行焊接。b.焊工代号管理 1）参与本工程施工

18、的焊工进行统一编号，代号一经确定，在施工过程中不再变动，一名人员 离岗后，与其对应的代号即相应空缺。2）焊工将本人焊口焊完后应进行活理,经自检合格后在焊缝附近用记号笔作上永久性标 记。c.为防止合金元素的氧化和烧损，降低焊接残余应力，避免产生晶问腐蚀，同时防止热 裂纹的产生，在保证焊透和熔合良好的条件下，应适当选用小电流、短电弧、快焊速、窄焊 道和多层多道焊工艺，并应控制层间温度不超过 100 Co d.施焊过程中应保证起弧和收弧处的质量，收弧时应将弧坑填满。多层焊的层间接头应 错开。e.焊接时注意焊接顺序，尽量采用对称焊接。f.焊后应仔细活理焊件表面的焊渣、焊瘤、飞溅物及其它污物。必要时应对

19、焊缝进行局部 修整。g.铁素体测量：为确保焊缝中铁素体的含量符合设计要求和规范规定，每焊完一层，我 们用德国菲希尔公司生产的 MP-30铁素体含量进行测量，测定的铁素体含量均在 45-55%之 问，结果表明，焊缝的双相比例是合格的。4.8 外观检查 外观检查采用目视或 4-10 倍放大镜检查，检查率为 100%。焊缝外形和几何尺寸应符合设计规定。焊缝及热影响区表面不得有裂纹、气孔、未焊透、未熔合、弧坑、夹渣、飞溅物等缺陷；因届于不锈钢，焊缝不允许有咬边。对接焊缝的余高不超过 1.5mm。角焊缝的焊脚尺寸应为组对接头中较薄件的厚度，焊缝 与母材应圆滑过渡。4.9 酸洗钝化 焊缝表面活理后，对焊缝

20、复层表面，应进行酸洗钝化。4.10 内部质量检查 焊缝内部质量检测方法、比例及合格级别，执行设计文件规定。对焊缝无损检验发现的缺陷，应分析原因消除缺陷后再进行补焊，并对补焊处用原规定 的方法进行检验；焊缝返修应采用与正式焊接相同的焊接材料及工艺。返修后的焊缝应修磨 成与原焊缝基本一致，并按原无损检测要求检验。当同一部位的返修次数超过两次时，应制 订返修措施，并经焊接技术负责人审批后方可进行返修。对规定进行局部无损检验的焊缝，当发现不允许缺陷时，应进一步用原规定的方法进行扩大检验。按建设单位要求，本工程采用射线探伤进行随机抽检，检测比例为 20%,5、结论 本文分析了 2205 双相不锈钢复合板的焊接性，通过焊接工艺评定，制定了焊接工艺，并 将该工艺成功应用于 7 工西盐矿技改扩建项目非标设备制作的组焊中，效果良好。实践表明，制定的 2205 双相不锈钢复合板的焊接工艺适当，焊接质量优良，既有力地保证了工期，提升 了公司的形象，乂为继续承接同类工程打下了坚实的基础。