在前面的系列文章中，我们分别介绍了奥氏体、铁素体和马氏体不锈钢的焊接。双相不锈钢兼具奥氏体不锈钢的优良韧性和铁素体不锈钢的高强度、耐应力腐蚀性能，广泛应用于油气、化工、海水淡化、船舶、压力容器、造纸设备等高端装备，常见的双向不锈钢有2205/2507等。本文将全面解析双相不锈钢的焊接技术，主要包含焊接性分析、填充材料选择、常用的焊接方法及焊接要点等。
一、双相不锈钢的焊接性
双相不锈钢（Duplex Stainless Steel，简称DSS），是指其显微组织中铁素体（δ相）与奥氏体（γ相）各约占50% 的不锈钢，其中任一相的比例通常不低于30%。在含C较低的情况下，Cr含量在18%~28%，Ni含量在3%~10%，有些钢还含有Mo、Cu、Nb、Ti、N等合金元素。
1）双相不锈钢具有良好的焊接性，它既不像铁素体不锈钢焊接时热影响区易脆化，也不像奥氏体不锈钢易产生焊接热裂纹，但由于它有大量的铁素体，当刚性较大或焊缝含氢量较高时，有可能产生氢致冷裂纹，因此严格控制氢的来源是非常重要的。（2）为了保证双相钢的特点，确保焊接接头的组织中奥氏体及铁素体比例合适是这类钢焊接的关键所在。当焊后接头冷却速度较慢时，δ→γ的二次相变化较充分，因此到室温时可得到相比例比较合适的双相组织，这就要求在焊接时要有适当大的焊接热输人量，否则若焊后冷却速度较快时，会使δ铁素体相增多，导致接头塑韧性及耐蚀性严重下降。
二、双相不锈钢填充材料
双相不锈钢用的焊材，应根据耐腐蚀性、接头韧性的要求不同来选择与母材化学成分相匹配的焊材，其特点是焊缝组织为奥氏体占优的双相组织，主要耐蚀元素(铬、钼等)含量与母材相当，从而保证与母材相当的耐蚀性。为了保证焊缝中奥氏体的含量，通常是提高镍和氮的含量。在双相不锈钢母材中，一般都有一定量的氮含量，在焊材中也希望有一定的含氮量，但一般不宜太高，否则会产生气孔。
2.1 焊条
采用酸性焊条时脱渣优良，焊缝成形美观，但冲击韧性较低，当要求焊缝金属具有较高的冲击韧性，并需进行全位置焊接时，应采用碱性焊条。当根部封底焊时，通常采用碱性焊条。当对焊缝金属的耐腐蚀性能具有特殊要求时，还应采用超级双相钢成分的碱性焊条。
2.2 气体保护焊焊丝
对于气体保护焊焊丝，在保证焊缝金属具有良好耐腐蚀性与力学性能的同时，还应注意其焊接工艺性能。
2.3 埋弧焊焊丝
对于埋弧焊宜采用直径较小的焊丝，实现中小焊接规范下的多层多道焊，以防止焊接热影响区及焊缝金属的脆化，并采用配套的碱性焊剂。通常情况下，2205（S32205）选用2209焊材；2507（S32750）选用2594焊材。
三、双相
不锈钢常用焊接方法
双相不锈钢可采用几乎所有焊接方法，包括钨极氩弧焊、熔化极气体保护焊、焊条电弧焊、埋弧焊、等离子、激光焊等。
3.1 钨极氩弧焊
TIG焊是双相不锈钢最常用的焊接方法之一，特别适用于薄板、打底层和要求高的焊缝。由于氩气的保护作用，焊缝金属纯净，成形美观，质量可靠，无飞溅，适用于全位置焊接。
3.2 手工电弧焊
这是应用最广泛的焊接方法，特别适合现场施工焊接。设备简单，操作灵活，适应各种焊接位置与不同板厚。焊接过程中采用短弧、窄道、快速焊，严禁大摆幅。
3.3 埋弧自动焊
主要用于中厚板的焊接，特别适合压力容器、储罐等长直焊缝和环缝。生产效率高，焊缝成形美观工作环境好，对焊工要求相对简单。焊接过程中需重点控制线能量，以防止焊接热影响区及焊缝金属的脆化。
3.4 熔化极气体保护焊
适用于中厚板焊接，焊接过程中连续送丝，生产效率高，易于实现自动化焊接。
3.5 高能束焊接（等离子/激光）
适用于精密焊接和中厚板一次成形，焊接过程中热输入极小、变形极小、焊缝窄、热影响区小。
3.6 激光焊与复合焊
现代焊接技术中，激光焊及激光-电弧复合焊逐渐应用于双向不锈钢，具有热输入小、热影响区窄，配合加氮保护气可显著提高奥氏体含量。
3.7 搅拌摩擦焊
作为一种固相焊接方法，避免了熔化焊带来的热裂纹、气孔等问题，接头强度和硬度高于母材，延展性优于母材。
四、双相不锈钢焊接要点
4.1 焊接热过程的控制
焊接热输入、层间温度、预热及材料厚度等都会影响焊接时的冷却速度，从而影响到焊缝和热影响区的组织和性能。冷却速度太快和太慢都会影响到双相钢焊接接头的韧性和耐腐蚀性能。冷却速度太快时会引起过多的α相含量以及Cr2N的析出增加。过慢的冷却速度会引起晶粒严重粗大，甚至有可能析出一些脆性的金属间化合物，如σ相。一般情况下，双相不锈钢焊接采用小热输入（0.5-1.5kJ/mm），焊前不需要预热，焊接过程中层间温度不超过150℃，对于ω(Cr)为25%的双相钢和超级不锈钢时，为获得最佳的焊缝金属性能，建议最高层间温度控制在100℃以下
4.2 焊后热处理
双相不锈钢焊后最好不进行热处理，但当焊态下α相含量超过了要求或析出了有害相（如σ相）时，可采用焊后热处理来改善。所用的热处理方法是水淬。热处理时加热应尽可能快，在热处理温度下的保温时间为5~30min，应该足以恢复相的平衡。在热处理时金属的氧化非常严重，应考虑采用惰性气体保护。对于ω(Cr)为22%的双相钢应在1050℃~1100℃温度下进行热处理，而ω(Cr)为25 % 的双相钢和超级双相钢要求在1070℃~1120℃温度下进行热处理。
总结
双相不锈钢以其卓越的强度和耐腐蚀性能，正在越来越多地替代传统奥氏体不锈钢，特别是在海洋工程、石油化工、造纸设备等苛刻工况下。只要掌握了材料的特性，合理选用焊接材料，严格控制焊接工艺参数（特别是层间温度和热输入），就能获得优质的焊接接头。随着焊接技术的不断发展，双相不锈钢的应用前景将更加广阔。
