1. 前言

2205是一種含Ｎ 的雙相(奧氏體和鐵素體)不鏽鋼，它結合了許多最優秀的奧氏體和鐵素體不鏽鋼的特性。高鉻和鉬含量對腐蝕和腐蝕具有良好的耐蝕性。該雙相結構對氯應力腐蝕開裂具有高度的耐受力。雙相不鏽鋼比鐵素體塑性、韌性更高，無室溫脆性，它的耐晶間腐蝕性能和焊接性能均顯著提高，保持了鐵素體不鏽鋼的475℃脆性及導熱係數高，超塑性等特性。也是一種節鎳不鏽鋼。

由於具備了這些特性，滿足了石油化工中強酸強鹼造成的局部點蝕、應力腐蝕以及孔穴式腐蝕現象，一般不鏽鋼難以勝任，在一般民用工程和能源交通方面也逐步得到越來越多的應用，如橋樑、飛機、船舶、汽車以及沿海城市和化工區的裝飾建築等。

++熱加工：

2205是在1230-955°C的範圍熱軋形成的，在此範圍內，材料具有較低的機械強度和良好的熱延性。如溫度在600-1750°C之間緩慢冷卻或保持在溫度，由於應變和溫度的結合，可能會導致快速的室溫脆化，形成sigma相和其他有害的金屬化合物。在熱成型後，建議採用快速冷卻，理想的水淬。

++冷加工

由於它的強度高，2205需要比那些典型的奧氏體不鏽鋼材料更強的冷形成力。對回彈的額外壓力是必要的。2205的設計經常使用它的高強度來允許減少尺寸，顯著地減輕了許多成形的應用。在冷成形後建議完全退火和淬火

2.焊接分析

焊接任何雙相不鏽鋼的目標是獲得好的熔池和熱影響區，具有良好的耐蝕性和對應用的高衝擊韌性。2205是一種鐵素體退火結構金屬，其中鐵素體佔比30-55%，並且幾乎沒有金屬間的相（金屬間化合物）。焊接過程應設計成在焊接金屬和熱影響區產生相同的結構。焊接熱循環，以及填充金屬和保護氣氛，將控制這種結構。在熔化溫度附近，雙相不鏽鋼的結構完全是鐵素體。只要冷卻速率足夠慢，使奧氏體在焊接冷卻時重新形成，就能達到所需的30-55%的鐵素體 。然而，如果冷卻速度過慢，即使存在最優的鐵元素含量，也可能形成金屬化的金屬間化合物。極低的熱量輸入和快速冷卻將會產生一個以鐵素體為主的熱影響區，降低了韌性和耐蝕性。這種情況可能發生在GTAW的蓋面或電阻點焊上。

在焊接過程中，金屬從熔融到冷卻，從凝固點到１２００℃為鐵素體組織；８００℃～１２００℃奧氏體從鐵素體中析出；４７５℃～８００℃將可能有中間相（σ相、碳化物、氮化物）析出；焊接熱輸入的大小，直接影響著焊縫和熱影響區中鐵素體的含量。如果熱輸入量過大，則會引起合金元素Ｃｒ、Ｎｉ、Ｍｏ的燒損，且焊接接頭的冷卻速度慢，會在不鏽鋼中析出碳化物、氮化物，並形成缺鉻，特別距熔合線稍遠的地方被加熱至７００℃～９００℃的範圍（即熱影響區），會析出σ相等有害相。如果熱輸入量過小而冷卻速度太快，則Ａ相的析出減緩，那麼在原固溶之碳或氮會以氮化鉻（Ｃｒ２Ｎ）、碳化物（Ｍ２３Ｃ６）的形式析出，導致形成缺鉻層造成耐蝕性的劣化；所以，必須嚴格控制熱輸入。焊接熱循環的最高溫度和快速冷卻可促使雙相不鏽鋼組織鐵素體化，由於鐵素體含量的增加導致了衝擊韌性和耐蝕性降低。因此，選擇合適的焊接工藝參數十分重要。

焊前不預熱，焊後不熱處理；在３００℃～７００℃進行消除應力處理會導致σ相析出而產生４７５℃脆化現象，引起韌性和抗腐蝕性降低；在７００℃～１　０００℃進行應力消除處理，會導致金屬間化合物的析出，也會引起韌性和抗腐蝕性的降低。所以，焊後不必熱處理

目前有的2205不鏽鋼，在含氮量上做了改進，，（美國標準ASTM和ASME允許的氮含量為0.08%-0.20%）。含氮量在0.14-0.20%時，較高的氮幫助奧氏體在冷卻過程中迅速恢復，使焊接和熱影響區更容易地轉化為最佳的奧氏體-鐵素體平衡，採用不鏽鋼2205基本金屬和焊絲填料，具有可操作的工作範圍。通過遵循符合規範的工藝規程，焊工能夠生產出具有一致性、高質量的經濟結構。

3.破口設計

一些可用於2205的破口設計案例，在下面的圖列顯示為1-8。設計的目標是完全滲透，最小的燒透的風險。其他的設計也是可能的，在此僅供參考。例如，當材料的厚度超過0.5英寸(12毫米)，並且有可能從兩邊焊接時，破口設計3-5可以是對稱的。根焊可以使用GTAW(TIG)或手工電焊條焊接（SMAW）。如果使用了GTAW，在點焊時背面應該使用惰性氣體保護。手工焊接，在焊接後，焊縫的根部應該清洗乾淨。合適的電極直徑為 (2-2.4毫米)，這取決於金屬基的厚度，焊接位置，以及對根部破口的加工。

一般根據下列幾條來 選擇破口：

++ 在安全係數高的情況下，實現全面滲透是很容易的。

++ 焊工應能夠對爐渣的形成和焊池的觀察。

++ 應提供適當的支持氣體保護，以避免對耐腐蝕或機械性能造成損害的根缺陷。

++ 應避免過度的擺動和寬的熔池，以防止過高的熱量輸入和高應力。

++ 應避免使用快速淬火的極低熱量輸入，以避免主要的鐵素體熱影響區。

++ 雙相不鏽鋼具有導熱性好和熱膨脹係數低的特點，因此不會產生很大的殘餘應力，具有更高的抵抗熱裂紋的能力，故雙相不鏽鋼可以採用較大焊接熱輸入，最大的層間溫度為１５０℃

3.1 破口清理

在焊接之前，對接頭和鄰近的表面進行清洗是對所有不鏽鋼的良好實踐。汙垢、油脂和油漆會導致焊接缺陷。常見的溶劑如丙酮或礦物氣可以用作清潔劑。連接處的水分會導致孔隙度或焊接金屬裂紋。

重要的是，破口準備要準確地按照期望的破口設計。準備工作的大變化是板厚度或間隙距離的變化，從而影響焊縫的一致性。板邊緣準備工作可由金屬切割操作完成，或經過仔細銑削後進行拋光。任何毛刺都必須去除，這樣就不會影響到完全的融合。

3.2 焊前預熱處理

2205的預熱通常是不必要的。在寒冷的環境條件下，它可能有助於避免凝結的風險和可能產生的孔隙度。在這種情況下，2205可能會被仔細加熱，均勻地加熱到小於95°C，並且只有在焊接接頭徹底清洗後才會被加熱。

如果2205的厚度大於16毫米，並且焊接要用極低的熱量輸入0.5KJ/毫米，預熱到95-150°C的範圍是很有用的。這種預熱的目的是為了避免過於迅速的冷卻和產生極高的鐵元素含量。相似的溫度上限也適用於中間溫度（2205焊道間溫度最大允許150°C.）

焊後熱處理通常是不需要的。 如果出於任何原因，它必須在1040°C下完成，然後是快速冷卻。在650-1000°C範圍內的暴露對韌性和耐蝕性是非常有害的，因為它是由碳水化合物，或sigma或其它金屬間化合物相的形成造成的。

3.2 變形

對2205的控制變形與控制對奧氏體不鏽鋼的變形沒有明顯的不同。良好的實踐包括正確的固定，交叉支撐，支架，交錯的焊道，以及焊接順序等。在焊接之前，鋼板或鋼板的邊緣應該是平的，對齊的。2205的熱膨脹係數是介於碳鋼和奧氏體不鏽鋼的，如304L型。

3.3 工藝、檢驗和質量保證

2205應根據熟練和受過培訓的操作人員的預先確定的製造和檢驗計劃進行焊接。

2205零部件裝配並不困難，但它確實需要對其他常規316L類型板材的裝配經驗進行一些改進。因為2205有很高的強度，這可能需要冷成形技術的改變。焊接可以不受熱裂紋的影響，但是焊工應該注意到，高冷卻率、焊接飛濺、撞擊痕、潮溼電極和高的交叉溫度會導致脆化和耐蝕性降低。

為了獲得與基本金屬相同的耐蝕性和機械性能的焊接接頭，應在焊接2205的特殊方面預先通知焊工和檢查人員。在開始生產前，準備書面焊接程序和焊接工人進行試焊是明智的預防措施。

因為2205通常是在高腐蝕性環境中選擇的關鍵部件，焊接接頭必須仔細檢查。不完全的融合，不完全的滲透，不乾淨的根邊，飛濺，和打擊的疤痕都必須得到補救。合適的無損檢測方法是x射線檢查、液體滲透檢測、流體靜力檢測、洩漏檢測和鐵素體測量。破壞性測試方法包括彎曲試驗、衝擊試驗和金相檢驗。

3.4 清除汙垢 焊渣 和熱色紋（有人稱焊斑）

為了獲得最好的耐蝕性，必須通過機械或化學方法除去氧化物、汙點、熱色和其他表面汙染。因為在加熱的溫度下，有一個非常薄的鉻層，僅用鋼絲刷光光就不足以恢復最大的耐蝕性。

機械方法包括細磨和拋光，用75-100微米磨料。如果機械清洗方法能清洗（注意不能汙染鐵質材料到表面）則不需要進行後續的化學清洗；然而，用硝酸或類似介質進行化學清洗，如ASTM 380或967，隨後進行機械清洗，是一種很好的做法，因為它可以防止清洗劑的汙染。除非必須進行徹底的化學清洗，否則必須避免使用鋼刷或能轉移鐵的磨砂介質的機械清洗。

如果不使用機械清洗，那麼除去氧化物或熱色調，就需要使用酸洗，這是一種比去除遊離鐵更為激進的化學處理方式，通常被稱為“鈍化”。“2205比300系列的奧氏體不鏽鋼更困難，需要一個積極的酸洗溶液。” 所有這些化學品都是為了人身安全而採取的積極的和適當的預防措施，以及你所使用的其他的安全措施，正如在ASTM中定義的那樣，必須遵循這一規定。需要適當的環境程序來處理酸洗液的洗液。

當手工焊或FCAW用作打底焊時，從根部去除所有焊接飛濺、熔渣和熱色尤為重要。這是通過機械的方法來完成的，其次是酸洗

4.焊接方法

4.1 Gas Tungsten Arc Welding (GTAW, TIG)

4.1.1 焊絲的選擇

非消耗性電極應符合AWS規範5.12分類(2%的鎢電極)的要求。通過將電極磨成一個點來實現良好的電弧控制。通常使用的是30-60度的頂點角度和一個小的平面。對於自動GTAW，頂點角將影響穿透。在實際製備之前進行一些簡單的測試，以確定最佳的電極配置。為了達到最佳的腐蝕性能，GTAW焊接應該採用填充金屬。對於GTAW焊接與填料的焊接，可選2209焊絲，相對於2205的基本組成，它的鎳含量更高。它的鎳為7.0%至9.0%，而普通金屬的鎳則為5.5%。廣泛的研究表明，在焊接金屬中，更高的鎳是最可靠、最有效的方法來維持所需的奧氏體平衡。

4.1.2 焊熔池的保護

GTAW的焊縫應該通過焊炬的惰性氣體保護而不受大氣氧化的保護。惰性氣體的湍流，通過氣體擴散器在火炬上，可以使空氣中的氣體進入到最小的程度。

應調整操作程序，以確保適當的惰性氣體保護。氣體流動應在弧啟動前數秒，應在弧被熄滅後至少5秒鐘在池內進行。如果流量過低，焊池將得不到充分的保護。如果氣流過高，氣體湍流可能會將空氣吸入到焊縫區域。

所有根道的背面都需要氬氣保護氣體，而不考慮破口設計。氬氣應該是100%氬氣的焊接，純度至少達到99.95%。

電極保護氣體流量為大約12-18l/min，如果使用一個普通的氣體噴嘴，約6-8l/min；背面保護流量大約3-20l/min。

在焊槍氣中可以考慮增加3%的幹氮氣，以提高腐蝕性能;然而，電極磨損可能會增加。在某些情況下，氦的加入可能有用。氬氣焊接氣體的氧氣和二氧化碳的增加對焊接的耐蝕性是有害的。

應該定期檢查水冷卻的火炬和氣體軟管的o形環，以確保只有純淨的、乾燥的屏蔽氣體被輸送到焊接區域。

4.1.3工藝

破口形狀，應注意板材表面準備、邊緣準備、對齊和根間距。可以安裝一個非銅的襯墊支撐，以確保氬氣的全氬氣覆蓋，同時使焊道和根部焊道。

電弧的引弧點應該總是在破口內發生。破口外的任何焊點應通過磨光來消除。

點焊長度和間距的焊接應採用全氬保護。使用不鏽鋼2209焊絲填充金屬及適當的屏蔽氣體流量，可進行根焊。在實際根焊道的起始點處不應在點焊點上。如果發現裂縫，焊工用中斷根部點焊，要麼用磨輪磨機完全研磨，要麼重新啟動根部打底點焊，根間隙的寬度應該保持在收縮的範圍。

在填充焊接之前，打底焊開始和結束應該先接地。在多道焊間的冷卻溫度允許冷卻到低於150攝氏度。破口可採用1.6-2.4-3.2毫米的外徑不鏽鋼焊絲，採用100%氬氣填充。GTA焊接在平面位置上的焊接效果最好，但是垂直焊接也是可以成功。焊槍應該儘可能接近於工件的垂直方向。對垂直方向的過度偏離可能會導致空氣被吸入屏蔽氣體。焊絲應始終保持清潔，並儲存在一個有蓋的容器內。

TIG電弧焊接參數取決於材料的厚度、接頭設計、焊接工藝和其他變量。GTAW的典型熱輸入範圍從0.5-2.5KJ/mm)。熱輸入是由表達式計算的:

Heat input=[V*A*60]/[S*1000] ;

V =volts ; A =amps ; S =travel speed (in/min)

由於焊接熱輸入大小對雙相不鏽鋼的耐蝕性有非常大的影響。因此，必須嚴格控制熱輸入量，焊接時採用較小的焊接熱輸入進行多層多道焊，減少高溫停留時間，從而減少金屬間相的析出，嚴格控制焊接熱輸入量在２５ ｋＪ／ｃｍ 以下，最大不超過３０ｋＪ／ｃｍ。層間溫度在１５０℃以下，溫度的測量點應在距焊縫邊緣２０ｍｍ處。

4.2 Gas Metal Arc Welding (GMAW, MIG)

4.2.1 過渡形式

++ 短路過渡

這種模式需要單獨的斜率和二次電感控制。它適用於0.125英寸(3毫米)厚的材料。在低熱量輸入的情況下發生短路，對於連接可能因過熱而變形的薄層特別有用。它對位置外焊也很有用。

++ 脈衝過渡

脈衝電弧焊是利用基值電流保持電弧的電離通道。保證兩次脈衝焊接電流之間電弧不熄滅，不需要重新引燃電弧使得焊接過程穩定，同時起到給母材及焊絲預熱作用。利用較大的峰值電流作用，熔化焊絲及母材形成一個熔池。基值電流作用時熔池凝固成一個焊點。下一次脈衝時在已凝固的焊點重新疊加一個新焊點。

這樣可以適合多種位置的焊接

++ 噴射過渡

該模式提供穩定的電弧和較高的沉積速率，但在高熱量輸入時發生。它通常侷限於平焊。最佳的結果通常是通過同步脈衝電弧實現的。GMAW應該採用直接電流反向極性(DCRP)，電極正。

4.2.2 焊材

GMAW使用一種可消耗的電極，以一種連續的固態金屬絲，通過一個自動的電線饋電系統，通過GMA的火炬傳遞。與基本金屬相比， 2209焊絲高鎳材合金的合金，以幫助達到所需的鐵素體-奧氏體在焊接金屬中的平衡。

保護氣體通常是80%的焊接級氬，添加了氦氣、氮氣和氧氣，以提高焊接性和腐蝕性能。

4.2.3 熔池保護

GMA焊接中的焊縫應該通過惰性氣體的流動來防止大氣氧化。屏蔽氣體通常是100%焊接級氬。其他氣體混合物也可能是合適的。1.0-16直徑的焊絲，保戶氣適當的流量是12-16l/min，在水冷的焊槍和燃氣軟管中應該定期檢查o形環。

4.3 Flux Cored Wire Welding (FCW)

焊絲焊接與GMAW密切相關。用與GMA焊接時相同的設備，藥芯焊絲自動地從槍的中心輸入。保護氣體是通過槍提供的。焊絲內部的焊劑將保護焊縫免受大氣的保護，因為它形成了覆蓋焊縫的熔渣。FCW的過程可以是自動的，也可以是半自動的。該方法具有較高的焊縫沉積率、適合於位置工作的適宜性和適用範圍廣泛的適用範圍。

4.3.1 焊材選擇

2209焊絲具有較高的合金含量，可幫助達到焊縫金屬中所需的鐵素體-奧氏體的平衡。通常使用的保護氣體是75%的氬和25%的二氧化碳，或者100%的二氧化碳。氬氣混合氣是水平位置上最好的可焊性，而二氧化碳是垂直焊接中最好的。

典型的水平FCW的焊接參數是

4.3.2 工藝

破口形狀，應注意板材表面準備、邊緣準備、對齊和根間距。可以安裝一個非銅的襯墊支撐，以確保氬氣的全氬氣覆蓋，同時使焊道和根部焊道。

電弧的引弧點應該總是在破口內發生。破口外的任何焊點應通過磨光來消除。

點焊長度和間距的焊接應採用全氬保護。使用不鏽鋼2209焊絲填充金屬及適當的屏蔽氣體流量，可進行根焊。在實際根焊道的起始點處不應在點焊點上。如果發現裂縫，焊工用中斷根部點焊，要麼用磨輪磨機完全研磨，要麼重新啟動根部打底點焊，根間隙的寬度應該保持在收縮的範圍。

在填充焊接之前，打底焊開始和結束應該先接地。在多道焊間的冷卻溫度允許冷卻到低於150攝氏度。焊絲應始終保持清潔，並儲存在一個有蓋的容器內。

4.4 Submerged Arc Welding (SAW)

焊前清理坡口附近的水分及油汙等雜質，用專用的不鏽鋼砂輪片打磨坡口兩側。焊接過程中用砂輪打磨清除層間熔渣。ＳＡＷ 採用雙面單道焊形式，待正面焊道焊接完成後，再翻身焊接背面焊道，其背面留根無須等離子清根處理，正面焊道的焊速較快，背面焊道的焊縫適當減慢，以增加熔深。焊接電流、焊接電壓、焊接速度等工藝參數參照表：

5. 總結：

（１）２２０５雙相不鏽鋼具有良好的焊接性，焊前不需要預熱。採用ＦＣＡＷ、ＳＭＡＷ 及ＳＡＷ 等焊接工藝，控制道間溫度不超過１５０℃，並選擇合理焊接參數進行多層多道焊，均可以獲得既有良好耐腐蝕性能又滿足機械性能要求的焊接接頭。

（２）合理控制的焊接熱輸入是獲得優質焊縫的前提條件。焊接熱輸入過小，由於快速冷卻使得焊接熱影響區和焊縫的鐵素體含量偏高，有損於耐蝕性和降低衝擊韌性；而焊接熱輸入過高，則會燒損合金元素、且ＨＡＺ冷卻太慢而使得中間相析出，引起相組織的不平衡，導致強度和抗應力腐蝕開裂能力下降。建議焊接熱輸入量控制在２５ｋＪ／ｃｍ以下，最大不超過３０ｋＪ／ｃｍ。

（３）採用ＳＡＷ 獲得的接頭的抗拉強度和衝擊韌性要高於ＦＣＡＷ 獲得的接頭，且焊縫鐵素體含量較高，得到的焊縫綜合性能更好，主要原因是ＦＣＡＷ 焊接過程中合金元素燒損較多，且焊縫中氣體含量及雜質元素較高。

（４）２２０５雙相不鏽鋼焊接接頭要具有較好衝擊韌性與奧氏體相的存在有很大關係。可以採用多層多道焊，利用後續焊道對前層焊道有熱處理作用，使焊縫金屬中的鐵素體進一步轉變成奧氏體，提高奧氏體含量。

（５）２２０５雙相不鏽鋼的焊接對汙染更敏感，任何類型的油汙、油脂和水分均會影響材料的抗腐蝕性及力學性能。因此，焊接前應對焊接區域用丙酮進行清洗，徹底清除油汙、泥土、灰塵和水分等汙染。

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關鍵字: 化學 環境汙染 雙相