國內，有幾家船廠造過或也正在造不鏽鋼化學品船，出於同行業競爭的緣故，對各項建造技術也鮮有文獻報導。因此，我們只能立足於自己，深入開展對不鏽鋼化學品船建造技術的研究，特別是對焊接工藝的探討。
一. 雙相不鏽鋼材料特性
2.1 成分特點 第二代雙相不鏽鋼2205，成分特點是超低碳、含氮，其典型成分為：22％Cr+5％Ni+0.17％N（見表1）。
表1 雙相不鏽鋼化學成分（質量分數%）
2.2 組織特點雙相不鏽鋼在室溫下固熔體中奧氏體和鐵素體約各佔半數，（雙相不鏽鋼2205鐵素體含量應為30％～55％，典型值是45％左右）兼有兩項組織特徵，見圖1。它保留了鐵素體不鏽鋼導熱係數大、線膨脹係數小、耐點蝕及應力腐蝕的特點，又具有奧氏體不鏽鋼韌性好、脆性轉變溫度較低、抗晶間腐蝕、力學性能和焊接性能好的特點。
圖1 2205板材典型顯微組織
2.3 2205雙相不鏽鋼的優點1.良好的抗均勻腐蝕能力 2.良好的抗間隙腐蝕和點腐蝕能力 3.極高的抗應力腐蝕開裂和疲勞腐蝕斷裂能力 4.較高的強度 5.良好的抗摩擦腐蝕和侵蝕腐蝕能力 6.較高的衝擊功吸收能力 7.極低的熱膨脹係數 8.良好的可焊性 9.較低的全壽命維護成本
2.4 2205雙相不鏽鋼的缺點1.由於強度較高，塑性變形（冷彎）時需要較大的外力 2.與奧氏體不鏽鋼相比，彎曲後的回彈率較大 3.與奧氏體不鏽鋼相比，塑性較低，彎曲時需要有較大的彎曲半徑 4.較高的硬度和加工硬化率，在機加工時會減少刀具的壽命 5.由於存在475℃脆性，對工作溫度區間有限制 6.金屬間化合物的析出（σ相）會影響抗腐蝕性和韌性 7.合理的可焊性要求比奧氏體不鏽鋼更多的控制措施 因此，選擇用雙相不鏽鋼來做化學品船的內殼的用戶越來越多。
二.坡口型式的設計接頭設計要考慮的因素 1.要完全熔透 2.儘可能減少母材金屬稀釋到熔敷金屬中的比例 3.坡口的加工方法應儘量採用機加工，最好是銑邊機銑 4.焊接工藝方法和設備能力狀況 5.由於雙相不鏽鋼的導熱係數只有碳-錳鋼的1/3，因此在設計單面焊接頭時應適當增加鈍邊 的厚度，防止焊趾處焊穿或咬邊 該型船貨艙內壁全部採用雙相不鏽鋼板製作，總量約2000噸，厚度8.5～16mm，少量厚度＞30mm的。考慮到對不鏽鋼材料保護，貨艙區分段製作劃分為碳鋼分段製作和不鏽鋼分段製作兩個獨立的流程。對雙層底分段、舭部分段和舷側分段在碳鋼分段車間內將除不鏽鋼以外的碳鋼結構裝配、焊接完成後，再送不鏽鋼車間進行貼覆貨艙內殼不鏽鋼板，對槽型、底墩和甲板分段，這些不涉及碳鋼分段車間的作業，將碳鋼小組件和分段散裝件直接送不鏽鋼車間進行分段組裝。一般用於奧氏體不鏽鋼的焊接方法，都可以用於雙相不鏽鋼的焊接，我們考慮在30000噸不鏽鋼化學品船的雙相不鏽鋼貨艙內殼製作中，拼板採用埋弧自動焊，結構和合攏縫採用CO2氣體保護雙面焊和單面焊，一些狹小的部位不宜採用前述焊接方法的採用手工焊條電弧焊，修補採用手工電弧焊和鎢極氬弧焊。 根據不同類型的接頭，不同的焊接方法，以及板厚、焊接位置等全面考量，我們對全船的不鏽鋼接頭的坡口型式進行了設計，這是30000噸不鏽鋼化學品船能否成功建造的關鍵。經過反覆考慮，多次修改、優化，13次易稿，終於完成了30000噸不鏽鋼化學品船不鏽鋼內壁製作所有接頭坡口型式的設計。
三.焊接材料的選擇該型船入LR級，2205雙相不鏽鋼板材選用的是新日鐵的經LR認可的中、厚板，與之配套的焊材也只能選擇經過英國勞氏船級社認可的焊接材料。LR對此類焊材的規定是： 1.只有具有認可級別S31803的焊接材料可以用於雙相不鏽鋼之間的接頭焊接 2.只有具有認可級別DUP/CMn的焊接材料可用於雙相不鏽鋼與碳-錳鋼之間的接頭焊接 3.英國勞氏船級社目前還沒有專用於雙相不鏽鋼與奧氏體不鏽鋼之間的接頭焊接的專用材料級別，如果適宜的焊接材料具有S31803或SS/CMn的認可級別也可以考慮用於雙相不鏽鋼與奧氏體不鏽鋼之間的接頭焊接根據上述規定，我們選用了瑞典Avesta的不鏽鋼焊材（包括埋弧焊絲與焊劑、電焊條、藥芯焊絲等）各類焊接材料的化學成分見表2
表2 雙相不鏽鋼焊材的化學成分（%）
四.焊接認可5.1 焊接工藝認可 焊接認可試驗方案（p-WPS）從工廠角度考慮，應綜合考慮焊接質量和焊接效率，必須能滿足施工要求。試驗方案應能全部覆蓋實際施工時的雙相不鏽鋼的級別、板厚、焊接位置和焊接方法。方案還應該包括定位焊，單道填角焊縫以及焊縫修補。同時還要考慮與C-Mn鋼、與奧氏體不鏽鋼等不同鋼種之間連接焊縫的認可試驗。LR船級社對理化試驗方面的要求：雙相不鏽鋼之間的焊接工藝認可試驗 1.機械性能試驗 對接接頭：橫向拉伸試樣2個、彎曲試樣4個、衝擊試樣3組、 宏觀和硬度試樣1個 角接接頭：破斷試樣2個、宏觀試樣3個、硬度試樣1個 2.腐蝕試驗 200倍或更高的焊縫金屬和熱影響區的微觀組織試樣1個、焊縫和熱影響區表面鐵素體含量測定試樣1個、點蝕試樣1個。 雙相不鏽鋼與C-Mn鋼之間的焊接工藝認可試驗 機械性能試驗項目和數量同上 腐蝕試驗免做 經過反覆考慮和船級社溝通，最終確定了試驗的方案和項目，在正式做試驗前，對擔任試驗項目試板焊制任務的焊工進行了短期培訓，對雙相不鏽鋼的焊接特點要有所了解，操作手法和運條方法也有別於碳鋼焊接，在一切準備工作就緒後，我們按試驗方案在船檢、船東的見證下，完成了所有工藝認可項目，並經船級社籤字確認。
5.2 焊工資質認可英國勞氏船級社規範沒有具體規定焊接操作的資質認可細節，但是依據ISO 14732標準的要求，對所有參與不鏽鋼化學品船焊接的操作工進行了取證。LR船級社規定： 1.持有C-Mn鋼認可資質的焊工不能獲得焊接雙相不鏽鋼的資質，只有獲得雙相不鏽鋼認可資質的焊工可以焊接雙相不鏽鋼 2.持有奧氏體不鏽鋼認可資質的焊工具有焊接雙相不鏽鋼的資格 3.持有雙相不鏽鋼或奧氏體不鏽鋼認可資質的焊工，也同時具有焊接雙相不鏽鋼/C-Mn鋼和雙相不鏽鋼/奧氏體不鏽鋼異種接頭的資格 4.只有雙相不鏽鋼或奧氏體不鏽鋼認可資質的焊工不能獲得焊接C-Mn鋼的資格因此，擔任該產品施焊任務的焊工不僅要有碳鋼焊接資格證書，而且還要持有雙相不鏽鋼或奧氏體不鏽鋼焊接資格證書，為了能順利地取得資質認可，需要對這些焊工進行專門的培訓，培訓分基本理論知識培訓和技能操作培訓，所採用的母材與焊材均與實船使用材料相同。
五.焊接工藝雙相不鏽鋼的焊接性，相對於奧氏體不鏽鋼熱裂敏感性低。相對於鐵素體不鏽鋼塑性降低及冷裂傾向小。重點在於熱影響區性能變化及接頭鐵素體含量控制。 為了抑制焊縫中鐵素體的過量增加，採用奧氏體佔優勢的焊縫金屬是雙相不鏽鋼的焊接趨勢。根據研究和試驗發現，影響雙相鋼雙相組織平衡的影響因素主要有以下幾個方面： 6.1 合金元素的影響 一般採取在焊接材料中提高鎳或是加氮這兩條途徑。通常鎳的含量比母材高2％～4％，Avesta的雙相鋼焊材的鎳含量就高達8％～10％之間。如果用含氮的填充材料比只提高鎳的填充材料效果更好，兩種元素都可以增加奧氏體相的比例並使其穩定，加氮不僅能延緩金屬間相的析出，而且還可提高焊縫金屬的強度和耐蝕性能。 6.2 熱循環的影響 雙相不鏽鋼焊接的最大特點是焊接熱循環對焊接接頭內的組織有影響，無論焊縫還是熱影響區都會有相變發生，這對焊接接頭的性能有很大影響。因此，多層多道焊是有益的，後續焊道對前層焊道有熱處理作用，焊縫金屬中的鐵素體能進一步轉變為奧氏體，成為以奧氏體佔優勢的兩相組織。 6.3 工藝參數的影響 焊接工藝參數即焊接線能量對雙相組織的平衡也起著關鍵的作用。由於雙相不鏽鋼在高溫下是100％的鐵素體，若線能量過小，熱影響區冷卻速度快，奧氏體來不及析出，過量的鐵素體就會在室溫下過冷保持下來。若線能量過大，冷卻速度太慢，儘管可以獲得足夠的奧氏體，但也會引起熱影響區的鐵素體晶粒長大以及σ相等有害金屬相的析出，造成接頭脆化。為了避免上述情況的發生，最佳的措施是控制熱輸入值和層間溫度，並使用填充金屬。此外，我們採取了以下必要的工藝措施： 1.必須按照認可的焊接工藝上所列的焊接參數來進行焊接 2.坡口的加工必須是按認可的型式加工，採用機械方法加工，尺寸精確到位。 3.所有使用的工具應採用不鏽鋼製造，避免鋼板表面碳元素汙染 4.在焊前對所有焊接過程將被加熱的區域進行嚴格的清潔 5.所有在不鏽鋼化學品船上使用的焊接設備必須完好，各類儀表靈敏、準確有效 6.焊接材料應按規定進行烘乾。保管、發放，應有專人操作 7.通常情況下，焊接熱輸入應控制在0.5-2.5KJ/mm的範圍內 8.多層多道焊時，層間溫度控制在150℃以下（應備有測溫儀，接觸式的最好） 9應儘可能減少焊接修理的數量 10.定位焊的質量非常重要，應由持證焊工擔任定位焊的工作 11.採用100％的CO2氣體，必須保證氣體的純度，氣體流量選擇20-25L/min 12.雙面焊時，清根方法選擇等離子氣刨機，禁止使用碳弧氣刨 13.避免在焊接區域以外的地方引弧，修補焊縫禁止點補 14.不鏽鋼焊接熔深淺，未熔合很難察覺，多層多道焊時，層間打磨很重要，對全焊透的焊縫質 量要求高，為了避免返工，焊接過程中有可能要多次進行著色檢查，早點發現，早點清除 15.要備有鐵素體測定儀器，對焊縫和熱影響區的鐵素體含量進行抽查 16.必須要有焊縫修補工藝 雙相不鏽鋼焊接可能發生的質量問題，對焊工來說並不是顯而易見的，因此，在焊接過程中加強目視檢查。哪怕是一些微小的缺陷也必須清除，以消除後患，焊工必須意識到焊縫的總體質量取決於是否嚴格地執行焊接工藝，船舶交付使用後，要通過實際使用中焊接接頭的韌性和耐腐蝕性來衡量的。船廠應牢記良好的雙相不鏽鋼焊接質量永遠不會偶然天成，必須依靠可靠的質量保證體系。焊工和焊接操作工應該牢記雙相不鏽鋼的焊接重要特徵，摒棄焊碳鋼結構的一些不良習慣，這樣才能做好雙相不鏽鋼的焊接工作。