国内，有几家船厂造过或也正在造不锈钢化学品船，出于同行业竞争的缘故，对各项建造技术也鲜有文献报道。因此，我们只能立足于自己，深入开展对不锈钢化学品船建造技术的研究，特别是对焊接工艺的探讨。

一.双相不锈钢材料特性

2.1成分特点第二代双相不锈钢，成分特点是超低碳、含氮，其典型成分为：22％Cr+5％Ni+0.17％N（见表1）。

表1双相不锈钢化学成分（质量分数%）

2.2组织特点双相不锈钢在室温下固熔体中奥氏体和铁素体约各占半数，（双相不锈钢铁素体含量应为30％～55％，典型值是45％左右）兼有两项组织特征，见图1。它保留了铁素体不锈钢导热系数大、线膨胀系数小、耐点蚀及应力腐蚀的特点，又具有奥氏体不锈钢韧性好、脆性转变温度较低、抗晶间腐蚀、力学性能和焊接性能好的特点。

图1板材典型显微组织

2.3双相不锈钢的优点1.良好的抗均匀腐蚀能力2.良好的抗间隙腐蚀和点腐蚀能力3.极高的抗应力腐蚀开裂和疲劳腐蚀断裂能力4.较高的强度5.良好的抗摩擦腐蚀和侵蚀腐蚀能力6.较高的冲击功吸收能力7.极低的热膨胀系数8.良好的可焊性9.较低的全寿命维护成本

2.4双相不锈钢的缺点1.由于强度较高，塑性变形（冷弯）时需要较大的外力2.与奥氏体不锈钢相比，弯曲后的回弹率较大3.与奥氏体不锈钢相比，塑性较低，弯曲时需要有较大的弯曲半径4.较高的硬度和加工硬化率，在机加工时会减少刀具的寿命5.由于存在℃脆性，对工作温度区间有限制6.金属间化合物的析出（σ相）会影响抗腐蚀性和韧性7.合理的可焊性要求比奥氏体不锈钢更多的控制措施因此，选择用双相不锈钢来做化学品船的内壳的用户越来越多。

二.坡口型式的设计接头设计要考虑的因素1.要完全熔透2.尽可能减少母材金属稀释到熔敷金属中的比例3.坡口的加工方法应尽量采用机加工，最好是铣边机铣4.焊接工艺方法和设备能力状况5.由于双相不锈钢的导热系数只有碳-锰钢的1/3，因此在设计单面焊接头时应适当增加钝边的厚度，防止焊趾处焊穿或咬边该型船货舱内壁全部采用双相不锈钢板制作，总量约吨，厚度8.5～16mm，少量厚度＞30mm的。考虑到对不锈钢材料保护，货舱区分段制作划分为碳钢分段制作和不锈钢分段制作两个独立的流程。对双层底分段、舭部分段和舷侧分段在碳钢分段车间内将除不锈钢以外的碳钢结构装配、焊接完成后，再送不锈钢车间进行贴覆货舱内壳不锈钢板，对槽型、底墩和甲板分段，这些不涉及碳钢分段车间的作业，将碳钢小组件和分段散装件直接送不锈钢车间进行分段组装。一般用于奥氏体不锈钢的焊接方法，都可以用于双相不锈钢的焊接，我们考虑在吨不锈钢化学品船的双相不锈钢货舱内壳制作中，拼板采用埋弧自动焊，结构和合拢缝采用CO2气体保护双面焊和单面焊，一些狭小的部位不宜采用前述焊接方法的采用手工焊条电弧焊，修补采用手工电弧焊和钨极氩弧焊。根据不同类型的接头，不同的焊接方法，以及板厚、焊接位置等全面考量，我们对全船的不锈钢接头的坡口型式进行了设计，这是吨不锈钢化学品船能否成功建造的关键。经过反复考虑，多次修改、优化，13次易稿，终于完成了吨不锈钢化学品船不锈钢内壁制作所有接头坡口型式的设计。

三.焊接材料的选择该型船入LR级，双相不锈钢板材选用的是新日铁的经LR认可的中、厚板，与之配套的焊材也只能选择经过英国劳氏船级社认可的焊接材料。LR对此类焊材的规定是：1.只有具有认可级别S的焊接材料可以用于双相不锈钢之间的接头焊接2.只有具有认可级别DUP/CMn的焊接材料可用于双相不锈钢与碳-锰钢之间的接头焊接3.英国劳氏船级社目前还没有专用于双相不锈钢与奥氏体不锈钢之间的接头焊接的专用材料级别，如果适宜的焊接材料具有S或SS/CMn的认可级别也可以考虑用于双相不锈钢与奥氏体不锈钢之间的接头焊接根据上述规定，我们选用了瑞典Avesta的不锈钢焊材（包括埋弧焊丝与焊剂、电焊条、药芯焊丝等）各类焊接材料的化学成分见表2

表2双相不锈钢焊材的化学成分（%）

四.焊接认可5.1焊接工艺认可焊接认可试验方案（p-WPS）从工厂角度考虑，应综合考虑焊接质量和焊接效率，必须能满足施工要求。试验方案应能全部覆盖实际施工时的双相不锈钢的级别、板厚、焊接位置和焊接方法。方案还应该包括定位焊，单道填角焊缝以及焊缝修补。同时还要考虑与C-Mn钢、与奥氏体不锈钢等不同钢种之间连接焊缝的认可试验。LR船级社对理化试验方面的要求：双相不锈钢之间的焊接工艺认可试验1.机械性能试验对接接头：横向拉伸试样2个、弯曲试样4个、冲击试样3组、宏观和硬度试样1个角接接头：破断试样2个、宏观试样3个、硬度试样1个2.腐蚀试验倍或更高的焊缝金属和热影响区的微观组织试样1个、焊缝和热影响区表面铁素体含量测定试样1个、点蚀试样1个。双相不锈钢与C-Mn钢之间的焊接工艺认可试验机械性能试验项目和数量同上腐蚀试验免做经过反复考虑和船级社沟通，最终确定了试验的方案和项目，在正式做试验前，对担任试验项目试板焊制任务的焊工进行了短期培训，对双相不锈钢的焊接特点要有所了解，操作手法和运条方法也有别于碳钢焊接，在一切准备工作就绪后，我们按试验方案在船检、船东的见证下，完成了所有工艺认可项目，并经船级社签字确认。

5.2焊工资质认可英国劳氏船级社规范没有具体规定焊接操作的资质认可细节，但是依据ISO标准的要求，对所有参与不锈钢化学品船焊接的操作工进行了取证。LR船级社规定：1.持有C-Mn钢认可资质的焊工不能获得焊接双相不锈钢的资质，只有获得双相不锈钢认可资质的焊工可以焊接双相不锈钢2.持有奥氏体不锈钢认可资质的焊工具有焊接双相不锈钢的资格3.持有双相不锈钢或奥氏体不锈钢认可资质的焊工，也同时具有焊接双相不锈钢/C-Mn钢和双相不锈钢/奥氏体不锈钢异种接头的资格4.只有双相不锈钢或奥氏体不锈钢认可资质的焊工不能获得焊接C-Mn钢的资格因此，担任该产品施焊任务的焊工不仅要有碳钢焊接资格证书，而且还要持有双相不锈钢或奥氏体不锈钢焊接资格证书，为了能顺利地取得资质认可，需要对这些焊工进行专门的培训，培训分基本理论知识培训和技能操作培训，所采用的母材与焊材均与实船使用材料相同。

五.焊接工艺双相不锈钢的焊接性，相对于奥氏体不锈钢热裂敏感性低。相对于铁素体不锈钢塑性降低及冷裂倾向小。重点在于热影响区性能变化及接头铁素体含量控制。为了抑制焊缝中铁素体的过量增加，采用奥氏体占优势的焊缝金属是双相不锈钢的焊接趋势。根据研究和试验发现，影响双相钢双相组织平衡的影响因素主要有以下几个方面：6.1合金元素的影响一般采取在焊接材料中提高镍或是加氮这两条途径。通常镍的含量比母材高2％～4％，Avesta的双相钢焊材的镍含量就高达8％～10％之间。如果用含氮的填充材料比只提高镍的填充材料效果更好，两种元素都可以增加奥氏体相的比例并使其稳定，加氮不仅能延缓金属间相的析出，而且还可提高焊缝金属的强度和耐蚀性能。6.2热循环的影响双相不锈钢焊接的最大特点是焊接热循环对焊接接头内的组织有影响，无论焊缝还是热影响区都会有相变发生，这对焊接接头的性能有很大影响。因此，多层多道焊是有益的，后续焊道对前层焊道有热处理作用，焊缝金属中的铁素体能进一步转变为奥氏体，成为以奥氏体占优势的两相组织。6.3工艺参数的影响焊接工艺参数即焊接线能量对双相组织的平衡也起着关键的作用。由于双相不锈钢在高温下是％的铁素体，若线能量过小，热影响区冷却速度快，奥氏体来不及析出，过量的铁素体就会在室温下过冷保持下来。若线能量过大，冷却速度太慢，尽管可以获得足够的奥氏体，但也会引起热影响区的铁素体晶粒长大以及σ相等有害金属相的析出，造成接头脆化。为了避免上述情况的发生，最佳的措施是控制热输入值和层间温度，并使用填充金属。此外，我们采取了以下必要的工艺措施：1.必须按照认可的焊接工艺上所列的焊接参数来进行焊接2.坡口的加工必须是按认可的型式加工，采用机械方法加工，尺寸精确到位。3.所有使用的工具应采用不锈钢制造，避免钢板表面碳元素污染4.在焊前对所有焊接过程将被加热的区域进行严格的清洁5.所有在不锈钢化学品船上使用的焊接设备必须完好，各类仪表灵敏、准确有效6.焊接材料应按规定进行烘干。保管、发放，应有专人操作7.通常情况下，焊接热输入应控制在0.5-2.5KJ/mm的范围内8.多层多道焊时，层间温度控制在℃以下（应备有测温仪，接触式的最好）9应尽可能减少焊接修理的数量10.定位焊的质量非常重要，应由持证焊工担任定位焊的工作11.采用％的CO2气体，必须保证气体的纯度，气体流量选择20-25L/min12.双面焊时，清根方法选择等离子气刨机，禁止使用碳弧气刨13.避免在焊接区域以外的地方引弧，修补焊缝禁止点补14.不锈钢焊接熔深浅，未熔合很难察觉，多层多道焊时，层间打磨很重要，对全焊透的焊缝质量要求高，为了避免返工，焊接过程中有可能要多次进行着色检查，早点发现，早点清除15.要备有铁素体测定仪器，对焊缝和热影响区的铁素体含量进行抽查16.必须要有焊缝修补工艺双相不锈钢焊接可能发生的质量问题，对焊工来说并不是显而易见的，因此，在焊接过程中加强目视检查。哪怕是一些微小的缺陷也必须清除，以消除后患，焊工必须意识到焊缝的总体质量取决于是否严格地执行焊接工艺，船舶交付使用后，要通过实际使用中焊接接头的韧性和耐腐蚀性来衡量的。船厂应牢记良好的双相不锈钢焊接质量永远不会偶然天成，必须依靠可靠的质量保证体系。焊工和焊接操作工应该牢记双相不锈钢的焊接重要特征，摒弃焊碳钢结构的一些不良习惯，这样才能做好双相不锈钢的焊接工作。