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1、4 2 油气 田地 面工程第 2 6 卷 第 4期 ( 2 0 0 7 4 ) S T T焊充氮保护焊接 S F A2 2 0 5 双相不锈钢 刘庆 忠 冯罡 崔晓峰 ( 大庆油田 建设集团) S F A2 2 0 5双相不锈钢具有奥氏体和铁素体两 相混合组织 ，在具有高强度、高韧性 的同时，还有 较高的抗应力腐蚀 、抗点蚀 、抗缝隙腐蚀的能力。 可有效解决长期以来困扰奥氏体不锈钢因局部腐蚀 所致的失效问题，因而应用前景广阔。 以往焊接双相钢主要采用氩 电联焊和充氩保 护 ，目前还没有有关 S TT焊接双相钢的报道 。本 研究选用 目前应用得最广泛 的现代双相不锈钢，即 2 2 0 5双相不
2、锈钢 ，进 行 了 S T T充 氮保护 焊接试 验。研究了主要的焊接参数 ，特别是热输入量和保 护气体对焊缝金属的金相组织、冲击韧性的影响。 1 焊接工艺试验 ( 1 )材 料 。试 验 用 的母 材采 用 鞍 钢 生 产 的 2 2 0 5钢管 ( D3 2 3 5 1 6 mm) ，其化学成分及性能 见表 1 、表 2 ，填 充 焊丝 牛津 E R 2 2 0 9 ( 1 2 mm) 化学成分见表 1 。在纯焊缝金属中，其铁素体约含 4O 。 表 1 材料的化学成分 成分 C Mn S i Ni C r MO N SFA2 2 0 5 0 01 4 1 4 5 0 3 8 5 6 9 2
3、 2 6 7 3 2 3 0 1 7 ER2 2 0 9( 1 2 ) 0 0 1 1 7 4 0 45 8 7 2 2 8 1 3 1 7 0 1 4 3 表 2 材料力学性能 屈服强度( MP a ) 抗拉强度( MP a ) 伸长率( ) 冲击韧性 4 5 0 6 2 1 2 5 1 0 0 ( 2 )焊接试验。焊接采用下向焊，焊缝背面 保护采用 9 9 9 9 5 9 5 高纯氮气 ( 氮气 可以进一 步增 强焊缝抵御点蚀 的能力) ；正面保护采用高纯度氩 气进行保护 。焊接三道管 口，接头形式见图 1 ，主 要参数见表 3 。 图 1 接 头 形 式 的占 2 5 。英国 自认 为每
4、年在能源消耗方面浪费 5 O亿英镑。正 因为如此，英 国政府敦促地方当局 等 自觉采取措施 ，确保新建筑为低耗能建筑。 自 2 0 0 2 年以来 ，承建商在 向地方当局交房 时必须附 交一份符合性声明 ，保证房屋的气密性完好。 根据以上的认识 ，可以得到如下的结论： ( 1 )德国近年来每年因房屋建筑质量问题造成 的损失大约 3 O亿 欧元 。针对建筑质量缺陷的明显 增加，德国建筑技术检验工程师联合会总会 B VP I 希望与德国工程师协 会和 D P UE合作 实行一个 建筑通 行证制 度 。在建筑 通行 证上包 含有该 建筑物 所有重要技术信息 ，在出现建筑缺陷或者改建时可 以查找 ，在
5、出售建筑物时供购买者参考。这对于提 高建筑质量管理水平来说 ，无疑是一个新的、有益 的举措，值得我 国学习和参考。 ( 2 )英国做的检测结果显示 ，二十世纪七十年 代是英 国低耗能建筑发展较好的时期，因为当时的 建筑师与承建师清楚地了解混凝土的弊端 ，并认识 到能源价格走高令保温更加重要。但 目前世界各国 尤其是我国流行使用钢筋结构和覆面材料 ，因此 ， 对使用钢筋结构和覆面材料 的系统弊端 了解 和认 识 ，对我国具有重要的启示意义，这也是我国建筑 行业中从事保温专业的工作人员当前需要研究的课 题之 一 。 ( 3 )美 国建材 注重节 能 ，所 采 用的材 料尽 量减 少采暖、制冷和照明
6、等方面的消耗 ，双层玻璃很早 在美国被广泛的使用 。美国很多州甚至规定 ，住宅 必须使用节能产品。这样一来节约能源，二来降低 居住成本 ，从而有利于房主有更多资金来加强其它 方面的房屋安全指标 。在能源价格高涨的今天，针 对建筑节能 ，我 国已到了立法 的时候 了。法国的 建筑法的制定、贯彻 与实施方 面就颇具特 色， 亦值得我国借鉴。 ( 栏 目主持张秀丽) 维普资讯 http:/ 油气田地面工程第 2 6卷第 4期 ( 2 0 0 7 4 ) 4 3 其 它 条 件包 括 ：正 面 Ar 气 1 2 1 5 L rai n ；背 面氮气 1 5 2 0 L mi n 。 表 3 下 向焊接
7、工艺参数 直径 电流( A) 电压 焊速 焊道 焊材牌号 极性 ( ram) 峰值 基值 ( V) ( c m mi n ) 根焊 E R 2 2 0 9 0I 2 反接 z 8 o 9 5 l 8 1 9 l 2 1 4 热焊 E R 2 2 0 9 01 2 反接 3 1 5 1 0 0 1 8 1 9 1 3 1 5 填充 1 ER 2 2 0 9 01 2 反接 3 1 5 1 0 0 1 8 1 9 1 3 1 5 填充 2 E R2 2 0 9 01 2 反接 3 1 5 9 5 1 8 1 9 1 4 1 6 盏面 ER 2 2 0 9 01 2 反接 3 1 5 9 5 1 8
8、 1 9 1 4 1 6 ( 3 )焊接缺 陷及分析。焊接过程中，S T T焊 会由于电压不稳出现 “ 出球”现象 ，即瞬间熔化速 度过快，导致电弧吹力变弱 ，控制不好易形成背面 未焊透和背 凹。单边未熔主要是 由于对 口间隙小、 焊枪角度不 当、对 口错边 大造 成的。另 外，对 口 时，与打塞尺太多 ，造成塞尺处钝边增大 ，导致熔 化不 良也有关系。气孔主要产生在熔合线和焊缝中 部上 ，其主要原 因：一是参数不合适 ，熔池暴露时 间长 ，焊速 快，保 护脱 节造成 的；二 是两边 有夹 角 ，电弧熔透不 良，形成气孔和未熔 ；三是焊道过 宽，没有排 焊，熔 池保 护不 良也会形 成气 孔。
9、另 外 ，气体流量 、压力、纯度 、焊枪角度以及焊接时 管 口上部过瘤等原因，也都会产生气孔 。 ( 4 )接头检测 。根据中石油塔里木油 田分公司 企业标准 2 2 0 5双相不锈钢材料焊接施工及验收规 范 ( Q S Y TZ 0 1 1 0 2 0 0 4 ) 规定 ，在外观检验 和 X射线探伤合格后 ，取二个管 口进行 了各项力学性 能试验，包括拉伸、弯曲、冲击 、金相 、硬度及耐 腐蚀试验等 。 2 检测结果及分析 ( 1 )拉伸 、冲击试验。两件试样抗拉强度分别 为 8 4 0 MP a 和 8 4 5 MP a ，均为母材断裂。冲击试验 方 法 按 照 AS TM A3 7 0规
10、 定 进 行 ，在 一 4 O 下 ， 平、立两个位置的冲击 功最小值焊缝 区4 2 J ；热 影响区6 0 J ，均满足标准要求( 焊缝3 4 J ；热影 响 区5 4 J ) 。 ( 2 )硬度 、微观金相。试验结果显示所有点的 硬度值3 0 0 HV1 0 ，满足标准要求 。焊缝金属断面 铁素体平均 含量 3 2 2 ；热影响 区 4 7 8 ，正 面 焊缝 区 平 均 铁 素 体 含 量 为3 8 1 ，热 影 响 区 4 3 2 ；背 面 根 部 焊 缝 区 为 3 1 7 ，热 影 响 区 4 4 9 。符合标准规定的焊缝金属铁素体含量 3 O 6 O 、热影 响 区含量 3 O
11、“ - 7 0 的要求 。焊 缝金 属及热影响区金相照片见图 2 。 ( 3 )点蚀试验。试验条件为 ( F e Cl 。 )：6 ， ( 2 2 士1 ) ，浸 渍 2 4 h ，试 验 方法 按 AS TM A9 2 3 C 法要求进行 ，试样尺寸 2 ram3 0 ram3 0 ram。测 得 腐 蚀 率 4 1 7 5 tod d 、2 8 6 6 tod d 、1 8 3 8 tod d ，平 均腐蚀率为 2 9 6 0 tod d( rag d in d a y ) 。 一 一 图 2焊缝 金 属及 热 影响 区 金 相 照 片 ( 4 )结果分析。充氮保护完全可焊出成形光亮 的焊
12、缝 ，并可提高奥氏体的含量。但从根部铁素体 含量来看 ，在打底焊接时应适 当提高线 能量并增大 冷却速度 ，保证铁素体含量在更合理的范围内。 从焊缝的金相组织、韧性及硬度结果可以看 出 2 2 0 5钢具有 良好的可焊性。焊缝金属的硬度值会有 稍低于母材的情况 ，认为这是 由于焊缝 中奥氏体含 量较高以及试件反复焊接 、切割导致母材中铁素体 含量不断增加，进而导致硬度增高的结果。如果采 用新管焊接则不会有上述现象 ，这也与某些文献中 所述一致。焊缝热影响区由于稀释或铁素体含量的 增加，硬度一般较高，但从试验结果看并未对焊缝 的脆化造成严重的影响。 3 结语 ( 1 )通过多组焊接试验 ，找到了合适的焊接规 范，S TT焊充氮保护焊接双相钢质量可行 。 ( 2 )背面采用充氮保护时，应适 当提高线能量 并加大冷却速度 ，以保证铁素体与奥氏体之问的相 比例平衡。 ( 3 )进行理化试验及耐腐蚀试验时 ，最好采用 新管焊接，避免试件反复焊接导致组织发生变化影 响试验 结果 。 ( 4 )S T T半 自动焊作为一种高效优质的焊接方 法 ，应该大力推广。 ( 栏 目主持张秀丽) 维普资讯 http:/