双相不锈钢的焊接

怡能智造专注管道的设计、研发、制造、销售、服务，是西南地区仅有的几家能生产直径三米以上螺旋焊管的企业之一，产品包括螺旋钢管、不锈钢碳钢复合钢管、3PE钢管、涂塑钢管、高频焊管等。今天继续为大家分享管道的相关知识。

双相不锈钢（duplex stainless steel）指的是奥氏体-铁素体双相不锈钢。从广义上讲，含有少量铁素体的奥氏体不锈钢，例如304、308型不锈钢，在国外文献也称duplex stainlesss steel。本文所涉及的双相不锈钢，是狭义上的双相不锈钢，即奥氏体（γ）与铁素体（α）的比例大体相当的双相不锈钢。

按现代腐蚀理论，认为双相组织有良好的耐蚀能力。双相不锈钢具有比316L更为优良的抗腐蚀裂纹（SCC）能力，还具有良好的耐点腐蚀、缝隙腐蚀和晶间腐蚀性能。由于显微组织中有大量的铁素体相，双相不锈钢的强度和硬度很高。

强度高，特别是其屈服强度约为奥氏体不锈钢的2倍，在相同的工作条件下，用双相不锈钢代替奥氏体不锈钢，可大大减小设备的结构尺寸和管道的壁厚，从而节约大量贵重材料，降低制造成本。

硬度高，使之适宜应用于含有磨损固体质点的工艺系统和高流速的蒸汽系统。双相不锈钢有较低的热膨胀系数，加上良好的导热性，使之具有良好的抗热疲劳性能，有利于设备衬里和复合板的生产。

此外，双相不锈钢还具有良好的热加工性能和冷加工硬化效应。所有这些特性，展示了双相不锈钢的广阔应用前景。

（1）坡口设计 对接接头的坡口尺寸如下图所示。

双相不锈钢对接接头的坡口尺寸

当壁厚T≤19mm时为单V形坡口；T>19mm时为复合V形坡口。

（2）焊接方法 一般为GTAW+SMAW。当管径小于等于57mm且壁厚小于等于3mm时，宜使用全氩弧焊代替氩弧焊打底焊条电弧焊填充盖面。

（3）保护气体 保护气体采用98％Ar+2％N2（防止氮元素扩散）。背面保护气体：纯氩、纯N2。

（4）焊接材料

①尿素级双相不锈钢同种材料焊接时，可按下表选用。

尿素级双相不锈钢焊接材料的化学成分

焊丝+焊条分组：

a.Sandvik22.8.3L+Sandvik22.9.3L；

b.DP-3T+DP-3；

c.WEL-TIG329J2L+WEL-329J2L；

d.ER2209+E2209-16；

e.SAFUREX焊丝+SAFUREX焊条。

②尿素级双相不锈钢往往要同316L组合焊接，此时，有以下两组焊接材料可供选择。

第一组：ER316L+E316L。

第二组：25-22-2型焊丝（如2RM-69或Sandvik25.22.2LMn焊丝）+25-22-2型焊条（如BM310MoL或Sandvik25.22.2LMn焊条）。

进行尿素级双相不锈钢夹套管的焊接时，往往出现尿素级双相不锈钢与碳钢组合的焊接。焊接的方法有两种，一种是先在碳钢一侧用焊条E309L堆焊一过渡层，打磨后，按双相钢同种材料焊接工艺施焊。这种方法适用于厚壁对接焊缝。另一种是直接用25-22-2型焊接材料施焊，这种方法在焊接夹管时有明显的优越性。

此时，可采用下列组合的焊接材料：25-22-2型焊丝（如2RM-69或Sandvik25.22.2LMn焊丝）、25-22-2型焊条（如BM310MoL或Sandvik25.22.2LMn焊条）。

（5）焊接参数　以焊接热输入来综合地表示焊接参数。在现场焊接条件下焊接热输入通常在10～40kJ/cm的范围内变化，其铁素体含量都大于40％，符合规范要求；其金相组织为铁素体+奥氏体，没有σ相析出。焊接热输入的确定（通过多次工艺评定）应以获得最佳综合物理-化学性能的焊接接头为主要目标。

以某国外工程双相不锈钢为例，其焊接参数参见下表。

焊接参数一览表

（6）预热、层间温度控制和焊后热处理　尿素级双相不锈钢焊接不要求预热和焊后热处理。如前所述，层间温度控制也是没有必要的。

焊接工艺评定试件的坡口尺寸按上图（双相不锈钢对接接头的坡口尺寸）加工，焊接位置与现场焊接施工相适应。试件按编制的WPS所规定的焊接条件施焊。试件的试验项目和合格标准由设计所采用的焊接工艺评定标准决定。

鉴于尿素级双相不锈钢常与尿素级316L奥氏体不锈钢并列使用且用来构成夹套管道，因此，在管道焊接中应完成三组材料组合的焊接工艺评定，即双相不锈钢+双相不锈钢；双相不锈钢+316L奥氏体不锈钢；双相不锈钢+碳钢。

休氏试验（Huey Test）对于尿素级双相不锈钢，如同对于尿素级316L奥氏体不锈钢一样是必须做的。休氏试验一般按ASTM A262标准中的“C”法进行。但是，不同的设计单位和制造厂家可按具体使用条件的特点进行必要的变更和补充。对试验结果的评定也是如此。意大利TECNIMONT公司对尿素级双相不锈钢SAF2205和尿素级奥氏体不锈钢AISI316L管材及焊接接头休氏试验的接收标准列于下表，可供参考。

意大利TECNIMONT公司焊接接头休氏试验接收标准

焊接工艺评定合格后，原编制的WPS即为有效。

焊接工艺评定合格后，即可根据焊工考试规则组织相应项目的焊工培训与考试。采用哪种焊工考试规则由设计决定或由工程标准给出。焊工考试试件的检验项目和合格标准按所采用的焊工考试规则而定。

坡口准备

①焊接施工时焊缝的坡口尺寸按上图加工。

②应采用机械方法（车床、专用砂轮机、坡口机等）切割和加工坡口；当采用等离子弧方法加工坡口后，应除去坡口表面的氧化皮、熔渣及影响接头质量的表面层，并应将凹凸不平处打磨平整。对于管道上的开孔，应采用台钻或角磨机等机械方法进行开孔和修磨坡口。

③砂轮打磨应采用不含铁的氧化铝或碳化硅材质的砂轮片。

焊前清理与保护

①焊前应对坡口及两侧各100mm范围内的氧化皮、油脂、灰尘和其他污染物等进行清理，先用不锈钢丝刷或专用砂轮机清理，再用丙酮清洗干净。

②焊条电弧焊时，坡口两侧各100mm范围内，宜在施焊前涂刷防护剂等防止焊接飞溅物沾污焊件表面的措施。

组对

①焊件地面组对时应用枕木或橡胶板铺垫隔离地面，尽可能避免使用卡具。

②使用工卡具时，工卡具的材质应为双相钢或奥氏体不锈钢，不得使用碳钢工卡具。工卡具焊接应采用与正式焊缝焊接相同的焊材和焊接工艺。

③管道组对时，内壁错边量不应大于壁厚的10％，且不得超过0.5mm。若内壁错边量超过规定值，应开1:4的锥形内坡口。

定位焊

①焊接定位焊缝的焊接材料和焊接工艺应与正式焊接相同，且应由合格焊工施焊。

②定位焊缝采用钨极氩弧焊时，背面应进行氩气保护。

③定位焊缝应均匀分布，定位焊缝的长度宜为10～15mm，高度宜为2～4mm，且不应超过壁厚的2/3。

④定位焊缝应保证焊透及熔合良好，且不得有气孔、夹钨、裂纹等焊接缺陷。

⑤定位焊缝应平缓过渡到母材上，且焊缝两端应磨削成缓坡。

现场施焊与焊缝检验

①由考试合格的焊工按生效的WPS进行现场焊接。

②焊缝检验项目范围和合格标准应遵循设计所采用的标准或工程标准的规定。通常，尿素级双相不锈钢应用于尿素装置中的高压管道，在此情况下，往往要求对底层焊道做100％着色检验，对最终焊缝做100％的射线检查、铁素体检查。焊接返修时应采用砂轮打磨的方法消除焊接缺陷，严禁采用碳弧气刨等热加工方法。

①某国外年产52万吨的尿素装置，从高压混合器到合成塔有几条高压管线使用双相不锈钢SA312-DP-3，经底层焊道100％着色检验和最终焊缝100％射线透视和着色检验，从未发现裂纹，射线透视片合格率100％。

②国内某老系统技改工程将年产16万吨尿素车间的全部316L高压管道用Sandvik2 SAF2205（ASTM A790）双相不锈钢代替。射线透视片的一次合格率99.45％。

③巴基斯坦尿素装置，采用的是DUPLEX SA790 UNSS31803、SAFUREX A790 UNSS32906双相不锈钢，规格为：管径ф21.3～406.4mm，壁厚为：3.73～21.44mm。焊口根层着色100％合格、射线检查共透视1600张胶片，一次合格率99.5％。 

该双相不锈钢的焊接在巴基斯坦、重庆涪陵建峰化工厂45/80工程80万吨/年尿素装置、呼伦贝尔金新化工50/80工程80万吨/年尿素装置等项目中多次得到运用和验证，焊接一次合格率分别达到99.5％、99.6％、98.2％以上，至今仍安全运行。