双相不锈钢是近几年发展较快的一种新型不锈钢材料，它的强度高、抗晶间腐蚀能力、耐应力腐蚀能力、抗腐蚀疲劳能力等都有大幅度的提高。S31803属于第二代双相不锈钢，它是一种含氮的超低碳不锈钢，因其优良的力学性能和耐腐蚀性能被广泛应用于石油、化工等领域中，因此对S31803双相钢焊接性的研究具有重要意义。
实验所用板材为山西太钢不锈钢股份有限公司生产的S31803板材，其化学成分(质量分数，%)为：0.019C，0.720Si，1.290Mn，0.027P，0.001S，21.530Cr，5.190Ni，0.150Cu，0.161N，3.050Mo；其力学性能为：σs=555MPa，σb=770MPa，δ≥235%，硬度为235HB。将其加工成100mm×300mm×20mm的试板。S31803双相不锈钢要求全熔透，由于板材较厚(20mm)，因此实验中采用X型坡口，为保证焊接坡口的质量，选用机械加工的方法进行坡口的制备。试验采用采用钨极氩弧焊(GTAW)进行焊接，选用的焊条以及焊丝牌号均为ER2209；使用Ar+2%N2作为保护气体，避免表面层焊缝金属的N损失，促进焊缝中奥氏体的生成；背面采用纯氮气保护。本焊缝采用多层多道焊，层间温度选择要低于100℃，焊接工艺参数见表1。
表1焊接工艺参数
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焊层 |
焊接方法 |
焊丝规格 |
电流极性 |
电流/A |
电压/V |
焊接速度/(mm·min-1) |
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1~2 |
GTAW |
Φ2.0 |
DCEN |
120~160 |
12~16 |
100~120 |
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4,7 |
GTAW |
Φ3.2 |
DCEN |
100~1120 |
22~24 |
130~150 |
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3,8,9 |
GTAW |
Φ4.0 |
DCEN |
120~150 |
22~24 |
130~150 |
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5~6,10~12 |
GTAW |
Φ4.0 |
DCEN |
160~190 |
22~24 |
130~150 |
为保证焊接质量，控制焊缝金属的组织、性能，焊接前，应采用机械和化学清洗的方法，对焊接坡口及其两侧各50mm范围内的氧化皮、油脂、灰尘、水和污染物等进行彻底清理。焊接前，使用配置的酸液对坡口内侧进行必要的酸洗，彻底消除杂质等对焊缝金属的影响。焊接完成以后，立即使用专用的不锈钢丝刷趁热擦刷焊道表面，消除焊缝表面的氧化色，以防止双相不锈钢耐腐蚀性能的下降。
为研究固溶处理对焊接试件微观组织的影响，将部分焊件进行固溶处理。将焊接试件加热到1050℃，保温0.5h，1050～600℃缓慢冷却，600℃以后快速冷却。
焊缝未固溶处理时，组织中的奥氏体大部分在铁素体的晶界处形成，有一小部分在铁素体的晶内析出；经固溶处理的组织中奥氏体在铁素体的晶界处形成，晶内奥氏体的析出很少，焊缝晶粒比未固溶处理的细小。固溶处理后的热影响区晶粒明显小于未固溶处理的晶粒，固溶处理过程中奥氏体的重新析出会使铁素体的晶粒变小。固溶处理后，奥氏体的形状由原来长条状变成圆状；同时，固溶处理使得第三相消失。（榕霖）
