（中国能源建设集团东北电力第一工程公司有限公司）
一、2205双相不锈钢简介
1.1 2205双相不锈钢理化性能简介
双相不锈钢2205是第二代双相不锈钢，也称为标准双相不锈钢，成分特点是超低碳、含氮。2205双相不锈钢是目前应用最为普遍的双相不锈钢，该钢具有高强度、高抗疲劳强度、低温韧性、耐孔腐蚀性、对应力裂纹不敏感等优点，广泛应用于海洋工程、化学工程领域的大型容器、管道。2205双相不锈钢与奥氏体不锈钢相比具有较好的力学性能、耐蚀性及价格优势。
菲律宾马利万斯电厂的海水淡化系统管道采用的就是2205双相不锈钢。
1.2 2205双相不锈钢化学成分
2205双相不锈钢与最初的双相不锈钢相比，进一步提高氮的含量，增强在氯离子浓度较高的酸性介质中的耐应力腐蚀和抗点腐蚀性能。氮是强烈的奥氏体形成元素，加入到双相不锈钢钟，既提高钢的强度且不明显损伤钢的韧性，又能延缓和抑制碳化物的析出，使其焊接性能得到了大大的改善。
1.3 2205双相不锈钢的组织特点
2205双相不锈钢在室温下固溶体中奥氏体和铁素体约各占半数，兼有两相组织特征。它保留了铁素体不锈钢导热系数小、耐点蚀、缝隙及氯化物应力腐蚀的特点、又具有奥氏体不锈钢韧性好、脆性转变温度较低、抗晶间腐蚀、力学性能和焊接性能好的优点。
1.4影响焊接性因素分析
（1）冷却速度的影响
2205双相不锈钢在正常供货状态下大约具有50”％的铁素体和大约50％的奥氏体，但经过焊接后，接头刚凝固时的组织为单相铁素体，奥氏体是在接头温度低于1300℃后由铁素体逆变为奥氏体产生的。它的数量除了与化学成份有关外，主要取决于冷却速度，冷却速度对γ相数量影响很大(见图1)，快速冷却焊缝的组织中α相的比例可能会超过80％，致焊缝韧性下降，氢脆敏感性增加。
（2）氮含量的影响
早期的双相不锈钢没有得到普及，主要原因之一就是热影响区中铁素体含量过高。2205双相不锈钢通过Creq/Nieq的控制，特别是氮含量的提高，保证热影响区有足够的奥氏体以维持必要的相平衡，从而使焊接性能得到改善，2205双相不锈钢采用Ar+N2混合气体作为钨极氩弧焊的保护气体，通过改变混合气体中N2的分压来影响焊缝中的含氮量。
（3）δ相的脆化
在母材和焊缝金属再次加热的过程中，由于铁素体析出δ相。δ相是一种脆性相，会沿晶界析出，影响不锈钢的耐晶间腐蚀性。Mo的存在扩大了δ相的析出范围（高于950℃时δ相仍存在）和缩短了其形成时间。实验结果显示，δ相的析出在焊缝中比母材中快，焊缝金属由δ相引起的韧性降低也比母材快。2205双相不锈钢含有较高的Mo,其从1300℃缓冷至室温的过程中不可避免的要析出δ相，焊后经过1050℃固溶处理可基本消除δ相，且热影响区晶粒细小，有助于热影响区韧性的恢复。
二、205双相不锈钢焊接材料及焊缝力学性能简介
（1）菲律宾马利万斯电厂海水淡化系统管道的2205双相不锈钢，采用ER2209焊丝。
（2）2205双相不锈钢作为一种耐腐蚀材料，在使用过程中除了对材料的抗腐蚀性能要求苛刻之外，对材料的力学性能要求一般。海水淡化系统主要应用的就是它的抗腐蚀性能。在拉伸试验机上测试抗拉强度发现，断裂发生在基体部位。
（3）2205双相不锈钢焊接注意事项
1）热影响区脆化：
双相不锈钢焊接的主要问题不在焊缝，而在热影响区。因为在焊接热循环作用下，热影响区处于快冷非平衡态，冷却后总是保留更多的铁素体，从而增大了腐蚀倾向和氢致裂纹（脆性）敏感性。
2）焊接冶金：
双相不锈钢焊接过程中，在热循环的作用下、焊缝金属和热影响区的组织发生着一系列的变化。在高温下，所有的双相不锈钢的金相组织全部由铁素体组织，奥氏体是在冷却过程中析出的。奥氏体析出的多少受诸多因素的影响。
3）相比例要求：
双相不锈钢焊接头的力学性能和耐腐蚀性能取决于焊接接头能否保持适当的相比例，因此，焊接是围绕如何保证其双相组织进行的。当铁素体和奥氏体量各接近50%时，性能较好，接近母材的性能。改变这个关系，将使双相不锈钢焊接接头的耐蚀性能和力学性能下降。双相不锈钢2205铁素体含量的最佳45%，过低的铁素体含量小于25%将导致强度和抗应力腐蚀开裂能力下降，过高的铁素体含量大于75%也会有损于耐腐蚀性和降低冲击韧性。
4）合金元素的影响：
根据研究和大量实验发现，母材含氮是非常重要的。氮在保证焊缝金属和焊后热影响区内形成足够量的奥氏体方面具有重要作用。氮和镍一样是形成奥氏体价和扩大奥氏体元素，但是，氮的能力比镍大，可防止焊后出现单相铁素体，并能阻止有害金属相的析出。由于焊接热循环的作用，当熔焊或填充金属成分与母材相同时，焊缝金属的铁素体量急剧增加，甚至出现纯铁素体组织。为了抑制焊缝中铁素体的过量增加，采用奥氏体占优势的焊缝金属是双相不锈钢的焊接趋势。一般采取在焊接材料中提高镍或是加氮这两条途径。通常镍的含量比母材高出2%-4%,例如，ER2209焊丝的镍含量就高达8.5%-9.5%. 用含氮的填充材料比只提高镍的填充材料效果稳定，但加氮不仅能延缓金属间的析出，而且还可提高焊缝金属的强度和耐腐蚀性能。目前，填充材料一般都是在提高镍的基础上，再加入母材含量相当的氮。
5）热循环：
双相不锈钢焊接的最大特点是焊接热循环对焊接接头内的组织有影响，无论焊缝还是热影响区都会有相变发生，这对焊接接头的性能有很大影响。因此，多层多道焊是有益的，后续焊道对前层焊道有热处理作用，焊缝金属中的铁素体进一步转变为奥氏体，成为以奥氏体占优势的两相组织；毗邻焊缝的热影响区中的奥氏体相也相应增多，且能细化铁素体晶粒，减少碳化物和氮化物从晶内和晶界析出，从而使整个焊接接头的组织个性能显著改善。
6）工艺参数的影响：
焊接工艺数即焊接线能量对双相组织的平衡也起着关键的作用。由于双相不锈钢字高温下是100% 的铁素体若线能量过小，热影响区冷却速度快，奥氏体来不及析出过量的铁素体就会在温室下过冷保持下来。若线能量过大，冷却速度太慢，尽管可以获得足量的奥氏体，但也会引起热影响区的铁素体晶粒长大以及σ相等有害金属相的析出，造成接头脆化。为了避免上述情况的发生，最佳的措施是控制焊接线能量和层间温度，并使用填充金属。
7）保护气体的影响：
钨极氩弧焊时，可在氩气中加入2%氮气，防止焊缝表面因扩散而损失氮，有助于铁素体与奥氏体的平衡。
4.2205双相不锈钢现场焊接工艺
（一）焊接设备、方法及工具
1.电焊机 ZX7-400STG（奥太逆变式弧焊电源（Ⅲ））
2.焊接方法 TIG
3.氩弧把 QQ-200A
4.皮焊帽、氩气表等
（二）焊接材料
1.焊丝为ER2209，规格为Φ2.4mm,焊丝焊前除表面脏物见金属光泽,焊丝在焊工使用前经再次确认。
（三）作业准备工作及条件
3.1技术准备：
3.1.1焊接工艺规程按相应焊接工艺评定编制完毕，完成审批。
3.1.2焊接技术员按照工艺规程 ，已对施工人员进行技术、质量、安全交底，并进行交底双签字。
3.2材料要求：
3.2.1焊接材料供货及时，进入现场严格检查质量合格证书及出厂日期，经复查合格后方可进入库存。
3.2.2钨极氩弧焊应尽量使用铈钨电极。
三、焊接工艺及要求
1. 焊前准备与清理
1.1 焊工具备不锈钢钢管考试合格项目，并使用ER2209焊丝进行焊前练习，首先焊接试样管，然后对试样管进行射线检验，考试管检验合格后方可进行现场焊接。
1.2 焊接方法：采用全氩弧焊接。
1.3严禁在被焊工件表面引燃电弧、试验电流或随意焊接临时支撑物。
1.4氩弧打底时，调节器放在便于操作位置，灵活调节电流。
1.5氩弧打底焊接工艺：
（1）打底时建议仰焊采用“内填丝”，立焊和平焊采用“外填
（2）焊接时要力求送丝均匀，等坡口两侧熔化后才填丝，以免造成“未熔合”，可以连续填丝、断续填丝，焊丝与焊件表面夹角为15度左右。
（3）施焊中，应特别注意接头和收弧的质量，接头处要有斜坡，不能有死角；收弧时应将熔池填满，改变瓷嘴角度，向后回焊20～40mm，再按高频开关熄弧，将熄弧时间延长，防止产生弧坑裂纹。
四、焊接工艺参数
1.工艺参数
TIG焊接工艺参数
五、作业的质量要求
质量目标：
6.1.1分项工程焊接接头表面质量验评优良率为100%，综合质量等级达到优良标准；
6.1.2严密性试验及整套启动焊缝无泄露
质量保证措施：
6.2.1合格焊工在管道焊接前，进行和实际条件相适应的模拟练习，经检验合格后方可正式焊接。
6.2.3技术管理、质量管理系统化、标准化、程序化。
6.2.4加强焊接材料管理。
6.2.5焊接质量检查，包括焊接前、焊接过程中和焊接结束后三个阶段的质量检查，应严格按检验项目和程序进行，实行三级四级检验制度，贯彻自检与专检相结合的方法。
（1）焊接前，应检查焊口表面的清理是否干净；坡口内外边缘是否有裂纹、重皮、坡口破损及毛刺等缺陷；对口尺寸是否符合图纸设计要求。
（2）焊接过程中，检查层间温度、焊接工艺参数及焊道的表露缺陷应及时消除。
（3）焊接结束后，检查焊缝是否成型美观、过渡圆滑，尺寸符合要求。
6.3焊缝质量检验标准：
6.3.1焊缝根部凸出≯2mm，内凹≤1.5mm。
6.3.4 2205双相不锈钢管道焊接完成后按DLT/869-2012进行无损损检，并按根据实际要求选择合适的检验方法。
六、结论
通过以上施工工艺，以及严格的控制措施、质量管理措施，菲律宾马利万斯电厂海水淡化系统2205双相不锈钢管道焊缝外观质量、接头无损探伤全部符合要求。因此，上述焊接工艺对保证2205不锈钢的焊接质量是可行的。目前在海洋工程，化学工程大面积的使用双相不锈钢作为耐腐蚀材料已经成为一种必然趋势。