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雙相不銹鋼加工制造實(shí)用指南(5)

（續(xù)接前文）

12雙相不銹鋼的焊接

12.1一般焊接準(zhǔn)則

12.1.1　雙相不銹鋼和奧氏體不銹鋼的區(qū)別

奧氏體不銹鋼的焊接問(wèn)題常常與焊縫金屬本身有關(guān)，尤其是在全奧氏體或奧氏體占優(yōu)勢(shì)的焊縫凝固過(guò)程中產(chǎn)生的熱裂紋傾向。對(duì)于一般奧氏體不銹鋼，調(diào)整填充金屬的成分，使之具有較多的鐵素體含量，可將這些問(wèn)題減至最低程度。高合金奧氏體不銹鋼需要使用鎳基填充金屬，奧氏體凝固不可避免，可通過(guò)降低熱輸入、多道焊來(lái)控制。

由于雙相不銹鋼鐵素體含量高，具有非常好的抗熱裂性，焊接時(shí)很少考慮熱裂。雙相不銹鋼焊接最主要的問(wèn)題與熱影響區(qū)有關(guān)，而不是焊縫金屬。熱影響區(qū)的問(wèn)題是耐蝕性及韌性損失或焊后開(kāi)裂。為了避免發(fā)生上述問(wèn)題，焊接工藝的重點(diǎn)是最大程度減少在“紅熱”溫度范圍總的停留時(shí)間，而不是控制任何一道焊接的熱輸入。經(jīng)驗(yàn)表明，這種方法可使焊接工藝從技術(shù)和經(jīng)濟(jì)角度都最優(yōu)化。

根據(jù)上述介紹，將給出雙相不銹鋼焊接的一些一般準(zhǔn)則，以及這些基本知識(shí)和準(zhǔn)則在具體焊接方法中的應(yīng)用。

12.1.2　原始材料的選擇

雙相不銹鋼對(duì)焊接的適應(yīng)性可隨化學(xué)成分和生產(chǎn)工藝的變化而發(fā)生顯著變化。已反復(fù)強(qiáng)調(diào)過(guò)母材含有足量氮的重要性。如果原始材料緩慢地冷卻通過(guò)700～1000℃溫度區(qū)間，或允許在水淬前空冷通過(guò)該區(qū)間一分鐘，那么本應(yīng)留給焊工完成焊接而不產(chǎn)生任何有害相析出的時(shí)間被耗盡。重要的一點(diǎn)，實(shí)際進(jìn)行加工制造的材料，其成分和生產(chǎn)過(guò)程的冶金條件應(yīng)當(dāng)與用于焊接工藝評(píng)定的材料的質(zhì)量條件相同。終端用戶技術(shù)條件和質(zhì)量控制章節(jié)（第6章）給出了根據(jù)成分和適當(dāng)?shù)脑囼?yàn)規(guī)范選擇原始材料的方法。

12.1.3　焊前清理

焊前對(duì)全部加熱部位進(jìn)行清理這一要求不僅適用于雙相不銹鋼，而且適用于所有不銹鋼。在沒(méi)有額外污染源的條件下確定母材和填充金屬化學(xué)成分。灰塵、油脂、油污、油漆和任何形式的水分都會(huì)干擾焊接操作并對(duì)焊件的耐蝕性和力學(xué)性能產(chǎn)生不利影響。如果不在焊前對(duì)材料進(jìn)行徹底清理，則無(wú)論什么工藝評(píng)定均是無(wú)效的。

12.1.4　接頭設(shè)計(jì)

雙相不銹鋼焊接接頭的設(shè)計(jì)必須有助于完全焊透并避免在凝固的焊縫金屬中存在未熔合的母材。最好采用切削加工而不是砂輪打磨坡口，以使焊接區(qū)厚度或間隙均勻。必須打磨時(shí)，應(yīng)特別注意坡口加工及其配合的均勻一致。為了保證完全熔合和焊透，應(yīng)當(dāng)去掉任何打磨毛刺。對(duì)于奧氏體不銹鋼，有經(jīng)驗(yàn)的焊工可通過(guò)控制焊炬克服坡口加工的某些缺陷。但對(duì)于雙相不銹鋼，這些技巧會(huì)造成材料在有害溫度區(qū)間停留時(shí)間比預(yù)期的時(shí)間長(zhǎng)，導(dǎo)致結(jié)果超出合格工藝要求。

雙相不銹鋼的一些接頭設(shè)計(jì)如圖17所示。其他設(shè)計(jì)如能保證焊縫完全焊透且燒穿的危險(xiǎn)最低，則它們也是合理的。

12.1.5  預(yù)熱

由于預(yù)熱可能是有害的，所以一般不推薦進(jìn)行預(yù)熱。如果沒(méi)有特殊正當(dāng)?shù)睦碛桑粦?yīng)當(dāng)把預(yù)熱作為一個(gè)工序。若用于消除天冷或夜間冷凝形成的濕氣時(shí)，預(yù)熱可能是有益的。預(yù)熱去除濕氣時(shí)，應(yīng)將鋼均勻地加熱到約100℃ 且應(yīng)在清理坡口之后再進(jìn)行。

12.1.6  熱輸入與層間溫度

雙相不銹鋼能夠容許相對(duì)高的熱輸入。焊縫金屬凝固后雙相組織的抗熱裂性大大優(yōu)于奧氏體焊縫金屬。雙相不銹鋼具有較高的導(dǎo)熱率和較低的熱膨脹系數(shù)，焊縫處沒(méi)有像奧氏體不銹鋼那樣高的局部熱應(yīng)力。熱裂紋不是個(gè)常見(jiàn)的問(wèn)題。

極低的熱輸入可導(dǎo)致母材熔合區(qū)和熱影響區(qū)鐵素體含量過(guò)高，韌性和耐蝕性降低。極高的熱輸入增加了形成金屬間相的危險(xiǎn)。為了防止熱影響區(qū)的問(wèn)題，焊接工藝規(guī)程應(yīng)允許該區(qū)域焊后快速冷卻。工件溫度很重要，因?yàn)樗鼘?duì)熱影響區(qū)的冷卻影響最大。經(jīng)濟(jì)型和標(biāo)準(zhǔn)雙相不銹鋼的最高層間溫度一般限制在150℃，超級(jí)雙相不銹鋼限制在100℃。進(jìn)行焊接工藝評(píng)定時(shí)應(yīng)采用該限制值，生產(chǎn)性焊接中也應(yīng)監(jiān)測(cè)以確保層間溫度不高于工藝評(píng)定時(shí)所采用的溫度。電子溫度傳感器和熱電偶是監(jiān)控層間溫度較好的手段。在焊接工藝評(píng)定中，最好不要讓多道焊試件的層間溫度低于實(shí)際制造中能夠達(dá)到的層間溫度。進(jìn)行大量焊接時(shí)，經(jīng)濟(jì)有效的做法是規(guī)劃好焊接工序，使各道次間有足夠冷卻時(shí)間。

12.1.7  焊后熱處理

雙相不銹鋼不需要進(jìn)行焊后應(yīng)力消除處理，且這樣做可能是有害的，因?yàn)闊崽幚砜墒菇饘匍g相或α'（475℃）脆性相析出，降低韌性和耐蝕性。焊后熱處理溫度超過(guò)315℃會(huì)對(duì)雙相不銹鋼的韌性和耐蝕性產(chǎn)生不利影響。

雙相不銹鋼的焊后熱處理應(yīng)當(dāng)包括完全固溶退火，然后水淬（見(jiàn)表10）。自熔焊后應(yīng)考慮完全固溶退火，因?yàn)槿绻诤附舆^(guò)程中沒(méi)有采用過(guò)合金化的填充金屬，則顯微組織中鐵素體含量將很高。

如果焊后進(jìn)行完全固溶退火和淬火，例如零部件的制造，則熱處理應(yīng)視為焊接工藝的一部分。退火處理可解決鐵素體過(guò)多和金屬間相的問(wèn)題，制造工藝允許在成品退火處理前存在一些不太理想的中間狀態(tài)。

12.1.8  理想的相平衡

通常認(rèn)為雙相不銹鋼的相平衡為“50－50”，奧氏體與鐵素體等量。然而，嚴(yán)格說(shuō)來(lái)這是不正確的，因?yàn)楝F(xiàn)代雙相不銹鋼中含40％～50％的鐵素體，其余為奧氏體。通常認(rèn)為，當(dāng)雙相不銹鋼中至少含25％的鐵素體，其余為奧氏體時(shí)，可獲得雙相不銹鋼特有的性能優(yōu)勢(shì)。

在一些焊接方法中，特別是以焊劑保護(hù)為基礎(chǔ)的方法中，相平衡已向奧氏體含量較高的方向調(diào)整以改善韌性，補(bǔ)償因焊劑使焊縫氧含量增加引起的韌性損失。這些填充金屬的韌性遠(yuǎn)低于鋼板或鋼管固溶處理后所能達(dá)到的高韌性值，但焊縫金屬的韌性仍足以滿足預(yù)期的要求。沒(méi)有一種焊接方法可使焊縫金屬的韌性與軋材完全退火處理后所達(dá)到的韌性一樣好。如果將焊縫金屬的鐵素體含量控制在大于軋鋼廠退火處理雙相不銹鋼所要求的最低值，將對(duì)可用的焊接方法造成不必要的限制。

熱影響區(qū)的相平衡，即原始鍛軋鋼板或鋼管加上額外的焊接熱循環(huán)，其鐵素體含量通常略高于原始材料。用金相法精確測(cè)定熱影響區(qū)的相平衡幾乎是不可能的。如果該區(qū)域鐵素體含量很高，也許說(shuō)明出現(xiàn)過(guò)過(guò)度快速冷卻的異常情況，從而導(dǎo)致鐵素體含量過(guò)高和韌性降低。

12.1.9　異種金屬的焊接

雙相不銹鋼可與其他雙相不銹鋼、奧氏體不銹鋼、碳素鋼和低合金鋼焊接。

雙相不銹鋼與其他雙相不銹鋼焊接時(shí)，通常使用鎳含量高于母材的雙相不銹鋼填充金屬。高鎳含量的填充金屬可保證焊縫在冷卻過(guò)程中形成足量的奧氏體。

雙相不銹鋼與奧氏體不銹鋼焊接時(shí)，常使用低碳和鉬含量介于二者之間的奧氏體不銹鋼填充金屬；通常使用AWS E 309LMo/ER309LMo。雙相不銹鋼與碳素鋼和低合金鋼的焊接一般采用同樣的填充金屬或AWS E309L／ER 309L。如果使用鎳基填充金屬，則它們不應(yīng)當(dāng)含有鈮。由于奧氏體不銹鋼的強(qiáng)度比雙相不銹鋼低，故使用奧氏體不銹鋼填充金屬的焊接接頭不如雙相不銹鋼母材強(qiáng)度高。

表15歸納了雙相不銹鋼與異種金屬焊接時(shí)的常用填充金屬。這些例子給出了AWS焊條牌號(hào)（E），但是根據(jù)焊接工藝，接頭形狀和其他條件的不同，可采用焊絲（AWS牌號(hào)ER）和藥芯焊絲。

12.2　焊接工藝評(píng)定

對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)奧氏體不銹鋼，焊接工藝評(píng)定試驗(yàn)是相當(dāng)簡(jiǎn)單的，僅進(jìn)行一定數(shù)量的試驗(yàn)以證明材料、焊材和焊接方法是合格的。這些評(píng)定試驗(yàn)包括硬度試驗(yàn)和彎曲試驗(yàn)（分別檢驗(yàn)馬氏體和熱裂），反映了長(zhǎng)期使用鐵素體、馬氏體或奧氏體不銹鋼時(shí)可能出現(xiàn)的問(wèn)題。雙相不銹鋼滿足這些要求沒(méi)有困難，但是這些試驗(yàn)不可能發(fā)現(xiàn)雙相不銹鋼中可能出現(xiàn)的金屬間相或過(guò)量鐵素體。同時(shí)，由于需要限制在熱影響區(qū)溫度范圍內(nèi)的總時(shí)間，雙相不銹鋼的性能將對(duì)軋材厚度和實(shí)際焊接操作的細(xì)節(jié)很敏感。因此，必須廣義地考慮“評(píng)定”，即證明在制造過(guò)程中將使用的焊接工藝不會(huì)導(dǎo)致工程性能，特別是韌性和耐蝕性不可接受的損失。

對(duì)每種厚度和形狀的焊接都進(jìn)行焊接工藝評(píng)定是比較保險(xiǎn)的做法，因?yàn)榉桨干系奈⑿〔顒e在實(shí)際制造結(jié)果中差別可能很大。然而，實(shí)際加工的復(fù)雜性使得這樣的試驗(yàn)成本很高。因此，對(duì)雙相不銹鋼最苛刻的焊接條件（由材料厚度、填充金屬和焊接方法確定）進(jìn)行焊接工藝評(píng)定可達(dá)到節(jié)約簡(jiǎn)化的目的。

12.3　焊接方法

20世紀(jì)80年代初以來(lái)，第二代雙相不銹鋼商品化取得很大進(jìn)展。由于對(duì)氮所起到的控制相穩(wěn)定的作用理解有限，早期的觀點(diǎn)集中在限制熱輸入。由于熱輸入的嚴(yán)格控制，許多更經(jīng)濟(jì)、熔敷率更高的焊接方法，如埋弧焊，被認(rèn)為不適用于雙相不銹鋼。然而，雙相不銹鋼的性能非常令人滿意，所以針對(duì)如何采用更經(jīng)濟(jì)的工藝作了很多努力。結(jié)果是，除氧乙炔焊接因伴生焊縫的碳污染外，幾乎所有的焊接工藝現(xiàn)在均可用于雙相不銹鋼。

12.3.1　氣體保護(hù)鎢極電弧焊（GTAW／TIG）

氣體保護(hù)鎢極電弧焊（GTAW）有時(shí)也叫做惰性氣體保護(hù)鎢極（TIG）焊，特別適用于短焊道手工焊。對(duì)于簡(jiǎn)單的幾何形狀它可以自動(dòng)操作，但作為大型設(shè)備大量焊接的主要方法一般是不經(jīng)濟(jì)的。由于許多加工即使把另一種工藝作為主要焊接方法，也仍需要一些GTA焊接，因此對(duì)維修和局部修整用GTAW工藝進(jìn)行評(píng)定通常是恰當(dāng)?shù)摹?/p>

• 設(shè)備

GTAW最好采用恒定電流電源，用高頻電路輔助起弧。GTA焊應(yīng)采用直流正極性（DCSP），焊條為負(fù)極。使用直流反極性（DCRP）會(huì)損壞電極。

電極應(yīng)為2％釷鎢極（AWS規(guī)范 5.12 EWTh-2類）。通過(guò)將電極研磨成頂角為30到60度、錐點(diǎn)為小平面的錐形，來(lái)幫助控制電弧。GTAW自動(dòng)焊確保焊透所需的理想頂角應(yīng)通過(guò)實(shí)際生產(chǎn)中的試驗(yàn)來(lái)確定。

• 填充金屬
  

用于雙相不銹鋼焊接的填充金屬多數(shù)是“匹配”的，但相對(duì)于與之匹配的鍛軋產(chǎn)品，其鎳含量一般更高（過(guò)合金化）。通常鎳含量比鍛軋產(chǎn)品高約2％～4％。填充金屬中的氮含量一般略低于母材。普遍認(rèn)為，較高合金化的雙相不銹鋼填充金屬適用于焊接低合金化的雙相不銹鋼。用“匹配”填充金屬焊接雙相不銹鋼與奧氏體不銹鋼或碳鋼和合金鋼可獲得滿意的結(jié)果。

• 保護(hù)

像所有的氣體保護(hù)焊接工藝一樣，采用GTAW時(shí)，必須保護(hù)焊接熔池免受空氣氧化和污染。最常使用惰性氣體，氬氣，純度為99.95％或更高的干燥焊接級(jí)氬氣實(shí)施這種保護(hù)。

重要的是氣體處理系統(tǒng)應(yīng)清潔、干燥和無(wú)泄漏，可調(diào)節(jié)流量以供應(yīng)足量氣體，以及防止保護(hù)氣體紊流和吸入空氣。應(yīng)在起弧前幾秒鐘啟動(dòng)氣體，滅弧后再保持幾秒鐘，保持時(shí)間最好足夠長(zhǎng)，以使焊縫和熱影響區(qū)冷卻到不銹鋼氧化溫度范圍以下。為保護(hù)焊條，使用常規(guī)氣體擴(kuò)散網(wǎng)屏（氣篩）時(shí)建議流速為12～18升／分鐘，使用常規(guī)噴嘴時(shí)要求流速為上述流速的一半。

焊縫背面用保護(hù)氣體（也是純氬）流速取決于焊縫根部體積，但應(yīng)足以確保空氣完全排凈并使焊縫獲得完全的保護(hù)（以沒(méi)有回火色為準(zhǔn)）。由于氬氣比空氣重，應(yīng)從下向上送氣，吹洗氬氣的用量最少為焊縫根部體積的7倍。

用純氬保護(hù)可得到滿意的焊接效果，但也有進(jìn)一步改進(jìn)的可能。添加高達(dá)3％的干燥氮?dú)庥兄诒Ａ艉缚p金屬的氮含量，尤其對(duì)于較高合金化的雙相不銹鋼而言。但發(fā)現(xiàn)加氮后增加了電極消耗，而加入氦可局部抵消這種影響。

應(yīng)避免向保護(hù)氣體中加入氧氣和二氧化碳，因?yàn)樗鼈儠?huì)降低焊縫的耐蝕性。由于雙相不銹鋼中的鐵素體相可能產(chǎn)生氫脆或氫致裂紋，所以在保護(hù)氣體和焊縫背面用保護(hù)氣體中不應(yīng)當(dāng)使用氫氣。

如果焊炬配有氣體輸送系統(tǒng)和水冷系統(tǒng)，則應(yīng)對(duì)它們進(jìn)行定期檢查，以保證保存的氣體干燥，清潔。

• 技術(shù)和參數(shù)

對(duì)于雙相不銹鋼來(lái)說(shuō)，坡口、對(duì)準(zhǔn)、根部鈍邊和間隙準(zhǔn)備的均勻一致特別重要。雖然奧氏體不銹鋼允許使用一些焊接技巧克服坡口準(zhǔn)備的缺陷，但使用這些技巧卻使雙相不銹鋼有在相應(yīng)溫度區(qū)間停留時(shí)間延長(zhǎng)的危險(xiǎn)。如果可能的話，不建議使用銅墊板，因?yàn)殡p相不銹鋼對(duì)銅造成的表面污染敏感。

在焊接區(qū)外起弧會(huì)產(chǎn)生局部自熔焊焊點(diǎn)，冷卻速度很快，導(dǎo)致局部高鐵素體含量及耐蝕性的下降。為了避免產(chǎn)生這種問(wèn)題，應(yīng)在焊接接頭上起弧。

應(yīng)采用完全的氣體保護(hù)進(jìn)行定位焊。在根部焊道的起點(diǎn)不應(yīng)當(dāng)進(jìn)行定位焊。理想情況下，為了避免定位焊引起的根部焊道開(kāi)裂，根部焊道最好采用斷續(xù)焊且磨掉定位焊縫，或在焊接根部前局部修磨定位焊縫。

應(yīng)仔細(xì)保持根部間隙寬度以確保根部焊道熱輸入和稀釋的一致。應(yīng)在焊接填充焊道前研磨根部焊道的起點(diǎn)和終點(diǎn)。各焊接道次間，應(yīng)允許工件冷卻到150℃以下（對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)雙相不銹鋼）和100℃以下（對(duì)于超級(jí)雙相不銹鋼），以便后續(xù)焊接中使熱影響區(qū)有足夠的時(shí)間冷卻。

用GTAW法焊接雙相不銹鋼時(shí)最常使用的填充金屬為鎳略微過(guò)合金化的“匹配”填充金屬。更高合金化的雙相不銹鋼的匹配填充金屬，如超級(jí)雙相不銹鋼填充金屬已成功用于焊接2205母材。一般使用的焊絲直徑為1.6、2.4和3.2毫米。焊絲應(yīng)當(dāng)清潔、干燥，使用前應(yīng)保存在有蓋容器內(nèi)。在平焊位置進(jìn)行焊接效果最佳。焊炬應(yīng)盡可能保持或接近垂直以使保護(hù)氣體中吸入的空氣量最少。

為滿足多種材料厚度和接頭設(shè)計(jì)要求，選擇熱輸入的靈活性很大。根據(jù)下列公式計(jì)算的熱輸入一般在0.5～2.5kJ/mm范圍內(nèi)。

熱輸入（kJ/mm）＝（V×A）/（S×1000）

其中V＝電壓（伏特）

A＝電流（安培）

S＝移動(dòng)速度（mm／s）或

熱輸入（kJ/inch）＝（V×A×6）/（S×100）

其中V＝電壓（伏特）

A＝電流（安培）

S＝移動(dòng)速度（in／min） 

一般推薦的熱輸入：

2304或經(jīng)濟(jì)型雙相不銹鋼 　0.5～2.0 kJ/mm 

2205                                     0.5～2.5 kJ/mm 

2507                             0.3～1.5 kJ/mm 

采用GTAW焊接，如果有良好的氣體保護(hù)，并適當(dāng)?shù)乜刂圃谀承囟鹊耐Ａ魰r(shí)間，則焊接的焊縫具有良好的韌性和耐蝕性。GTAW適用于各種場(chǎng)合的焊接。GTAW經(jīng)常用來(lái)補(bǔ)充和完成采用其他焊接方法組裝的大型構(gòu)件的最終焊接。對(duì)各類可能使用GTAW的情況進(jìn)行焊接工藝評(píng)定是很重要的。

12.3.2 氣體保護(hù)金屬極電弧焊（GMAW／MIG）

氣體保護(hù)熔化極電弧焊（GMAW）有時(shí)稱為惰性氣體保護(hù)金屬極電弧焊（MIG），它特別適用于要求經(jīng)濟(jì)地熔敷大量焊縫金屬的長(zhǎng)焊道的焊接。對(duì)簡(jiǎn)單形狀的結(jié)構(gòu)可進(jìn)行自動(dòng)焊接。經(jīng)常使用GMAW進(jìn)行長(zhǎng)焊道的焊接，隨后用GTAW進(jìn)行補(bǔ)充以獲得復(fù)雜操作中的最佳控制。

• 設(shè)備

GMAW需要特殊設(shè)備，包括電流升降和電壓控制可調(diào)或具有產(chǎn)生脈沖電弧電流能力的恒壓電源。GMAW應(yīng)采用直流反極性（DCRP），焊條為正極。GMAW可有三種電弧過(guò)渡方式。

• 短路過(guò)渡

這種方式需要分別控制傾斜度和二次電感，適用于焊接厚達(dá)約3毫米的材料。

該方式使GMAW的熱輸入最低且特別適用于采用較高熱輸入時(shí)有變形危險(xiǎn)的薄規(guī)格軋材。它也可用于不規(guī)則位置的焊接。

• 脈沖電弧過(guò)渡

這種方式需要兩個(gè)電源提供兩級(jí)的輸出功率，由電源轉(zhuǎn)換提供脈沖。在噴射過(guò)渡階段金屬過(guò)渡量大，而在顆粒狀熔滴過(guò)渡階段金屬過(guò)渡量少。這種組合具有金屬熔敷速度較高但又限制了熱輸入的優(yōu)點(diǎn)。

• 噴射過(guò)渡

這種方式熔敷速度高，電弧穩(wěn)定，但熱輸入高。一般局限于平焊。采用這種方式進(jìn)行中等大小焊縫的長(zhǎng)、直焊道的焊接是很經(jīng)濟(jì)的。

• 填充金屬

GMAW使用的自耗電極為連續(xù)焊絲，由自動(dòng)進(jìn)料系統(tǒng)通過(guò)焊炬供絲。用GMAW法焊接雙相不銹鋼的填充金屬是鎳含量高（過(guò)合金化）的“匹配”成分，以達(dá)到所期望的焊態(tài)相平衡和性能。

• 保護(hù)

GMAW保護(hù)氣體的選擇略復(fù)雜于GTAW，且在很大程度上取決于金屬加工廠是依賴于已購(gòu)混合氣體，還是具有現(xiàn)場(chǎng)混合氣體能力。GMAW的保護(hù)氣體從純氬到氬氣含量為80％并添加氦氣、氮?dú)夂脱鯕猓砑舆@些氣體來(lái)提高焊接構(gòu)件的可焊性和成品性能。氣流速度取決于過(guò)渡方式、過(guò)渡速度和焊絲直徑，但對(duì)于直徑為1～1.6mm的焊絲，氣流速度一般在12～16l／min。焊接過(guò)程中應(yīng)避免焊絲過(guò)度伸出以保持其處于氣體保護(hù)狀態(tài)。和GTAW一樣，完好的氣體輸送系統(tǒng)很關(guān)鍵，應(yīng)采取措施預(yù)防保護(hù)氣體吸入空氣。由于進(jìn)行較長(zhǎng)焊道的焊接，因此為了保證焊接質(zhì)量，從通風(fēng)裝置開(kāi)始進(jìn)行氣體保護(hù)是很重要的。保護(hù)氣體或焊縫背面保護(hù)氣體不應(yīng)當(dāng)使用氫氣，因?yàn)殡p相不銹鋼中的鐵素體相有可能產(chǎn)生氫脆或氫致裂紋。

• 技術(shù)和參數(shù)

表16匯總了短路電弧過(guò)渡和噴射電弧過(guò)渡的典型焊接參數(shù)。

就像GTAW焊接雙相不銹鋼一樣，GMAW要求良好且一致的坡口加工、對(duì)準(zhǔn)和根部鈍邊或間隙。如果可能的話，應(yīng)避免使用銅墊板，因?yàn)殡p相不銹鋼對(duì)銅造成的表面污染敏感，且銅墊板在某些情況下會(huì)導(dǎo)致冷卻過(guò)快。

在焊接區(qū)以外起弧會(huì)產(chǎn)生自熔焊局部焊點(diǎn)，其冷卻速度很快，導(dǎo)致局部高鐵素體含量和耐蝕性的損失。為了避免產(chǎn)生問(wèn)題，應(yīng)在焊接接頭起弧。應(yīng)采用精細(xì)打磨的方法去除焊縫區(qū)外的起弧點(diǎn)。

應(yīng)全部采用氣體保護(hù)進(jìn)行定位焊。在根部焊道的起點(diǎn)不應(yīng)當(dāng)進(jìn)行定位焊。為了避免定位焊引起的根部焊道開(kāi)裂，根部焊道最好采用斷續(xù)焊且磨掉定位焊縫，或在焊接根部前局部修磨定位焊縫。應(yīng)仔細(xì)保持根部間隙寬度以確保根部焊道熱輸入和稀釋的一致。應(yīng)在焊接填充金屬前研磨根部焊道的起點(diǎn)和終點(diǎn)。應(yīng)允許工件在各道次間冷卻到150℃以下，以便使后續(xù)焊道的熱影響區(qū)有足夠時(shí)間冷卻。

一般使用的焊絲直徑為1.6、2.4和3.2 mm。焊絲應(yīng)清潔、干燥，使用前應(yīng)保存在有蓋容器內(nèi)。導(dǎo)管應(yīng)保持清潔干燥。在平焊位置進(jìn)行焊接效果最佳。焊炬應(yīng)盡可能保持或接近垂直以使吸入保護(hù)氣體中的空氣量最少。

12.3.3  藥芯焊絲電弧焊（FCW）

藥芯焊絲電弧焊是雙相不銹鋼焊接的最新工業(yè)化進(jìn)展之一。它的成功應(yīng)用恰好表明了雙相不銹鋼技術(shù)的發(fā)展是多么深遠(yuǎn)和迅速。FCW法使用與GMAW相同的設(shè)備，通過(guò)焊炬自動(dòng)供給填充助焊劑的焊絲。焊絲中的粉末提供了部分焊縫金屬的合金元素和焊渣，保護(hù)焊縫免受空氣氧化和污染，對(duì)焊炬提供的保護(hù)熱影響區(qū)的保護(hù)氣體起補(bǔ)充作用。FCW是一種經(jīng)濟(jì)的焊接方法，因?yàn)槠淙鄯舐矢摺Ｋm用于不規(guī)則位置和各種厚度材料的焊接。

• 設(shè)備

實(shí)施藥芯焊絲電弧焊使用的設(shè)備與GMAW所用的設(shè)備相同。

• 填充金屬

由于采用助焊劑的焊接方法焊接的焊縫韌性略低（這可能是由焊縫金屬中氧含量增加引起的），所以FCW的填充金屬鎳含量應(yīng)較高以使焊縫金屬中的奧氏體含量高于接近平衡的母材組織。因?yàn)橹竸┏煞趾虵CW焊絲的生產(chǎn)屬專利，故不同供應(yīng)商生產(chǎn)的FCW填充材料可能存在很大差別。采用FCW進(jìn)行生產(chǎn)性焊接時(shí)，應(yīng)采用做焊接工藝評(píng)定時(shí)所使用的、同一來(lái)源的焊絲以避免生產(chǎn)的不穩(wěn)定。

• 保護(hù)

用FCW法進(jìn)行平焊和立焊時(shí)最常用的保護(hù)氣體分別為80％氬氣－20％二氧化碳和100％二氧化碳。每種保護(hù)氣體或焊接方法的氣流速率均為20～25l/min。控制焊絲伸出長(zhǎng)度很重要, 可抑制增碳，特別是采用100% CO2時(shí)。

• 工藝參數(shù)

對(duì)于直徑為1.2mm 的焊絲，平焊和立焊時(shí)典型的電流電壓設(shè)定分別為150～200A、22～38V和60～110A、20～24V。此外，對(duì)于FCW焊接技巧的建議與GMAW相同。

12.3.4 手工電弧焊（SMAW／焊條）

手工電弧焊，有時(shí)稱為焊條或涂藥焊條電弧焊，是在位置或保護(hù)相對(duì)困難的情況下焊接復(fù)雜形狀構(gòu)件的一種很通用的方法。雖然整體結(jié)構(gòu)特別是位置或保護(hù)相對(duì)困難的較小和較復(fù)雜形狀的焊接可以依靠SMAW工藝，但是最常見(jiàn)的情形是SMAW與成本更具競(jìng)爭(zhēng)力的焊接方法相互配合應(yīng)用于大型結(jié)構(gòu)的焊接。

• 設(shè)備

SMAW所需設(shè)備為恒電流電源。SMAW采用直流反極性（DCRP），焊條為正極。

• 填充金屬

SMAW焊條由帶藥皮的熔化電極組成。藥皮可含有或不含額外帶入焊縫中的合金元素。藥皮是一種復(fù)雜的混合專利產(chǎn)品，它能夠穩(wěn)定電弧，在電弧過(guò)渡期間保護(hù)金屬，保護(hù)焊縫在凝固過(guò)程中和凝固后不與空氣接觸。由于藥皮的專利特性，名稱相似但來(lái)自不同供貨商的產(chǎn)品可能差別很大。藥皮的突出作用是改善焊縫韌性或物理外觀，可為特定位置焊接如平焊、不規(guī)則位置、立焊專門(mén)設(shè)計(jì)藥皮以獲得最優(yōu)性能。

SMAW焊條的藥皮易吸水，水的存在將大大降低它們的性能。焊條使用前應(yīng)保存在出廠密封箱內(nèi)。一旦打開(kāi)包裝，就應(yīng)當(dāng)將焊條保存在加熱到95℃以上的爐子中，防止水分聚集導(dǎo)致焊縫氣孔或開(kāi)裂。由于藥皮增加了焊縫的氧含量，從而降低了韌性，因此一般SMAW焊條中的奧氏體含量應(yīng)接近于最大值，這樣焊縫金屬仍將具有雙相組織的良好效果。焊縫韌性遠(yuǎn)低于母材，但通常遠(yuǎn)高于碳素鋼和合金鋼所要求的韌性值。SMAW焊接工藝評(píng)定有時(shí)會(huì)出現(xiàn)的一個(gè)錯(cuò)誤是，采用ASTM A 923試驗(yàn)但沒(méi)有適當(dāng)?shù)卣{(diào)整驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。SMAW焊縫韌性值較低并不表示存在金屬間相，而是由于保護(hù)藥皮中的氧。若按照對(duì)母材的要求來(lái)要求焊縫金屬達(dá)到－40℃／℉時(shí)最低54J/40英尺·磅的沖擊值，則將導(dǎo)致已使用多年并取得很好效果的這一通用焊接方法被判不合格。按照ASTM A 923規(guī)范，焊縫金屬的沖擊功最小值為34J/25英尺·磅，熱影響區(qū)的沖擊功最小值為54J/40英尺·磅。

• 保護(hù)

對(duì)于SMAW來(lái)說(shuō)，保護(hù)通常不是問(wèn)題，因?yàn)檫@種焊接方法依賴于焊劑和焊條藥皮產(chǎn)生的氣體保護(hù)。

• 技術(shù)和參數(shù)

如表17所示，SMAW的焊接工藝參數(shù)基本上是焊條直徑的函數(shù)。

為了最大程度地發(fā)揮焊劑的保護(hù)作用，焊工應(yīng)保持盡可能短的電弧。間隙太寬，稱為“長(zhǎng)弧”，可能會(huì)導(dǎo)致焊縫氣孔，過(guò)度氧化，熱輸入過(guò)多并降低力學(xué)性能。

焊縫根部焊道應(yīng)使用小尺寸的焊條，填充焊道使用較大尺寸焊條。應(yīng)始終在焊縫區(qū)內(nèi)起弧。任何其他起弧點(diǎn)或飛濺物都應(yīng)當(dāng)通過(guò)精細(xì)打磨來(lái)去除。

厚度小于2毫米的雙相不銹鋼不應(yīng)當(dāng)使用SMAW焊接。如果可能的話，工件應(yīng)盡可能平放，但SMAW焊條幾乎能夠用于任何位置的焊接。焊條應(yīng)與工件呈20°角（傾斜角）。焊條夾具應(yīng)前傾于焊接移動(dòng)方向。應(yīng)采用橫擺量最小的直窄焊道熔敷焊縫金屬。電流設(shè)定到能使電弧穩(wěn)定，焊縫和母材熔化良好即可。

12.3.5  埋弧焊（SAW）

埋弧焊可用于熔敷較大焊縫，與多道次而每道次熔敷量少的焊接方法相比，它在熱影響區(qū)溫度范圍的總停留時(shí)間較少。由于焊縫金屬中鐵素體相的凝固和雙相組織的轉(zhuǎn)變，雙相不銹鋼可用SAW焊接而熱裂危險(xiǎn)最小。然而為了使焊縫完全焊透，相對(duì)奧氏體不銹鋼而言，有必要對(duì)接頭設(shè)計(jì)和焊接參數(shù)作一些調(diào)整。SAW操作若移動(dòng)速度非常快，且坡口設(shè)計(jì)不當(dāng)，會(huì)導(dǎo)致焊縫中心線裂紋, 而降低焊接速度一般可解決裂紋問(wèn)題。對(duì)于大型構(gòu)件和大型直焊道的焊接，SAW是一種具有成本效益且效果較好的焊接雙相不銹鋼的方法。SAW常用于加工厚壁雙相不銹鋼管。

• 填充金屬和保護(hù)

通常的雙相不銹鋼匹配填充金屬適用于SAW。然而正確選擇焊劑以獲得所期望的性能很重要。據(jù)報(bào)道，采用高堿度焊劑，雙相不銹鋼的沖擊韌性最好。

• 技術(shù)和參數(shù)

表18歸納了雙相不銹鋼SAW的典型參數(shù)。

12.3.6 電子束焊和激光焊

這些焊接方法在雙相不銹鋼上的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)是積極的。采用這些焊接工藝，可獲得非常窄的熱影響區(qū)和快速冷卻，可避免金屬間相形成。但是，高冷卻速度會(huì)導(dǎo)致焊縫中形成過(guò)量的鐵素體，因此，當(dāng)采用這些焊接方法時(shí)，焊接工藝評(píng)定很關(guān)鍵。焊后的固溶退火可降低鐵素體含量，改善焊縫中奧氏體/鐵素體相的比例。

12.3.7  電阻焊

采用單脈沖電阻焊進(jìn)行點(diǎn)焊時(shí)，熱影響區(qū)冷卻很快。雙相不銹鋼的這種急冷甚至比奧氏體不銹鋼更快，因?yàn)殡p相不銹鋼具有較高的熱傳導(dǎo)率。在這種情況下，緊鄰熔合線處有一薄層材料的溫度會(huì)達(dá)到雙相組織完全轉(zhuǎn)變?yōu)殍F素體的溫度范圍。冷卻如此之快甚至氮含量較高的雙相不銹鋼在該溫度范圍內(nèi)也不可能形成奧氏體，這樣可能的結(jié)果就是，母材韌性較好，而焊縫因中間有一層連續(xù)的鐵素體層而韌性不佳。

程控電阻焊機(jī)可提供雙脈沖焊接循環(huán)，這足以降低冷卻速度，防止產(chǎn)生連續(xù)的鐵素體層。同樣，有必要對(duì)不同厚度的材料進(jìn)行焊接工藝評(píng)定。

電阻縫焊機(jī)產(chǎn)生類似問(wèn)題的可能性較小，暴露時(shí)間不可能長(zhǎng)到足以形成金屬間相，但在焊接工藝評(píng)定中應(yīng)特別關(guān)注過(guò)量鐵素體形成的可能性。

(未完待續(xù)）

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