雙相不銹鋼焊接的最大特點是焊接熱循環(huán)對焊接接頭組織的影響，無論焊縫金屬或是焊接HAZ都會有重要的相變發(fā)生。問題的關(guān)鍵是要使焊縫金屬或是焊接HAZ均能保持適量的α相和γ相的組織。
圖9.84是美國焊接研究會采用的Fe-Cr-Ni偽三元截面相圖，圖中標(biāo)明了幾種雙相不銹鋼所處的位置。實際上所有的雙相不銹鋼從液相凝固后都是完全的鐵素體組織，一直保留到鐵素體溶解度曲線的溫度，只在冷至更低的溫度，部分鐵素體才轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體，形成α＋y的雙相組織。
圖9.84還可用于大致說明成分對焊接HAZ的組織的影響。當(dāng)鉻含量與鎳含量之比大于2.0時，隨其比值的增加，鐵素體溶解度曲線溫度急劇下降，鐵素體相的范圍相應(yīng)擴大。從圖上幾種是雙相不銹鋼比較可以預(yù)見，SAF 2205 和Ferralium 255 雙相不銹鋼焊縫熔合線附近焊接HAZ全部轉(zhuǎn)變?yōu)殍F素體的區(qū)域要比SAF 2507和UR52N＋超級雙相不銹鋼寬。
雙相不銹鋼的焊接HAZ按承受焊接熱循環(huán)峰值溫度的高低可分為高溫區(qū)（HTHAZ）和低溫區(qū)（LTHAZ）。前者位于鐵素體溶解度曲線至固相線這一溫度范圍（一般為1250℃至熔點），幾乎都是單相組織，后者基本處于兩相平衡區(qū)。雙相不銹鋼焊接時HAZ所受的峰值溫度從焊縫熔合線的固溶溫度到室溫是連續(xù)變化的，焊接HAZ的組織也是由隨之漸變的顯微組織梯度組成。常采用一次焊接熱模擬試驗再現(xiàn)單道焊接的焊接HAZ組織，采用二次焊接熱模擬試驗再現(xiàn)多層焊接的焊接HAZ組織。這種模擬試驗的結(jié)果與焊接的實際結(jié)果是一致的。
除利用相圖分析和判定雙相不銹鋼焊接HAZ和焊縫金屬的組織特性外，還可以利用各種線性關(guān)系式：
鋼中的P值越大，焊接HAZ的α相含量越高。B＜7時，焊接HAZ為理想的α＋y兩相組織。但進(jìn)一步的研究表明，模擬單道焊接時，B＜7尚不足以使HTHAZ形成健全的兩相組織，y相僅在部分α相晶界析出，還在晶界、晶內(nèi)析出大量的氮化物，對鋼的塑韌性和耐蝕性能影響較大。根據(jù)幾種含25％Cr雙相不銹鋼的研究結(jié)果，單道焊時，只有B≤4才能保證HTHAZ獲得良好的α＋γ兩相組織，只在模擬多層焊接時，B＜7才是有效的。二次熱循環(huán)的峰值溫度經(jīng)實測大致為900～1200℃，可使第一次熱模擬的HTHAZ組織在此承受二次熱循環(huán)的加熱，促使γ相的進(jìn)一步析出，這對進(jìn)一步細(xì)化晶粒、減少碳氮析出物都是非常有利的。
焊接HAZ的組織與性能與母材的相比例直接有關(guān)。在HAZ中有適當(dāng)數(shù)量的y相，可使碳氮化物的析出大為減少，塑韌性和耐蝕性得到改善。當(dāng)母材的a／γ＝65／35時，焊接HAZ內(nèi)奧氏體含量少且有純鐵素體晶界，鐵素體晶內(nèi)還會析出較多的氮化物，特別在HTHAZ內(nèi)，這都導(dǎo)致焊接HAZ的韌性和耐蝕性下降。當(dāng)母材α／γ≈50／50時，焊接HAZ組織為理想的雙相組織，母材和焊接HAZ性能優(yōu)良，可滿足焊接結(jié)構(gòu)用材的要求。當(dāng)母材γ相含量大于60％時，不僅鋼的耐蝕性能下降，而且鋼的熱加工性能也將下降。因此，生產(chǎn)焊接用雙相不銹鋼時，應(yīng)對相比例進(jìn)行控制。
含氮雙相不銹鋼相比例失調(diào)時，在其焊接HAZ中出現(xiàn)純α相或γ相極少。由于氮幾乎不溶于α相中，故有大量氮化物析出，其性能顯著下降。
綜上所述，控制雙相不銹鋼兩相的比例可以通過控制鋼B值來實現(xiàn)，同時針對各爐次的具體成分選擇固溶溫度對相比例進(jìn)行微調(diào)也是可行的。
雙相不銹鋼的焊接HAZ的組織還受焊接參數(shù)的影響。為了保持理想的兩相組織和滿意的性能，雙相不銹鋼在焊接時要求遵守規(guī)定的焊接工藝過程，選擇合理的工藝參數(shù)。過高的α相含量會增加焊件的脆性，而過低的α相含量又會引起應(yīng)力腐蝕破裂。應(yīng)控制好焊后的冷卻速率，而冷卻速率與焊接線能量有關(guān)。低的線能量時冷卻速率快，鋼中有過高的α相含量。過高的線能量，冷卻速率過慢，y相轉(zhuǎn)變充分，但會導(dǎo)致HAZ粗晶和金屬間化合物的析出。常用1200～800℃（Δt12-8）或800～500℃（Δt8-5）溫度區(qū)間的冷卻時間來表示冷卻速率，前者接近于y相形成的溫度范圍。通常選用的Δt8-5時間范圍為8～30s，相對Δt12-8時間范圍為4～15s，冷卻速率的范圍20～50℃/s。線能量范圍一般控制在0.5～2.0kJ/mm。
