Page 40 - 理化检验-物理分册2022年第七期
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王福善, 等: 不同氩弧焊焊丝对 2205 双相不锈钢环焊缝组织与性能的影响


            强度、 良好的韧性、 优良的焊接性能和耐腐蚀性能, 已                        性能的变化, 以解决焊缝耐腐蚀性较差的问题。
            广泛应用于化工、 石油天然气和化肥生产等领域                    [ 1 ] 。
                                                              1  试验材料和方法
                 焊接作为 2205 双相不锈钢管的主要连接方式,
            焊缝性能的优劣将直接影响管线的服役安全。焊接                            1.1  试验材料
            过程固有的非平衡短时局部冶金使焊缝的组织和性                                 试 验 管 材 为 2205 双 相 不 锈 钢 管, 规 格 为


            能比母材更差       [ 2-3 ] 。研究表明  [ 4 ] , 合金元素、 焊接工     ϕ 114mm×5mm ( 外径 × 壁厚), 其力学性能如表 1
            艺参数和固溶处理是影响焊缝组织和性能的主要因                             所示, 显微组织为 α ( 铁素体) +γ ( 奥氏体), α相体积
            素。李为卫等       [ 2 ] 研究了线能量对 2205 双相不锈钢              分数约为 50% , 无 析 出 相。试 验 所 用 焊 材 分 别 为

            焊接接头耐腐蚀性和韧性的影响; 石巨岩等                    [ 3 ] 研究  ER2209 焊丝( 直径为 2.4mm ) 和 ER2594 焊丝( 直

            了固溶处理温度对 2205 双相不锈钢焊缝组织与韧                          径为 1.6mm ), 其化学成分如表 2 所示, 符合 AWS
            性的影响。通过优化焊接工艺参数和焊后固 溶处                             A5.9 — 2017    Weldin g     Consumables-Wire





            理, 2205 双相不锈钢环焊缝的力学性能已达到甚至                        Electrodes , Stri p Electrodes , Wires , and Rods

            高于母材的力学性能, 但其耐腐蚀性仍较母材更差。                          f orArc Weldin go f Stainlesand HeatResistin g
            仅通过优化焊接工艺参数和焊后固溶处理难以进一                            Steels-Classi f ication 的要求。
            步提高焊缝的耐腐蚀性, 因此改变合金元素含量成                                     表 1 2205 双相不锈钢管母材力学性能
            为了提高焊缝耐腐蚀性的必然选择。                                        屈服强度 / 抗拉强度 /     断后    维氏硬度 /冲击吸收能量
                                                               项目
                 笔者通过选择合金元素含量更高的 ER2594 焊                             MPa     MPa   伸长率 / %   HV    ( -40 ℃ )/ J

            丝进行焊接试验, 并与 ER2209 焊丝进行对比, 研究
                                                               数值     563     757     38      240     128
            了焊接接头化学成分、 显微组织、 力学性能和耐腐蚀
                                                    表 2  试验焊材化学成分                                          %
                                                                  质量分数
                  试验焊材
                                C       Mn      Si      Cr      Ni      Mo      N       P       S       Cu
                ER2209 焊丝      0.022   1.76    0.56    22.45   8.91    2.85    0.18    0.018   0.013   0.14
                ER2594 焊丝      0.020   0.65    0.45    25.26   9.25    3.70    0.25    0.019   0.001   0.07
            1.2  焊接工艺                                          焊丝的焊接接头编号为2号, 具体焊接工艺参数如表
                 焊接采用钨极惰性气体保护焊( GTAW ) 工艺,                    3所示。两组焊接接头均采用 V 形坡口, 钝边长为

            其中全程选择 ER2209 焊丝的焊接接头编号为 1 号,                     1mm , 双边坡口角度为 60° , 根部装配间隙为 3mm ,


            根焊选择 ER2594 焊丝、 热焊和盖面焊选择 ER2209                    错边量不超过0.5mm , 全程采用99.99%氩气保护。
                                                      表 3  焊接工艺参数
              试样编号    焊道名称    焊材型号      层间温度 / ℃      焊接电流 / A       焊接电压 / V  焊接速度 /( mm · min ) 单层厚度 / mm
                                                                                             -1
                        根焊                             100~110        10~11          53.69           3
               1 号      热焊    ER2209      ≤150         110~120        10~11          74.06           1
                        盖面                               105          10~11          58.05           3
                        根焊    ER2594      ≤100         70~100          9~12          23.60          2.5
               2 号      热焊                               130           9~12          85.91           1
                              ER2209      ≤150
                        盖面                               100           9~12          38.35           3

            1.3  试验方法                                         弯曲试验机进行背弯试验, 试样长为 230 mm 、 宽为

                 采用 OLS4100 型激光共聚焦显微镜对焊接接                     25mm , 去除焊缝余高; 采用 KB30BVZ-FA 型维氏
            头的显微 组 织、 α 相 含 量 和 析 出 相 进 行 检 测; 采 用            硬度计 进 行 维 氏 硬 度 ( HV10 ) 测 试; 根 据 ASTM



            TESCAN VEGA 型扫描电子显微镜( SEM ) 及其自                   A923-2014StandardTestMethods f orDetectin g




            带的INCA-350 型 X 射线能谱分析仪( EDS ) 对焊接                 Detrimental Intermetallic Phase in Du p lex





            接头化学成分进行分析; 采用 UTM5305 型材料试                       Austenitic / FerriticStainlessSteels 中的 方 法 C 对
            验机进 行 刻 槽 锤 断 试 验, 试 样 长 为 230 mm 、 宽 为           焊接接头进行 6% ( 质量分数, 下同) 的 FeCl 3          点蚀试


            25mm , 保留原始焊缝余高, 用钢锯在试样两侧焊缝                       验, 试验温度为( 22±1 ) ℃ , 试验周期为 24h ; 根据



            端面的中心锯槽, 槽深为 3mm ; 采用 WZW-1000 型                  ASTM     G36 — 2013   Standard   Practice f or
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