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摘 要：采用钨极惰性气体保护焊工艺焊接 2205 双相不锈钢管，全程采用 ER2209 焊丝，根部采用 ER2594 焊丝得到的焊接接头的化学成分、显微组织、力学性能和耐腐蚀性能焊接进行了研究。 不同之处。 结果表明，与采用ER2209焊丝全程打根焊的焊接接头相比，采用ER2594焊丝打根焊焊接接头及其热影响区的铬含量提高了6%~10%，奥氏体相含量增加了6%~10%。增加，两相组织分布更均匀，力学性能和耐应力腐蚀性能好，腐蚀率降低95%左右，打根焊的耐蚀性优于母材。 因此，采用ER2594焊丝进行打根焊，可以有效解决2205双相不锈钢焊缝耐蚀性比母材差的问题。

关键词：2205双相不锈钢； 环焊缝； 显微结构； 机械性能； 耐腐蚀性能

CLC 编号：TG457.11 文档代码：A 文章编号：1001-4012(2022)07-0023-05

2205双相不锈钢是一种超低碳中合金奥氏体-铁素体不锈钢，属于第二代双相不锈钢。 结合了铁素体不锈钢和奥氏体不锈钢的优点，具有强度高、韧性好、焊接性能和耐腐蚀性能优良等优点，在化工、油气和化肥生产中得到广泛应用 [1] 。

焊接是2205双相不锈钢管的主要连接方式，焊缝的性能好坏将直接影响管道的使用安全。 焊接过程中固有的非平衡短时局部冶金现象使焊缝的组织和性能比母材差[2-3]。 研究表明[4]，合金元素、焊接工艺参数和固溶处理是影响焊缝组织和性能的主要因素。 李维维等[2]研究了线能对2205双相不锈钢焊接接头耐蚀性和韧性的影响； 史居延等[3]研究了固溶处理温度对2205双相不锈钢焊缝组织和韧性的影响。 通过优化焊接工艺参数和焊后固溶处理，2205双相不锈钢环焊缝的力学性能已达到甚至超过母材，但其耐蚀性仍比母材差。 仅靠优化焊接工艺参数和焊后固溶处理很难进一步提高焊缝的耐蚀性，因此改变合金元素的含量成为提高焊缝耐蚀性的必然选择。

笔者选用合金元素含量较高的ER2594焊丝进行焊接试验，并与ER2209焊丝进行对比焊接接头分类，研究焊接接头化学成分、显微组织、力学性能和耐蚀性的变化，以解决耐蚀性差的问题焊缝。 坏问题。

1 试验材料与方法

1.1 测试材料

试管为2205双相不锈钢管，规格为?114mm×5mm（外径×壁厚），其力学性能见表1，显微组织为α（铁素体）+γ（奥氏体），体积分数α相约占50%，无析出相。 试验使用的焊材为ER2209焊丝（直径2.4mm）和ER2594焊丝（直径1.6mm）。 , 和不锈钢和耐热钢电弧焊用焊条 - 分类要求。

1.2 焊接工艺

焊接采用钨极惰性气体保护焊（GTAW）工艺，全程选用ER2209焊丝焊接接头号为1号，打底焊选用ER2594焊丝焊接接头号，焊接2号接头选用ER2209焊丝进行热焊和盖焊。 焊接工艺参数见表3。两组焊接接头均采用V型坡口，钝边长度为1mm，双边坡口角度为60°，根部装配间隙为3mm，错位不超过0.5mm，全程99.99%氩气保护。

1.3 测试方法

采用OLS4100激光共聚焦显微镜检测焊接接头的显微组织、α相含量和析出相； TESCAN VEGA扫描电子显微镜（SEM）和自带的INCA-350 X射线能谱分析仪（EDS）分析焊接接头的化学成分； 使用UTM5305材料试验机进行缺口锤断裂试验。 样品的长度为 230 毫米，宽度为 25 毫米。 接缝端面中心锯槽，槽深3mm； 背弯试验采用WZW-1000弯曲试验机进行，试样长230mm，宽25mm，去除焊缝加强筋； 使用KB30BVZ-FA维氏硬度计进行维氏硬度(HV10)测试； 按照ASTM A923-2014双相奥氏体/铁素体不锈钢中有害金属间相检测标准试验方法C法，对焊接接头进行6%（质量分数，下同）FeCl3点蚀试验，试验温度为（22±1 )℃焊接接头分类，试验周期为24h； 根据ASTM G36—2013 Standard Practice for Evaluating Stress-Corrosion-Cracking Resistance of Metals and Alloysin a boiling Magnesium Cloride Solution，焊接接头采用四点弯曲法进行25%沸腾MgCl2应力腐蚀开裂试验，拉伸应力为标准规定的最小屈服强度的50%，试验时间为96小时； 使用KITE-R扫描电化学工作站，通过扫描振动电极技术（SVET）测量焊接接头根部焊缝，测试溶液为3.5% NaCl，针尖10μm Pt/Ir探针电极位于样品上方100μm并沿着垂直于样品表面的二维方向移动。 电极振动频率为70Hz，测量间隙为10ms。

2 试验结果与分析

2.1 化学成分和微观结构

1号和2号试样焊接接头根部焊缝纵截面EDS分析区域如图1所示，分析结果见表4。从表4可以看出，对比与1号样品的打根焊相比，#号打根焊的铬含量、镍含量没有明显变化。 图2和图3分别为1号和2号试样不同区域的显微组织形貌，金相检验结果见表5。从表5可以看出，与根部焊缝及其热相比较——No.11试样影响区（熔合线0.2mm以内）、No.试样根部焊缝及其热影响区（熔合线0.2mm以内）γ相含量。但与母材相比， 2号试样根部焊缝和热影响区γ相含量仍然较低，组织较大，分布较不均匀。

2.2 机械性能

1号和2号试样的力学性能测试结果见表6。从表6可以看出，槽锤断裂试验后断口未发现超标缺陷，槽锤断裂试验后未出现裂纹。回弯试验，维氏硬度低于300HV，接近母材硬度。 硬度略高（见图4），这是因为2号试样中合金元素的质量分数较高。

2.3 耐腐蚀

从1号和2号试样的焊接接头根部焊缝处取样，分别进行25%沸腾MgCl2应力腐蚀开裂和6%FeCl3点腐蚀试验。 结果如表7所示。从表7可以看出，与1号样品相比，2号样品的抗应力腐蚀开裂性能没有差异，两组样品经过处理后均未发生断裂。测试; 没有出现点蚀（见图5），但2号样品的腐蚀速率明显低于1号样品，下降率约为95%（见图6）。 采用SVET（Scanning Vibrating Electrode Test）对1号和2号样品的焊接接头根部焊缝进行纵向扫描，测试结果如图7和图8所示，其中：X轴代表纵向焊接接头方向，0表示熔合线，负值表示向焊缝方向扫描，正值表示向母材方向扫描； Y轴表示焊接接头横向，0表示根部焊缝中间，负值表示向内壁侧扫描，正值表示向外壁侧扫描，振动幅度不同。 超出根部焊缝； Z轴代表腐蚀电流，正值代表阳极电流，负值代表阴极电流。 从图7和图8可以看出，1号试样热影响区的腐蚀电流从2小时开始明显增加，10小时后焊缝和母材的腐蚀电流逐渐增加，说明腐蚀首先发生在热影响区，然后焊缝和母材逐渐腐蚀； 而2号试样从6h开始，热影响区腐蚀电流明显增加，12h后，母材腐蚀电流明显增加，而焊缝腐蚀电流仍然较低，说明热影响区区域首先发生腐蚀，然后依次是母材和焊缝腐蚀。 与1号试样相比，可以看出2号试样根部焊缝和热影响区的耐蚀性有明显提高，尤其是根部焊缝的耐蚀性已超过母材。

2.4 综合分析

从试验结果分析可以看出，与用ER2209焊丝焊接全过程相比，ER2594焊丝（打根焊）+ER2209焊丝（热焊加盖焊）组合焊接可以获得焊接接头根部焊缝和热影响区的化学成分。 铬含量增加6%～10%，γ相含量增加，两相组织分布更均匀； 力学性能无明显差异，缺口锤断裂、背弯、硬度试验结果正常； 根部焊缝及其热影响区抗应力腐蚀开裂性能好，腐蚀率降低95%左右，耐蚀性优良，焊缝耐蚀性优于母材。

2205双相不锈钢优异的力学性能和耐腐蚀性是由其特殊的相结构和相比决定的[5]。 焊接是一个短期而复杂的冶金过程，其对2205双相不锈钢焊缝组织和性能转变的影响也十分复杂。 从合金元素的角度，铬当量（wCreq）和镍当量（wNieq）表征了铁素体和奥氏体组织的稳定性，两者的计算方法分别如式（1）和式（2）所示 [5]

研究表明[5]，wCreq/wNieq比值越低，α相越少，γ相越多。 ER2209 和 ER2594 电极的 wCreq/wNieq 比率分别为 1.90 和 1.93。 可以看出，ER2594焊丝的wCreq/wNieq比值较高。 另外，从两种焊丝的化学成分对比可以看出，除了合金元素的明显差异外，ER2594焊丝的氮含量更高。 氮能显着促进γ相的形成，对提高不锈钢的力学性能和耐蚀性非常有效，并改善了铬、镍、钼在两相中的分布。 因此，在这两方面的共同作用下，氮的强化作用更加突出，使得ER2594根部焊缝γ相含量更加均匀、均匀，因此ER2594焊接接头也获得了良好的力学性能。 也证明了这一点。

双相和合金元素含量是影响双相不锈钢耐蚀性的关键因素。 当双相接近时，合金元素的含量决定了它的耐蚀性。 铬元素可以促进双相不锈钢的发展。 由于锻件淬透性不均匀，其韧性会比t/4位差。

2.7 样品制备和测试过程

落锤试验过程的具体参数为：试样在冷却介质中的过冷温度为1℃，试样保温时间为45分钟，试样离开冷却介质破碎的时间为7秒，试锤能量400J，均符合要求。 ASTM E208-20 标准要求。 为研究落锤试验试样制备和试验过程对试验结果的影响，制作了多组试样并进行了比较。 结果如表3所示。从表3可以看出，在相同的试验条件下，热处理时间为2 h的试样断裂发生波动； 热处理时间为24 h的样品没有断裂。

3 结论

(1)断裂试样堆焊中预裂纹焊缝焊接控制不稳定，导致试样热影响区过热。

(2) 断裂试样的取样位置较靠近中心，导致其性能较差。

(3)热处理时间对落锤试验结果影响很大。

(4) 不同位置多组试验结果波动较大，材料结构的不均匀性对落锤试验结果影响较大。

参考：

[1] 赵登志，穆振芬，刘志国，等． 核动力材料落锤试验研究[J]. 理化试验（物理量），1997，33（1）：23-26。

[2] 刘钊，朱锡斌，季洪林，等． 核电设备制造落锤试验影响因素[J]. 工程与试验, 2011,51(4):34-37.

[3] 郭阳，唐新华，邓胜杰，等． 焊接热影响区对SA508Gr的影响研究 3钢材落锤试验[J]． 焊接, 2018(7):24-28.

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