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【摘要】通过对双相不锈钢S31803的焊接性分析和焊接试验，在对其焊接接头和热影响区性能特点进行分析的基础上，确定了双相不锈钢S31803的焊接工艺。
【关键词】双相不锈钢；焊接性；析出相比例
一、前言
进入21世纪，S31803双相不锈钢作为一种新型不锈钢材料，以其优良的综合性能在石油、化工等行业得到越来越广泛的应用。这类钢综合了奥氏体型和铁素体型不锈钢两者的优点，具有良好的韧性、强度和焊接性。
笔者所在的公司于2014年9月与茁悦油气设备科技（上海）公司合作生产的海洋撬块项目中，其容器和管路部分采用的为S31803双相不锈钢，由于笔者所在的公司还没有双相不锈钢焊接方面的技术积累，因此要做焊接工艺评定试验。在查阅大量相关资料后，制定出相应的预焊接工艺规程，进行焊接试验，通过试验，最终确定了S30803的焊接工艺。
二、双相不锈钢S31803焊接性分析
S31803（22-5型）属于第二代含氮的超低碳双相不锈钢，与第一代双相不锈钢（18-5）相比，C的含量有所降低，同时增加了Mo的含量，加入了奥氏体形成元素N，促进了其焊接接头单相铁素体在冷却过程中形成适量的奥氏体，使两种组织趋于平衡，这样既改善了双相不锈钢焊接热影响区的塑性和韧性，又保证了双相不锈钢的抗应力腐蚀、点蚀的能力。S31803双相不锈钢中铁素体（F）组织的含量一般在40%～50%之间，其余为奥氏体组织（A）。其化学成分及力学性能见表1。
从上表中可看出，S31803中C、S、P等杂质元素含量较低，性能上又兼有铁素体不锈钢和奥氏体不锈钢的特点，所以其焊接热裂纹、冷裂纹的敏感性较差。
双相不锈钢焊接接头的性能与接头中奥氏体（A）组织和铁素体（F）组织的比例有很大关系，比较理想的情况是两种组织的比例接近1：1，此时接头性能基本与母材等同，因此制定其焊接工艺是围绕如何保证双相组织比例关系的平衡来进行的。由于焊接是一个快速加热、快速冷却的热循环过程，在焊接热影响区的过热区，温度在1150℃～1140℃区间时，会发生奥氏体向铁素体转变，过热区奥氏体含量大大降低，铁素体含量增加。在焊后冷却过程中，如果冷速过快，铁素体组织向奥氏体组织的相变就会受到抑制，从而导致冷却到室温的焊接热影响区铁素体含量过大；如果冷速过慢，有可能产生铁素体组织晶粒粗大和δ相析出，焊接接头的性能就会相应降低。因此要保证焊接接头的良好性能重要措施就是有效控制焊接接头的冷却速度。
三、S31803焊接试验
1、焊接方法
根据生产实际，既要保证焊接接头的组织性能又要考虑实际生产效率，我们采用钨极氩弧焊打底、焊条电弧焊填充盖面的焊接方法。
2、坡口形式
按照NB/T47014-2011相关要求，考虑到生产实际中用到的板材和管材规格在工艺评定中的厚度范围覆盖，决定用10mm厚度的钢板来做焊接工艺评定试板，坡口形式采用V型坡口，1mm钝边。组对间隙为2～3mm。试板坡口采用机械加工的办法完成，防止母材金属的氧化和铁离子污染。
3、焊接材料和保护气体
双相不锈钢焊接的最终目的是得到性能和母材相同的焊接接头，由于焊缝金属的凝固和冷却时间很快，所以选用的焊材化学成分和母材有所不同，Ni含量要稍高于母材金属，同时含有一定的N元素，以促进焊接热影响区高温下形成的铁素体组织冷却时向奥氏体组织转变。氩弧焊打底时我们选用的保护气为纯度99.99%的氩气，氩弧焊丝牌号为ER2209，焊条牌号为E2209-16。
4、焊接热输入的选择及控制措施
在上文对S31803焊接性分析可知，要想得到理想的焊接接头，重要的工艺措施就是控制焊接热影响区的冷却速度，本质就是控制焊接线能量。通过试验发现，焊接过程中焊接接头冷却速度控制在35～75℃/S，焊接热影响区奥氏体组织和铁素体组织析出相比例接近1：1。
氩弧焊打底时采用直流正接，加大保护气流量。焊条电弧焊时采用直流反接，采用多层焊，层间温度控制在150℃以下。盖面焊尽量一次完成以保证焊缝组织均匀。
四、焊接工艺评定
通过以上分析，对S31803双相不锈钢的特点以及焊接性有了比较具体的了解，在此基础上，制定出了S31803的预焊接工艺规程。焊接试板经由张家港市质量技术监督检验所进行力学性能和金相比例测定，达到了预期的效果。据此我们制定出了适合本单位生产实际的工艺规程。具体参数见表2，焊接工艺评定试板性能测试参数见表3。
五、结束语
通过以上焊接工艺评定试验，了解双相不锈钢S31803的性能特点和焊接特点，使双相不锈钢S31803容器和管道的焊接有了经评定合格的工艺做技术支持。如果长期大量生产双相不锈钢产品，还可以在氩弧焊保护气中加入3%左右的氮气，焊接效果更为出色。
以茁悦油气科技（上海）公司的项目为例，所焊接的520余道对接焊缝，经100%射线探伤，透照胶片的合格率在99%以上。
参考文献
[1]《焊接手册》 中国机械工程学会焊接分会编.机械工业出版社，2001年版
[2]《不锈钢焊接》 张其枢，堵耀庭编著.机械工业出版社，2000年版
[3]焊接工艺评定报告 PQR1415 一重集团苏州重工有限公司，2014年
【关键词】双相不锈钢；焊接性；析出相比例
一、前言
进入21世纪，S31803双相不锈钢作为一种新型不锈钢材料，以其优良的综合性能在石油、化工等行业得到越来越广泛的应用。这类钢综合了奥氏体型和铁素体型不锈钢两者的优点，具有良好的韧性、强度和焊接性。
笔者所在的公司于2014年9月与茁悦油气设备科技（上海）公司合作生产的海洋撬块项目中，其容器和管路部分采用的为S31803双相不锈钢，由于笔者所在的公司还没有双相不锈钢焊接方面的技术积累，因此要做焊接工艺评定试验。在查阅大量相关资料后，制定出相应的预焊接工艺规程，进行焊接试验，通过试验，最终确定了S30803的焊接工艺。
二、双相不锈钢S31803焊接性分析
S31803（22-5型）属于第二代含氮的超低碳双相不锈钢，与第一代双相不锈钢（18-5）相比，C的含量有所降低，同时增加了Mo的含量，加入了奥氏体形成元素N，促进了其焊接接头单相铁素体在冷却过程中形成适量的奥氏体，使两种组织趋于平衡，这样既改善了双相不锈钢焊接热影响区的塑性和韧性，又保证了双相不锈钢的抗应力腐蚀、点蚀的能力。S31803双相不锈钢中铁素体（F）组织的含量一般在40%～50%之间，其余为奥氏体组织（A）。其化学成分及力学性能见表1。
从上表中可看出，S31803中C、S、P等杂质元素含量较低，性能上又兼有铁素体不锈钢和奥氏体不锈钢的特点，所以其焊接热裂纹、冷裂纹的敏感性较差。
双相不锈钢焊接接头的性能与接头中奥氏体（A）组织和铁素体（F）组织的比例有很大关系，比较理想的情况是两种组织的比例接近1：1，此时接头性能基本与母材等同，因此制定其焊接工艺是围绕如何保证双相组织比例关系的平衡来进行的。由于焊接是一个快速加热、快速冷却的热循环过程，在焊接热影响区的过热区，温度在1150℃～1140℃区间时，会发生奥氏体向铁素体转变，过热区奥氏体含量大大降低，铁素体含量增加。在焊后冷却过程中，如果冷速过快，铁素体组织向奥氏体组织的相变就会受到抑制，从而导致冷却到室温的焊接热影响区铁素体含量过大；如果冷速过慢，有可能产生铁素体组织晶粒粗大和δ相析出，焊接接头的性能就会相应降低。因此要保证焊接接头的良好性能重要措施就是有效控制焊接接头的冷却速度。
三、S31803焊接试验
1、焊接方法
根据生产实际，既要保证焊接接头的组织性能又要考虑实际生产效率，我们采用钨极氩弧焊打底、焊条电弧焊填充盖面的焊接方法。
2、坡口形式
按照NB/T47014-2011相关要求，考虑到生产实际中用到的板材和管材规格在工艺评定中的厚度范围覆盖，决定用10mm厚度的钢板来做焊接工艺评定试板，坡口形式采用V型坡口，1mm钝边。组对间隙为2～3mm。试板坡口采用机械加工的办法完成，防止母材金属的氧化和铁离子污染。
3、焊接材料和保护气体
双相不锈钢焊接的最终目的是得到性能和母材相同的焊接接头，由于焊缝金属的凝固和冷却时间很快，所以选用的焊材化学成分和母材有所不同，Ni含量要稍高于母材金属，同时含有一定的N元素，以促进焊接热影响区高温下形成的铁素体组织冷却时向奥氏体组织转变。氩弧焊打底时我们选用的保护气为纯度99.99%的氩气，氩弧焊丝牌号为ER2209，焊条牌号为E2209-16。
4、焊接热输入的选择及控制措施
在上文对S31803焊接性分析可知，要想得到理想的焊接接头，重要的工艺措施就是控制焊接热影响区的冷却速度，本质就是控制焊接线能量。通过试验发现，焊接过程中焊接接头冷却速度控制在35～75℃/S，焊接热影响区奥氏体组织和铁素体组织析出相比例接近1：1。
氩弧焊打底时采用直流正接，加大保护气流量。焊条电弧焊时采用直流反接，采用多层焊，层间温度控制在150℃以下。盖面焊尽量一次完成以保证焊缝组织均匀。
四、焊接工艺评定
通过以上分析，对S31803双相不锈钢的特点以及焊接性有了比较具体的了解，在此基础上，制定出了S31803的预焊接工艺规程。焊接试板经由张家港市质量技术监督检验所进行力学性能和金相比例测定，达到了预期的效果。据此我们制定出了适合本单位生产实际的工艺规程。具体参数见表2，焊接工艺评定试板性能测试参数见表3。
五、结束语
通过以上焊接工艺评定试验，了解双相不锈钢S31803的性能特点和焊接特点，使双相不锈钢S31803容器和管道的焊接有了经评定合格的工艺做技术支持。如果长期大量生产双相不锈钢产品，还可以在氩弧焊保护气中加入3%左右的氮气，焊接效果更为出色。
以茁悦油气科技（上海）公司的项目为例，所焊接的520余道对接焊缝，经100%射线探伤，透照胶片的合格率在99%以上。
参考文献
[1]《焊接手册》 中国机械工程学会焊接分会编.机械工业出版社，2001年版
[2]《不锈钢焊接》 张其枢，堵耀庭编著.机械工业出版社，2000年版
[3]焊接工艺评定报告 PQR1415 一重集团苏州重工有限公司，2014年