焊接工艺对2205双相不锈钢焊接接头综合性能的影响

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1、本科学生毕业论文焊接工艺对205双相不锈钢焊接接头综合性能的影响黑 龙 江 工 程 学 院二一二年六月ThGraatio Thes for Bachelrs eeEfect o WeldingPrces o Thoeriesof oint of 205uplex Stinles elHeilogjiang InsttueofTchnolgy201206arbin33 / 37摘 要本文采用等离子焊(PA）打底+钨极氩弧焊（TIG）盖面和等离子焊(PAW）打底+熔化极氩弧焊（M）盖面两种焊接工艺及选用E9焊丝对A22双相不锈钢板进行了焊接工艺的对比的研究，通过对焊接接头金相组织、力学性能、耐腐蚀

2、性能的分析,确定了最佳焊接工艺参数；并分析了焊接线能量、焊接工艺方法和焊后热处理等对焊接接头组织及力学性能和腐蚀性能的影响。AW打底+TG盖面和PAW打底MIG盖面两种焊接方法获得的焊接接头的两相组织比都符合要求，采用较小焊接线能量的盖面法获得的焊接接头焊缝和热影响区的金相组织晶粒较TIG盖面法的小。通过SA2双相不锈钢板焊接接头的各种力学性能试验，结果表明两种焊接工艺下焊接接头硬度都符合要求；拉伸试验中断裂位置均发生在母材部位，表明焊接接头抗拉伸强度符合APIPEC 5LC标准LC65225要求；弯曲试验结果显示弯曲表面均无裂纹，说明两种焊接工艺下的焊接接头都具有良好的抗弯曲性能；夏比冲击试

3、验结果表明两种焊接工艺下试样的焊缝、熔合线和Z的冲击韧性都符合MA923标准要求.两种焊接方法获得的焊接接头的焊缝和热影响区的抗点蚀性均满足ATM 4标准要求。固溶处理的焊接接头的抗点蚀性比没有经过固溶处理的焊接接头的抗点蚀性好，即固溶处理有利于焊接接头抗点蚀性的提高。关键词：205双相不锈钢，PAW，TIG,16,力学性能，抗腐蚀性能ASTAT w ffrentweligocess o plsmaar weldin（PAW）+ugstenrcinets weldin（TI weling）ndpasm ac elding（PAW）+metlinrtiagaswelding(MG welding

4、)ithE209 ac wir er aplied to study the fect o weldeprcess SAF20 dulex saness steelTh optimm weig paeters ar ginacordin t the ieosructue，the mchacal poperties and the rroson resstance of the ont wledby te w dffren methds。T etofhea nput，pocessend he heattretmnt ater weldnd etc。n he microstructe,e mchn

5、icl propees ndthe cooin esstanceftheweldoin alsosudied. otPAW+TIG wldig ndPA+MIG weldi Can rah therequirements ofthe Westeastastranser poect，an compaed withG eldng,the ains of teoin weld by MG wihss htinpt schfiner。Though thetets o mchaical proertis，boh jointo AF 25 duplex stains stel welded byMIG o

6、 TIG cn reach the quiremnt of haressThe ratue ookplce in the bse meal durin the tnle test,ich indctedthat he tnil strengtof thejont i qualified;oackas bserved trough the bent，whih indie t the ndstregt is igh enh；it has ben mproed that thepac tougns o oh weldingsauionoe a HAZ can rachthe T A3cteia th

7、rouh th Charpytype test。ewords: 2205Duplexsailess steel，AW,TI MIGehanca poprties，crrosion rsitane目 录摘要ASTRACT第1章绪论11.1 本课题的选题背景11 双相不锈钢发展的历史及现状11 双相不锈钢的应用前景2.双相不锈钢焊接性及焊接材料1.4 焊接接头的冶金特性41。4。焊接材料和焊接方法61.课题研究目标和主要内容第2章 2205双相不锈钢焊接工艺实验82.1实验材料8。2焊接实验82.2.1焊接方法、材料和设备822.2 焊接工艺2.2。固溶处理试验9第章 205 双相不锈钢板焊接接头

8、力学性能检测和耐点腐蚀实验103.1金相组织观察与分析1032力学性能实验13。2。1硬度试验.2.夏比冲击试验33.2. 弯曲与拉伸性能试验53.3焊接接头的三氯化铁腐蚀试验153.4 本章小结15结论1参考文献致谢1附录第1章 绪 论1. 本课题的选题背景 双相不锈钢的焊接与奥氏体不锈钢的焊接比较，焊缝的热裂纹倾向低；与铁素体不锈钢的焊接相比较，焊接接头焊后状态的脆化程度低,而且热影响区(HZ）中单相铁素体相的粗化程度也较低。双相不锈钢焊接的最大特点是焊接热循环对焊接接头组织的影响。无论焊缝或是HAZ都会有重要的相变发生，这时焊件的性能，如塑性和耐腐蚀性都有很大的影响.因此双相不锈钢焊接的

9、关键是要使焊缝金属和焊接HAZ均保持有适量的铁素体和奥氏体组织双相不锈钢焊接的最大特点是焊接热循环对焊接接头组织的影响,因此，开展对AF22双相不锈钢管焊接工艺的研究，设计并评定最佳焊接工艺参数，保证焊接接头具有良好的力学性能和抗腐蚀性能也具有重要的学术价值. 近期，西气东输工程正在不断的进行着.在西气东输的源头克拉2气田向西气东输管道提供了8以上的气源，因此克拉气田内部集输管道工程的完成对西气东输工程至关重要。西气东输克拉2气田内部集输管道工程，是由中国石油天然气股份有限公司和以壳牌中国勘探开发公司为首的国际石油公司组成的联合体共同开发的根据塔里木油气介质条件的特点，克拉气田内部集输管道工程

10、选用ASTM$305牌号直缝焊接钢管作为内部集气干线和支线的输气管道.克拉2气田是西气东输源头的重要工程，因此保证其长期安全、稳定供气至关重要。一旦集气管道发生腐蚀穿孔或破裂，不具备其他气田的调节能力，必将影响向下游城市的供气，造成巨大的经济损失和严重的社会影响。因此开展AF2205双相不锈钢管直焊缝焊接工艺的研究，保证焊接接头具有良好的力学性能和抗腐蚀性能具有重要的现实意义。1.2 双相不锈钢发展的历史及现状 1927年Bin和Grfiths首先发现了双相组织,13年J.Hochmnn偶然发现提高奥氏体不锈钢中的含铬量不仅使钢具有磁性，而且提高了钢的耐晶间腐蚀性能。双相不锈钢的发展与应用开始

11、于0世纪30年代，法国在13年获得第一个专利。双相不锈钢已经发展了三代。第一代双相不锈钢以美国年代开发的329钢为代表,含高铬、钼,耐局部腐蚀性能好,但含碳量较高（O.)，因此焊接时失去相的平衡，沿晶界析出碳化物导致耐腐蚀性及韧性下降,焊后必须经过热处理,一般用于铸锻件，在应用和发展上受到限制.前苏联0年代发展了含稳定元素钛的082HMT铜,德国也有.482，法国有ranu50，英国有Ferraium25，日本在美国32钢基础上降碳，提出了39钢种，这些钢都可以作为可焊接的结构件使用.随后至60年代中期瑞典开发了著名的3R6钢,它是第一代双相不锈钢的代表钢种，特点是超低碳，含铬量为,焊接及成型

12、性能良好，广泛代替AISl304L,316用作耐氯离子应力腐蚀的材料，该钢的问题是在焊接热影响区易出现单相铁素体组织，导致耐应力腐蚀及晶间腐蚀性能下降。70年代以来随着二次精炼技术AOD和VOD等方法的出现与普及以及连接技术的发展,容易炼出超低碳(c.）的钢,同时发现氮作为奥氏体形成元素对双相不锈钢有重要作用:在焊接接头热影响区快速冷却时，氮促进了高温下形成的铁素体逆转变为足够的二次奥氏体以维持必要的相平衡，提高了焊接接头的耐腐蚀性；氮可以提高富氮奥氏体相的耐孔蚀能力，与富铬、钼的铁素体相取得平衡，提高了材料整体的耐孔蚀性能;氮能减轻铬、钼等元素在两相中分布的差异,降低选择腐蚀的倾向性.正是利

13、用氮元素的独特效果，以及钢中容易获得超低碳改进了第一代双相不锈钢的缺点，从而开创了第二代新型的含氮双相不锈钢,开发了新的应用领域. 如今世界双相不锈钢的年产量不是很高，约占世界不锈钢产量的1,但其年增长速率很快,自1990 年以来每年以17的速率增长。190 年年产量2. 万吨,到1999 年已达11 万吨。欧洲双相不锈钢的生产和应用较普及,日本也生产，美国其应用还不很普遍.从产量或市场占有量来看，第二代双相不锈钢中的S33 和SAF25(0Cr22N5M3N）牌号约占0.超级双相不锈钢约占13。从生产品种来看,热轧板约占1，主要用于制造焊管和容器，冷轧板约占14,无缝管约占 。1.3双相不锈

14、钢的应用前景 双相不锈钢的实用化已经有近三十年的历史，尤其是当代超低碳含氮双相不锈钢克服了焊接方面的一些问题，结合双相不锈钢所具有的耐局部腐蚀和综合力学性能好的一些优点，为焊接结构材料的大量推广应用创造了条件，近十几年市场销售量增加很快，加之随着超级双相不锈钢的步入市场，扩大了在一些苛刻介质中的应用，使双相不锈钢的应用范围不断拓宽，也积累了不少实际使用经验，为双相不锈钢的选用和新钢种的开发进一步创造了条件.这里简单介绍双相不锈钢在各个领域中的应用。（1）中性氯化物环境 双相不锈钢在加工工业中应用广泛，特别适用于有可能产生局部腐蚀的环境。在加工工业中经常使用含有少量氯离子的淡水作为冷却水，导致在

15、使用34L、316等奥氏体不锈钢时有时产生应力腐蚀破裂（SCC）的危险，而双相不锈钢恰恰可以代替常用奥氏体不锈钢解决这一问题，尤其适用于由孔蚀引起的应力腐蚀破裂的场合，因此可以说,在诸多的应用当中双相不锈钢在这方面的应用是首要的.(）炼油工业 这是双相不锈钢使用较多的领域之一,主要用在常减压蒸馏，催化裂化和加氢脱硫等装置。早在7年代采用鲁宁输油管线油的南京炼油厂和济南炼油厂在这一系统中就采用了OC8i5M03i2双相不锈钢，主要集中用于常减压塔顶衬里(或复合板)、塔内构件、常顶空冷器、减顶增湿空冷器等.(3）石油化学和化学工业 石油化学和化学工业腐蚀环境的特征是反应温度较高，介质中常含有高浓度

16、或中等浓度的氯化物，容易诱发不锈钢应力腐蚀破裂.在这一领域不仅使用双相不锈钢，更多的还要使用超级双相不锈钢,不过后者使用的时间还不长,需要进一步积累使用经验。（4）石油和天然气工业池 80年代以来双相不锈钢在酸性气和油的生产中用量逐渐增多，主要用作生产管衬里、岸上和近海的管道系统以及热交换器等，尤其是在天然气的生产中。（5)纸浆和造纸工业 双相不锈钢在纸浆和造纸工业中的应用已经有三十几年的历史了,3RE60钢最早就是在这一领域起步应用的.除3RE60钢外，其他如SHF25(UR5N)、UR47N（Or25N。5M0N）、UR2N+(OCri6M03。Cu)等都已获得了应用.主要是利用双相不锈钢

17、优秀的力学性能、耐磨损腐蚀和空泡腐蚀、耐腐蚀疲劳以及耐应力腐蚀等的特点。制造纸浆和造纸工业用的木屑预蒸器、间歇式和连续式纸浆蒸煮器，造纸压力滚筒机和回收设备等,都得到了良好的使用效果。（）化肥工业 随着双相不锈钢的发展,在尿素和磷肥工业中的应用逐渐增多。尿素工业中多用变形材，磷肥工业中多用铸件。针对双相不锈钢在尿素中的应用，日本开发了尿素专用双相不锈钢牌号P2,是含有微量钨和铜的Cr-7Ni一3MoN的超低碳钢，用于大中型装置上气提塔的气提管、高压冷凝器的冷凝管、高压分解塔的分解管以及输送管道等。7)海水环境 海水是自然环境中腐蚀性最强的一种介质,尤其是在金属表面黏附有微生物层时，使其腐蚀电位

18、增加，因此也增加产生了孔蚀和缝隙腐蚀的危险性。对于热海水介质,微生物层的增厚会导致海水热交换器的热效率损失.早在70年代F1本就开始使用329J1和NTK R(OCr25Ni5Mo。52.5含或不含N)的钢制造化工厂用或船用海水热交换器或海水冷却器管束。(）能源与环保工业 北美、欧洲和日本等国家为了减少发电厂煤的燃烧对大气造成的污染，防止酸雨,自80年代末期广泛采用GD（烟气脱硫)法脱去燃烧气体中的硫。GD装置中的一些重要部件，如容器、风扇叶片、搅拌器、泵、阀和离心机等就是用双相不锈钢制备的，以防止氯化物腐蚀和防止苛刻的磨粒磨损和泥浆的密损腐蚀。(9）轻工和食品工业 在这一领域中多使用低牌号的

19、Crl8型和Cr22型双相不锈钢,国内主要用在盐化工装置上，国外多用在食品工业上。由于OOCr8Ni503S钢在中性氯化物溶液中有较好的耐孔蚀和缝隙腐蚀的能力,利用这一特点，国内开发了该钢在真空制盐和盐硝联产装置上的应用。双相不锈钢用于大型真空制盐装置国内已有成熟的经验.国外将3RE钢用于人造奶油冷却器的盘底n7,用SA25钢用于制造植物油热交换器的管束。（10)高强度结构件 双相不锈钢具有比奥氏体不锈钢更高的强度,许多欧洲国家利用双相不锈钢的高强度特性将其用于醋酸、羰基化工艺生产过程中的压缩机与反应器之间的连接管道系统.1.4双相不锈钢焊接性及焊接材料1。1焊接接头的冶金特性（1)焊接HAz

20、的组织转变 双相不锈钢的焊接HZ 按承受的焊接热循环峰值温度的高低通常分为高温区（THAZ）和低温区(LTHAZ）,前者位于铁素体溶解度曲线至固相线这一温度范围（对大多数商业牌号为250熔点)，几乎为单相铁素体组织，后者基本处于两相的平衡区4。双相不锈钢焊接时焊接HAz所受到的峰值温度从焊缝熔合线的固相线温度到室温是连续变化的，焊接HAz的组织也是由与之相对应的连续渐变的显微组织梯度所组成，尤其在单相铁素体的高温段HAZ宽度极窄的情况下,要研究其重要的组织转变特征和作出性能评定是相当困难的，因此，往往采用焊接热模拟试验。在模拟的试样上再现焊接HAZ某处的焊接热循环,复制该处的组织以及进行一些性

21、能试验来进行研究。采用一次焊接热模拟试验来再现单道焊接的焊接H的组织,采用二次焊接热模拟试验以期再现多层焊接的焊接HZ组织。图1.1示出OOCr25M3NiN型双相不锈钢的焊接热模拟循环曲线,曲线1为手工单道电弧焊热循环曲线，模拟的焊接HAZ简称为HAZl,曲线12（曲线2）模拟多层焊接HAZ的组织，简称HAZ。经检验,HA2的组织与多层焊HAZ的组织吻合.图1。1 OCrM03NN型双相不锈钢的焊接热模拟循环曲线 采用焊接热循环加热一水淬法02固定焊接HAZ的高温组织。发现峰温不小于1280时，所研究的OCrl8Ni5MS2钢在这一区域的组织为等轴晶纯铁索体组织,晶粒粗大证明即使在快速的焊接

22、加热情况下（室温峰温约5s)奥氏体相亦能全部转变成铁素体,长大成等轴状粗大的晶粒。HTZ从峰值温度冷却时和加热时不一样,部分铁素体会转变成奥氏体，由于焊接热循环的冷却段经过相变区的时间小于0s。从反应动力学看转变难以达到平衡。HTAZ的两相比例主要取决于钢的成分,但在成分确定后，焊接参数，如线能量、冷却速度、层间温度等都有重要的影响。LTAZ距焊缝熔合线较远，焊接参数主要影响金属间相的形成，对于高合金的超级双相不锈钢这是首先要考虑的问题，当然,极慢的冷却速度也会使较低合金成分的双相不锈钢受到影响.（）焊缝金属的组织转变 双相不锈钢焊缝金属为铸态组织，属于铁素体凝固模式，一次凝固相为单相铁素体。

23、高温下铁素体相的高扩散速率得以使合金元素快速均匀化,容易消除凝固偏析，即使少量的镍、钼元素显微偏析对于奥氏体相的形成也无较大影响。”。焊缝金属从熔点冷却至室温时,和焊接AZ的高温区转变一样,部分铁素体会转变成奥氏体，两相的平衡数量和Qy比值的大小无论对焊缝的抗裂纹能力,或是对焊缝的力学性能和耐腐蚀性能都有重要影响.焊缝金属冷却时，在60000”温度范围，有时也还会有O相等金属间相,二次奥氏体(：）的析出,这与填充金属的成分、焊接参数线能量等有关。1.4.2 焊接材料和焊接方法（1）焊接材料对于含氮的双相不锈钢和超级双相不锈钢的填充材料通常采用比母材高的镍和母材相同的氮含量,以保证焊缝金属有足够

24、的奥氏体量。对于焊条电弧焊，根据耐腐蚀性、接头韧性的要求及焊接位置,可选用酸性或碱性焊条。采用酸性焊条时，脱渣优良,焊缝光滑,接头成形美观，但焊缝金属的冲击韧度较低，与此同时，为了防止焊接气孔及焊接氢致裂纹需严格控制焊条中的氢含量。当要求焊缝金属具有较高的冲击韧度，并需进行全位置焊接时应采用碱性焊条.另外,在根部封底焊时,通常采用碱性焊条1。（2）焊接工艺方法 双相不锈钢因受自身的冶金特性的制约，在选择焊接方法时应遵循如下原则：避免使用过低或过高的焊接线能量（热输入）.过低的线能量会使奥氏体相析出大量减少,甚至形成纯铁素体组织,工艺和使用性能大幅度降低。因此，电子束焊应避免采用。过高的线能量会

25、使焊缝金属和HTHAZ晶粒粗大，韧性下降.除电渣焊不能采用外,埋弧焊在使用上也将受到限制。适宜使用多层焊。采用多道焊，合理控制线能量以及层间温度，这样后一道对前一道起到了固溶处理的作用，可以使更多的奥氏体析出，保证焊接热影响区的性能.在焊接方法的选用上应考虑满足多层焊的要求:多道次和低熔敷率。双相不锈钢常用的焊接方法是手工电弧焊和钨极氩弧焊两种.手工电弧焊适用于全方位的焊接，通用性和灵活性较好，是简便易行、大量使用的方法。就双相不锈钢而言，钛型（金红石型)药皮焊条比碱性焊条的焊接性要好,前者有良好的脱渣性，尤其对管子根部焊道的脱渣有利,但是对焊件的低温力学性能有要求时,尤其是韧性，仍需要考虑采

26、用碱性焊条.为防止产生气孔，焊前焊条需经2350、2h 的烘烤，或者采用超耐湿焊条。钨极氩弧焊通常用于管接头的根部焊道，或用于管道的自动焊接，也常用于薄板或管和管板接头的焊接。此方法能保护焊件有很好的力学性能。通常采用纯r或Ar%2作为保护气体,在单面焊双面成型焊接时，不论采用何种接头形式,背面保护气体（根气)都是必要的,通常采用纯Ar或r%N2。1。5课题研究目标和主要内容本文针对2205 双相不锈钢板进行了两种焊接工艺的比较研究，以焊接接头最佳相比例（铁素体的含量约为50%）和各项性能兼顾的原则，从大量的2205 双相不锈钢板焊接工艺参数试验结果中比较筛选出最佳的焊接工艺参数，然后将其运用

27、到2205双相不锈钢管的焊接中进行试验，最终得到满足SF2205 双相不锈钢管焊接要求的等离子焊（PA)打底+钨极氩弧焊(TI)焊盖面焊接工艺。试验中首先采用等离子焊（PAW)打底+钨极氩弧焊（TI)盖面和等离子焊(PA）打底+熔化极氩弧焊（MI）盖面两种焊接方法，综合考察多种因素，如焊接电流、电弧电压、焊接速度及混合气流量在双相不锈钢焊接中的作用,最终选择双相不锈钢板焊接的最佳工艺，得到具有合格相比例的的焊接接头，并且对2205 双相不锈钢板焊接接头的各项力学性能和耐腐蚀性能进行检测，保证焊接接头具有优良的力学性能和耐腐蚀性能，并对焊接得到的双相不锈钢管焊接接头的金相组织、两相比例、各项力学

28、性能和耐腐蚀性能进行了详细的检测，保证焊接接头的各项性能满足各项标准要求。第2章2205双相不锈钢焊接工艺实验2。1实验材料试验用的母材为太原钢铁公司生产的220双相不锈钢，其化学成分和力学性能见表21和表2.2,将板加工成16mm2 的试板，坡口0。，钝边 m，平板对接，试验中使用的保护气体为氩气加%的N2。表21 25 双相不锈钢的化学成分（质量分数，%）表22 205 双相不锈钢的力学性能2焊接实验2.2。焊接方法、材料和设备 试验选用的方法为:等离子弧焊打底+TI焊盖面和等离子弧焊打底MIG焊盖面两种焊接方法。双相不锈钢的焊接目标是使焊缝和热影响区的韧性、塑性和耐腐蚀性能与母材相同,所

29、以对于225双相不锈钢，选用的焊接材料的化学成分与母材不能相同，其镍含量要高于母材金属，因为焊接过程中焊缝金属凝固和冷却时间很快，如果焊缝金属的化学成分与母材相同,在高温状态下形成的铁素体组织就来不及同母材那样在 050100保温并水淬处理,发生部分铁素体组织转变成奥氏体组织的过程J,因此试验中盖面选用的填充焊丝为20(咖。6 )焊丝。试验中使用的等离子焊机为LN0LNDc600型等离子焊机，TIG焊盖面使用的焊机是IoLN Dc00型焊机，MIG焊盖面使用的焊机是Y一5R2GE型焊机。2.。2 焊接工艺 2205双相不锈钢焊接接头的韧性和耐腐蚀性能是该钢种焊接的关键影响因素，只有制定严格的焊

30、接工艺，才能保证该钢优良的焊后使用性能。在225双相不锈钢焊接时,通过采用多道焊,合理控制热输入以及层问温度，这样后一道对前一道起到了固溶处理的作用，可以使更多的奥氏体析出,保证焊接热影响区的性能3.78J。焊接时电弧保护气体和背部保护气体按焊接接头对耐蚀性的要求来选择。大多数情况下，纯Ar保护的效果是令人满意的。双相不锈钢材料中的N可以增加奥氏体相的比例并使其稳定,从而使焊缝具有良好的性能，但是2205双相不锈钢焊接中焊缝表面的N损失是不可避免的,所以在焊接25双相不锈钢时必须防止N2损失.最常见的防止N损失的方法是使用含N的保护气体,试验显示在氩气中加2的2：效果是最好的。使用Ar+2N2

31、作为保护气体，不仅可以避免表面层焊缝金属的N损失,而且可以更进一步促进焊缝中奥氏体的生成。通过多次试验得到最佳的焊接工艺参数见表2。表23 焊接工艺参数2.2.固溶处理试验 将部分需要固溶处理的焊件加热到l 05,保温。5h后以大于25/s的冷却速度快速水冷。将固溶处理过的焊件制成试样，依据各项检测标准进行力学性能试验，检测其金相比例、硬度、抗冲击性能及抗弯曲拉伸性能和抗腐蚀性能.第3章220 双相不锈钢板焊接接头力学性能检测和耐点腐蚀试验 205双相不锈钢具有优良的力学性能和耐腐蚀性能,而20双相不锈钢的焊接的目的就是要保证焊接接头的具有和基体一样或者接近的力学性能和耐腐蚀性能,因此对焊接实

32、验获得的2205双相不锈钢焊接接头进行各项力学性能检测和耐点腐蚀试验是必需的.1金相组织观察与分析 焊接完成后检查焊接接头，焊缝表面无咬边、气孔、未熔合等缺陷。对焊缝进行x射线检测,结果显示焊缝内部无气孔、夹渣、未熔合等缺陷,质量满足要求.用线切割在焊接试件的焊缝、热影响区和基体部位分别取样制成金相试样，采用王水浸蚀金相试样，用JL一02立式金相显微镜观察焊接接头的焊缝、热影响区和基体的微观组织,并用30型铁素体测定仪对焊缝、热影响区和基体进行铁素体相数量测定。图3-1所示为焊缝金属的金相组织：奥氏体(黑色相）+铁素体（白色相）。可以看出，焊后不经过固溶处理的试件焊缝组织中的奥氏体大部分在铁素

33、体的晶界处形成，有一小部分在铁素体的晶内析出，而经过固溶处理的试件焊缝组织中奥氏体在铁素体的晶界处形成,晶内奥氏体的析出很少。从图中还可以看出,经过固溶处理的试件焊缝晶粒比没有经过固溶处理的细小。l 50固溶处理使铁素体中的N、Ni成分均匀化，奥氏体不易在铁素体晶粒内形核，因此固溶处理后铁素体晶内奥氏体的析出很少。用铁素体测定仪分析两相比例,结果显示，经过固溶处理的焊缝组织中奥氏体含量平均为6（TIG焊盖面)，7%（MIG焊盖面），而没有经过固溶处理的焊缝组织中奥氏体含量平均为54.9(TIG焊盖面）,1。1(G焊盖面）。比较两种焊接方法，可以看出,采用较小热输入量的MIG焊盖面获得的焊缝组织

34、晶粒较小，这是因为高的热输入量会促使晶粒长大。有些论文中提到热输入量过小导致冷却速度过快，焊缝和热影响区奥氏体来不及充分析出,会使焊缝和热影响区中的铁素体和氮化物含量过高降低抗腐蚀性和韧性。图32为热影响区的金相组织，从图中可以看出,经过固溶处理后的热影响区晶粒明显小于没有经过固溶处理的试件，这说明固溶处理过程中奥氏体的重新析出过程会使铁素体的晶粒变小。用铁素体测定仪分析两相比例，结果显示经过固溶处理的热影响区组织中奥氏体含量平均为53。%(TG焊盖面）,.8%(MI焊盖面）,图3。焊缝组织(a) TIG盖面焊后不固溶处理 (b) TIG盖面焊后固溶处理 (c) MIG盖面焊后不固溶处理 (d

35、) IG盖面焊后固溶处理图32热影响区金相组织(）IG盖面焊后不固溶处理 (b)TIG盖面焊后固溶处理 (c）MIG盖面焊后不固溶处理 （d）MIG盖面焊后固溶处理而没有经过固溶处理的焊缝组织中奥氏体含量平均为。（rIIG焊盖面)，47（MI焊盖面）.比较两种焊接方法，可以看出MIG焊盖面获得的热影响区组织晶粒较小。图3。3及图3.4为基体的金相组织，从图中可以看出,固溶处理前后的基体组织没有发生明显变化。图3焊后不固溶处理基体组织图3焊后固溶处理基体组织3.2力学性能实验2。1硬度试验根据B/650,用M400-H1 型显微硬度计载荷25g，测定了4 组焊接接头焊缝、热影响区和母材三个区域的

36、的显微硬度,测试点位置见图35，硬度试验结果见表-。从表3-6中可以看出采用两种焊接方法,焊后进行固溶处理与不进行固溶处理得到的焊接接头的各区硬度均V35(约HB290),全部达到ASM205和AI PEC 5 L65220 标准的要求.另外可以看到在固溶处理后焊接接头的硬度有了少量的提升,其原因是经过固溶处理后晶粒得到细化,使硬度提高的原故。同时发现在整个焊接接头中，其硬度的几个峰值均出现在焊缝区，经分析可能的原因是，由于使用的焊丝是209 双相不锈钢焊丝,它的 含量要高于母材，所以焊缝区由于 含量的提高而硬化形成了硬度的峰值。图3.5 焊缝维氏硬度测试点位置示意图表3。6 焊接接头硬度测试

37、结果2。2夏比冲击试验 冲击试件加工成5 mm1 55 mm的V形缺口试样,对焊接接头的焊缝、热影响区和熔合线+5mm处进行室温与一4的低温冲击试验，其结果见表4。依据AsM A923标准要求焊接试件在一40最小冲击吸收功为5,从表4中可以看出两种焊接方法焊接的2双相不锈钢均符合标准要求.比较表4中四种工艺,可以看出经过固溶处理的焊接试件的冲击性能高于没有经过固溶处理的焊接试件，这是因为在1050保温后水冷可以促进奥氏体的析出，同时消除脆性有害相盯相,恢复焊接试件的韧性，尤其是热影响区的韧性旧J。比较两种焊接方法可知，采用MIG焊盖面得到的试件抗冲击性优于TIG焊盖面得到的试件,这与晶粒的大小

38、有关,晶粒细小的组织冲击性能更好.图为焊接试件焊缝冲击断口，将图6a与图b比较,图6e与图6d比较可以看出,经过固溶处理的试件晶粒细小，韧性优于没进行固溶处理的试件,其断口韧窝多而小。比较两种焊接方法可以看出，MIG盖面获得的试件韧性比TIG盖面获得的试件韧性好。图7为焊接试件熔合线处的冲击断口,将图7a与图7b比较，图7与图7d比较可以看出，没有进行固溶处理的试件晶粒粗大韧性较差，经过固溶处理的试件晶粒细小韧性优于前者.比较两种焊接方法可以看出，rIG焊盖面获得的试件晶粒较MIG焊盖面获得的试件晶粒粗大,MIG焊盖面焊接试件以韧性断裂为主,这主要是因为在MI焊盖面过程中的热输入较小，晶粒细小

39、,韧性大，冲击性能好。图6焊接试件焊缝冲击断口(a) TI焊盖面焊后不固溶处理（ b)TG焊盖面焊后固溶处理(c）G焊盖面焊后不固溶处理(d）MIG焊盖面焊后固溶处理图7焊接试件熔合线冲击断口(a) TIG焊盖面焊后不固溶处理(b)TIG焊盖面焊后固溶处理(c)MG焊盖面焊后不固溶处理（d）I焊盖面焊后固溶处理3.2。3 弯曲与拉伸性能试验 根据GB/22802，在WE一1000万能试验机上进行拉伸性能试验;根据GB6389，在z一3万能试验机上进行弯曲试验，d=40mm，n=180。依据AIsPc LC52205标准，要求焊接试件在室温下尺。620 MP，A25。试验结果显示,4种工艺获得的

40、试件乩值在560570 a之间，R。值在753 MPa之间，断面收缩率在2%一30.5%之间，试样均断于母材.由此可知,采用4种工艺焊接的2205双相不锈钢的抗拉伸性能完全符合标准要求。比较试验结果的尺乩值与月.值发现，经过固溶处理的焊接试件与没有经过固溶处理的焊接试件的拉伸试验数据相差不多,两种焊接方法不同,对焊接试件的抗拉伸性没有太大的影响，这是由于拉伸试验中试件均断于母材,固溶处理对母材的影响不大。弯曲试验结果显示，正弯、背弯均合格.3. 焊接接头的三氯化铁腐蚀试验 试样尺寸为2 10 2 m,试验按ASTG48标准在6%的Fecl，溶液中浸泡 ,H=13,试验温度为(221），腐蚀试验

41、前后对试样称重，计算平均腐蚀率。表5为焊接接头的平均腐蚀率。按AsTM G48标准要求腐蚀率不应超过10dd腐蚀率（md)=失重（m）试样面积（2）时间（天数)。试验结果显示,4种工艺获得的焊接试件焊缝、热影响区及基体金属耐三氯化铁腐蚀性能均符合标准要求.从表5结果看，焊后进行固溶处理的焊接试件其抗点腐蚀性能更优。 本章小结（1） 两种焊接方法得到的焊接接头在焊缝、熔合线和熔合线5mm处的冲击韧性都符合AM 92 要求.没有经过固溶处理的焊接接头中,MI 焊盖面的冲击韧性优于TI 焊盖面的。经过热处理的焊接接头的冲击韧性要好于没有经过热处理的焊接接头;（)两种焊接方法四种工艺得到的焊接接头拉伸

42、试验结果显示断裂位置均发生在母材部位,符合焊接接头抗拉伸强度要求.所有弯曲试样弯曲表面均无裂纹,表明四种工艺下的焊接接头都具有良好的抗弯曲性能;(） 两种焊接方法得到的焊接接头的硬度均HV3(约HB9），满足ASTMS220 和PI SEC5LL65205要求.经过固溶处理后,焊接接头的硬度有小幅度的上升,整个焊接接头中硬度的峰值出现在焊缝处；(4) 两种焊接方法获得的焊接接头的焊缝、热影响区组织的抗点腐蚀性能均小于1md，满足STM G48 标准要求.两种焊接方法得到的焊接接头的抗点腐蚀性能相差不多，采用G 焊盖面的焊接接头的抗点腐蚀性能稍稍高于采用TIG 焊盖面的焊接接头.固溶处理的焊接接

43、头的抗点腐蚀性能比没有经过固溶处理的焊接接头的抗点腐蚀性能好，说明固溶处理有利于焊接接头抗点蚀性的提高。结 论1。 针对25双相不锈钢板采用229 焊丝进行了PAW打底+TIG 盖面和PAW打底MIG 盖面两种焊接工艺的试验,在保证焊接接头奥氏体和铁素体两相比例和其他各项性能的前提下,从大量的焊接工艺参数结果中筛选出最佳的焊接工艺参数，并进行了重复验证试验，最终得到满足相比例要求的PAW 打底+G盖面和AW 打底+MIG 盖面两种焊接工艺；2。 对AW 打底+G 盖面和PW打底+MG 盖面两种焊接工艺获得的焊接接头的显微组织进行了观察和比较。两种焊接方法获得的焊接接头的两相比都符合ATM322

44、0 和API SPC5LC LC5205 要求，采用较高焊接热输入量的TG 焊盖面获得的焊接接头焊缝和热影响区的显微组织颗粒较MG 焊盖面的大，经过固溶处理也不能完全消除热输入量大而使晶粒粗大的影响;3 夏比冲击试验结果表明两种焊接工艺下得到的焊接接头的焊缝、熔合线和母材在室温和40的冲击韧性都符合ASM 923 要求。固溶处理后的焊接接头的抗冲击性优于没有经过固溶处理的焊接接头；在固溶处理前采用较小线输入量的I 焊盖面得到的焊接接头比TIG 焊盖面得到的焊接接头抗冲击性要好一些; 通过对最佳焊接工艺参数下施焊的220 双相不锈钢板焊接接头的各种力学性能试验，结果表两种焊接工艺下焊接接头硬度都

45、符合ASTM S2205 和APISPCLLC652205 要求;拉伸试验中断裂位置均发生在母材部位,表明焊接接头抗拉伸强度符合要求；弯曲试验结果显示焊接接头弯曲性能良好；5.两种焊接方法获得的焊接接头的焊缝、热影响区组织的抗点腐蚀性均满足M48 标准要求。采用MIG焊盖面的焊接接头的抗点腐蚀性能稍稍高于采用TI 焊盖面的焊接接头；经过固溶处理的焊接接头的抗点蚀性比没有经过固溶处理的焊接接头的抗点蚀性好；参考文献 金晓军.双相不锈钢管道焊接质量控制和安全评定的研究D。天津大学博士论文，201.2 吴玖双相不锈钢M。北京:冶金工业出版社，199:13。 NicolsJ。M, Croin Pper

46、tof DuplxStanlss Stls: General Corrosio，Pitting and CrevicCorrosonR。 Duple Stilss Steels 94。 199.Crle J, nf。 Proc.uplex Silss steels 91， Beaun, Ls diisde phsiq,19： 3-。5 Bain E.C, Grifits E： Intodtion to te rn-hrmium-NicelJ Aloys， Trans。AIM。 12（75):16-21.6Weibull . Mat.Des，97。（1): 35。7 Joll Plletine

47、du Cercl d Etude des Mtax, 973。 12(5）： 317. 吴玖，韩怀月。中国双相不锈钢的前景与展望J,不锈通览，2002： 17.9孙长庆。双相不锈的发展、性能与应用J，化工设备设计，1998， （)： 4651。10 杨秀倬。0C18i5M3S 双相不锈钢在炼油工业中的应用C。魏振宁,吴玖双相不锈钢论文集。北京：冶金工业出版社，192: 21。11 吴玖，姜世振,张宝林等.双相不锈钢应用C.魏振宁，吴玖双相不锈钢论文集.北京:冶金工业出版社,992: 25， 2112Nols JM。 AB adven Steel, S81 81 Sandviken, wee，1

48、993, 1.13 陆世英，王增欣等。不锈钢应力腐蚀事故分析与耐应力腐蚀不锈钢M。北京：原子能出版社,8： 23， 26, 321.14 张建勋，李为卫等。2205 双相不锈钢焊接热影响区热模拟组织与冲击韧性J焊管，2006， 29(5）， 224。15赵海鸿，祁励春.0r22Ni5Mo3双相不锈钢焊接工艺研究J焊管，0， 31（1）,29326 李为卫，刘亚旭,赵新伟等.线能量对205双相不锈钢焊接接头耐蚀性和韧性的影响J热加工工艺，2005(5）， 23-2.17何德孚，曹志，蔡新强等。焊缝金属中的二次相析出及对双相不锈钢焊管性能的影响J.焊管,205，8（6): 1420。1 刘育琴。热

49、处理对超低碳双相不锈钢性能的影响J.上海钢研9（3）， 5。1 李为卫，宫少涛,熊庆人等.2205双相不锈钢的焊接性及焊接技术J。热加工工艺。3（3）200， 3638.20 刘俊龚,霍立兴，金晓军等.焊接工艺对SAF205管道焊接接头组织和力学性能的影响J。焊管2()，2004 20-24。1 李尚周. 2双相不锈钢MI焊接研究J.焊接学报。156(16）, 874。2张德康.不锈钢局部腐蚀M.北京:科学出处社，192： 13 侯锐鹏，任万里热处理对25双相不锈钢耐腐蚀性能的影响。山西冶金,2004，3, 24-5。2 陆卫东,乐平等00r22NiMo3N双相不锈钢的组织分析J热处理.008

50、， 23(）：37-4625宋志刚，陈斌等。固溶温度对0Cr22Ni5Mo3N组织及性能的影响J钢铁研究学报。2004, 16(4):75026 吴忠忠，宋志刚，郑文杰等.固溶温度对超级不锈钢02Ni74N组织和性能的影响.特殊钢。206, 7()： -13致谢随着我毕业论文的完成，我在黑龙江工程学院材料与化学工程系四年的大学本科学习也即将结束。在这四年里我无论是在专业知识还是人生态度上都收获了许多。在这期间我自己固然付出了辛苦与汗水，但在成功的背后却有着许多关心我的老师和同学的无私帮助与支持，在这里我要向他们致以衷心的感谢！首先，我要衷心的感谢我的指导老师王国星老师！在我的专业学习及毕业课题

51、研究期间,他给予我无私的帮助和指导,从毕业课题的选题、研究方向的确定，到论文的最后完成,这一过程无不包含着王老师的心血.王老师在学术上和生活上都使我受益匪浅，在思维方式的培养、解决问题的思路与方法方面，他指引我进入了一个全新的世界，给了我很多有益的启发，不仅使我在学习及课题研究方面积累了宝贵的经验，而且拓宽了我的视野，开阔了我的思路.王老师渊博的知识、严谨的治学态度以及为人师表、乐观向上的人生态度,永远值得我敬佩！其次,我还要特别感谢材料化学教研室的实验室的诸位老师.各位老师在我撰写论文的过程中给了我很多宝贵的意见，使我受益匪浅.在我试验过程中给予了热情的帮助。不仅对试验器材的使用与基本操作严

52、格要求我，使我改正了以前的许多错误操作,更重要的是在试验过程中我遇到了自己难以解决的问题,主动帮助我分析找出问题的症结。再次,我要感谢黑龙江工程学院，给了我们这次学习和展现自己能力的机会；同时，我还要感谢材料与化学工程系的全体老师,正因为有了他们往昔辛勤的劳动，才有了我们今日如此良好的实验条件和学习环境。总之，感谢所有关心帮助过我的老师,同学,亲人和朋友们！附 录FniteElent Anaysis f odeling Resiul StrssDsributinin posiion Dulex Stainless tee Welded PpeXiaj， JIN，LixingHU,ufeg ZH

53、NG，Xawe LIand JnCA On ebis of the terml.elastlasic theryredimsion iite lment umercal simuatiois eromedon the girhweldd riduaI stresse ofthe dupex sinles tee pip t ANSYSnnliner nt elmentrogramo thefi rst tieThreeimensnaI FEM uig obie heat surc franaly transin tempeturefild anwelngtressfied nircufrent

54、iaioint oipes s foundedDistrbutons of axial d hoop riduIresss ofthe ioitar investigateThaxiI and h oop resuaItres at th ld ndweld viciity on inner surfa f ppeare nsieand tey are gradualytrafrre inocpresive ithh icraseo he departu from th weleaxiaIresid strsseat h wld ndwl viciiy o outersufc ofpieis

55、cmpesie hle the hop one is esile。The distrion f rsduaI sress compared positive-crcle ih netivecircshowdistinct symry.Tes results poide thoeicaI knowldge forheopimizaton of rocess and the contrl of wldng residual strsseKE WDS：Duplex stnesstel pip，Residltress，Finite elemt，Numeri imulain1Introducton Du

56、lexstainless sees（DSS)，such aS 2205，conang astenite adferie，ombne the oughness nddablty f usnite ih the stregth，corroson esnce，and stesorrio racking(SCC)retance of ferritet“。cuse of thir gd ersio，cavittion,stess corsionacig ad rrsnaigue esistanceespeially n chlorke-contanngsouons。dulex ailess steel

57、pipes arwdely used ntetoleuminustr an，moreparticularly.orumaeas，oil lisan theotishee applicatons servcebehvir twldmts maye sriouslyffecte bresidua stress from th insllation.The presn a residul sres feld i a elded trcturei well kow.Itoigintes in te hihl nonuniformempatue il arounthe wel ol，ducing lar

58、 10cl platic stani the soidifid wed metal an theheaafecte on。In hese reion。esidal stresses of magnituds in evelwithhe i strength r ofefoud Fr example.a aretensile aaresualstes in he he affected zne fHAZ)atth iner surace ofatinlesstelpie is eieveto ne of the ftorrsposibe fointergraula trs oosonrackst21Du to the oexity an tdm inoledn heeasuremet