双相不锈钢具有优良的力学性能和腐蚀性能,被广泛应用于石油化工、海洋结构和船舶行业。双相不锈钢的优异性能是建立在合理的双相比基础上,然而焊接后接头双相比例失衡严重,造成接头性能显著降低。在实际应用中手工焊条电弧焊(SMAW)的使用最为普及,所以研究手工焊条电弧焊焊后接头组织及性能很有必要。本文采用三层三道焊,使用两种焊条(焊条E2209-16、焊条309MoL)对6mm厚2205双相不锈钢进行平板对接试验,每种焊条分别进行不同焊接位置、不同热输入的焊接试验。重点研究了不同焊接位置、不同热输入对接头微观组织、力学性能的影响,以及不同工艺参数对接头残余应力的影响。研究表明,焊后接头没有出现宏观缺陷,焊缝成形良好。接头焊缝区铁奥两相含量差距明显,焊缝区奥氏体含量最高,热影响区奥氏体含量最低,由于焊条309MoL中Ni元素含量远远高于母材和焊条E2209-16,使焊后获得接头焊缝区奥氏体含量比焊条E2209-16获得接头高。XRD分析表明所有接头焊缝区没有出现有害次生相。扫描电镜和能谱分析表明接头合金元素在热作用下发生了扩散迁移,使得冷却时铁素体晶界优先析出奥氏体,后续的热循环使铁素体晶内析出大量细小奥氏体。三层三道焊得到的接头每层焊道之间的奥氏体组织形态和含量存在差异。接头力学性能测试表明,焊条309MoL焊接试样抗拉强度低于焊条E2209-16焊接试样,且试样全部断裂在焊缝。平焊刚性固定试样延伸率最小,这与接头较大。弯曲试验中所有接头面弯和背弯都没有出现裂纹,表明接头塑韧性良好。冲击测试中热影响区冲击值高于焊缝,但都低于母材,焊缝冲击断口断口存在大量韧窝且全部为韧性断裂,而热影响区断口存在较大范围的平齐的解理面或准解理面以及少量韧窝,所以断裂方式为脆性为主的韧脆混合断裂机制。接头硬度值和所在区域的奥氏体含量相关,热影响区硬度值最高,焊缝中盖面层的硬度值最小。利用ANSYS有限元软件对焊接过程进行温度场和应力场模拟计算,结果表明三层三道焊中第二层焊道焊接热循环曲线的最高温度高于其他两层焊道,达到了2800°C,对接头冷却时间产生很大影响,从而影响接头组织析出含量。接头下层热影响区受到三次热循环作用,每次热循环最高温度都超过母材相变温度。应力场测试表明接头焊缝区纵向和横向残余应力相反,横向表现为拉应力,纵向表现为压应力,横向残余应力在远离焊缝的区域拉应力逐渐过渡为压应力最后趋为零,小孔法测试应力与模拟值较吻合。对变形严重的板材进行机械矫正,拉伸测试结果显示矫正后板材抗拉强度略升高,应力应变曲线中屈服阶段不明显,且试样断裂于焊缝,断口存在细小的韧窝,韧性降低。