雙相不銹鋼在實際應用過程中，不僅要求雙相不銹鋼母材有優良的性能，對焊接接頭性能也有著同樣的嚴格的要求。雙相(xiang)不銹鋼焊接(jie)接頭在使用時主要缺陷為脆性和耐蝕性下降，具體原因是焊縫及熱影響區兩相比例失調，二次相析出（金屬間相、氮化物等）和α相脆化等。采用常規的熔焊方法，如焊條電弧焊焊接中厚板，需要往復多道焊，效率較低，同時焊縫及熱影響區焊接熱循環經歷時間較長，容易產生金屬間相使接頭脆化，耐蝕性下降。而利用激光、電子束等高能焊時，因焊后冷速較快，不易填充金屬、焊縫及熱影響區的α和γ兩相比例不易控制，接頭沖擊和腐蝕性能會發生惡化。激光-MIG電弧復合焊能將復合熱源擴大作用范圍，降低焊接冷卻速度，同時容易使焊絲填充到焊接熔池形成焊縫。因此，應用于雙相不銹鋼焊接將是一種比較理想的方法，國內外卻少有這方面的研究。
1. 試驗方法
試驗母材選用2205（UNS31803）雙相不銹鋼，板厚8mm。焊材采用ER2209焊絲，=ф1.0mm。材料主要成分及性能見表4-27和表4-28，材料點蝕當量（PREN）按式PRENCr％＋3.3×Mo％＋16×N％計算。
焊件加工成I形坡口，焊前用丙酮擦拭坡口及附近表面以去除油污，坡口間隙設置為0.5mm。焊接裝配示意如圖4-12所示。采用YAG激光器，焦距長300mm，焊接時激光功率7kW，離焦量為0；電弧電壓為27.5V，送絲速度為12m／min，焊槍傾角60°，焊槍高度14mm。利用Ar＋2％N2混合氣體作為MIG焊槍正面保護氣，氣體流量為30L／min，以防雙相不銹鋼焊縫表面因擴散而損失氮。焊件背面保護氣為純氬，流量為5L／min。激光與電弧熱源之間距離2mm，焊接速度為3m／min，激光引導電弧。
焊后，制取拉伸試樣、沖擊試樣進(jin)行焊接(jie)接(jie)頭(tou)力學(xue)分析(xi)，金(jin)相試樣則(ze)利(li)用光學(xue)顯微鏡、掃描(miao)電鏡和鐵素(su)體儀(yi)進(jin)行微觀分析(xi)及兩相比(bi)例測定。
2. 試驗結(jie)果(guo)與評估
a. 焊接接頭宏觀形貌及顯微組織激光-MIG電弧復合焊接8mm厚2205雙相不銹鋼的焊縫接頭如圖4-13所示。從圖中可以看出，焊縫完全熔透，呈“丁”字形，上部有輕微凹陷，焊縫及熱影響區狹窄，成形良好。焊接接頭宏觀上分為三個區域：母材、熱影響區及焊縫。
焊接接頭各區的顯微(wei)組(zu)織如(ru)圖4-14所(suo)示，其中焊縫(feng)及熱(re)影響區深(shen)色部分為(wei)γ相(xiang)，淺色部分為(wei)α相(xiang)；母(mu)材(cai)則(ze)相(xiang)反(fan)。這種現象產(chan)生的原因可能與母(mu)材(cai)、焊縫(feng)區域α和(he)γ相(xiang)不(bu)同耐(nai)蝕性相(xiang)關(guan)。
b. 鐵素(su)(su)體(ti)(ti)測定母材區(qu)(qu)的(de)(de)(de)(de)α相(xiang)(xiang)和(he)γ相(xiang)(xiang)的(de)(de)(de)(de)比(bi)(bi)(bi)例(li)(li)(li)分(fen)(fen)別(bie)(bie)為(wei)(wei)45％和(he)55％；焊(han)縫(feng)(feng)區(qu)(qu)上(shang)(shang)部(bu)α和(he)γ兩相(xiang)(xiang)比(bi)(bi)(bi)例(li)(li)(li)分(fen)(fen)別(bie)(bie)為(wei)(wei)49％、51％，中下(xia)(xia)部(bu)α和(he)y兩相(xiang)(xiang)比(bi)(bi)(bi)例(li)(li)(li)分(fen)(fen)別(bie)(bie)為(wei)(wei)56％、44％；焊(han)縫(feng)(feng)熱(re)影(ying)響區(qu)(qu)α相(xiang)(xiang)和(he)γ相(xiang)(xiang)比(bi)(bi)(bi)例(li)(li)(li)分(fen)(fen)別(bie)(bie)為(wei)(wei)66％、34％。可見，各區(qu)(qu)域的(de)(de)(de)(de)鐵素(su)(su)體(ti)(ti)相(xiang)(xiang)比(bi)(bi)(bi)例(li)(li)(li)雖有(you)差異，但(dan)均在(zai)(zai)30％～70％的(de)(de)(de)(de)合理范圍內。這是(shi)由于焊(han)縫(feng)(feng)區(qu)(qu)和(he)熱(re)影(ying)響區(qu)(qu)因填(tian)(tian)充(chong)金(jin)屬及(ji)焊(han)后(hou)冷卻速(su)度的(de)(de)(de)(de)影(ying)響，而(er)造(zao)成兩相(xiang)(xiang)比(bi)(bi)(bi)例(li)(li)(li)的(de)(de)(de)(de)區(qu)(qu)別(bie)(bie)。Ni元素(su)(su)是(shi)奧氏(shi)體(ti)(ti)強烈形(xing)(xing)成及(ji)穩定元素(su)(su)，焊(han)縫(feng)(feng)區(qu)(qu)因填(tian)(tian)充(chong)Ni元素(su)(su)含量(liang)較(jiao)(jiao)高ER2209焊(han)絲，熔(rong)池(chi)快(kuai)速(su)凝固后(hou)產(chan)生(sheng)(sheng)焊(han)縫(feng)(feng)區(qu)(qu)的(de)(de)(de)(de)γ相(xiang)(xiang)比(bi)(bi)(bi)例(li)(li)(li)比(bi)(bi)(bi)焊(han)縫(feng)(feng)熱(re)影(ying)響區(qu)(qu)的(de)(de)(de)(de)要(yao)(yao)高，而(er)焊(han)縫(feng)(feng)區(qu)(qu)上(shang)(shang)、下(xia)(xia)部(bu)因填(tian)(tian)充(chong)金(jin)屬熔(rong)合比(bi)(bi)(bi)的(de)(de)(de)(de)影(ying)響，γ相(xiang)(xiang)比(bi)(bi)(bi)例(li)(li)(li)和(he)形(xing)(xing)貌產(chan)生(sheng)(sheng)差異。焊(han)縫(feng)(feng)區(qu)(qu)上(shang)(shang)部(bu)熔(rong)融(rong)的(de)(de)(de)(de)填(tian)(tian)充(chong)金(jin)屬較(jiao)(jiao)多(duo)，γ相(xiang)(xiang)比(bi)(bi)(bi)例(li)(li)(li)較(jiao)(jiao)高，在(zai)(zai)較(jiao)(jiao)快(kuai)冷卻的(de)(de)(de)(de)條件(jian)下(xia)(xia)，產(chan)生(sheng)(sheng)二(er)次奧氏(shi)體(ti)(ti)主(zhu)要(yao)(yao)分(fen)(fen)布(bu)在(zai)(zai)初始鐵素(su)(su)體(ti)(ti)晶(jing)間，呈鏈狀(zhuang)密排相(xiang)(xiang)連，少(shao)量(liang)二(er)次奧氏(shi)體(ti)(ti)分(fen)(fen)布(bu)在(zai)(zai)晶(jing)內，如圖4-14a所示；而(er)焊(han)縫(feng)(feng)區(qu)(qu)中、下(xia)(xia)部(bu)，填(tian)(tian)充(chong)金(jin)屬進入較(jiao)(jiao)少(shao)，γ相(xiang)(xiang)比(bi)(bi)(bi)例(li)(li)(li)較(jiao)(jiao)低(di)，快(kuai)冷條件(jian)下(xia)(xia)，二(er)次奧氏(shi)體(ti)(ti)相(xiang)(xiang)主(zhu)要(yao)(yao)為(wei)(wei)細小(xiao)顆粒，彌(mi)散分(fen)(fen)布(bu)在(zai)(zai)柱狀(zhuang)晶(jing)內，晶(jing)間二(er)次奧氏(shi)體(ti)(ti)相(xiang)(xiang)較(jiao)(jiao)少(shao)，在(zai)(zai)晶(jing)界處還發現有(you)鋸(ju)齒狀(zhuang)的(de)(de)(de)(de)魏氏(shi)二(er)次奧氏(shi)體(ti)(ti)產(chan)生(sheng)(sheng)，如圖4-14b所示。
c. 焊接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭力學(xue)性能復合(he)焊焊接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭的(de)(de)力學(xue)性能見表4-29。接(jie)(jie)頭拉伸時，斷裂(lie)位置發生在雙相不銹(xiu)鋼母材(cai)部分(fen)，斷裂(lie)強度為810MPa。在-40℃環(huan)境(jing)條(tiao)件下(xia)，接(jie)(jie)頭焊縫(feng)區的(de)(de)沖擊韌(ren)度仍較(jiao)高，為73J／c㎡，但遠低于熔合(he)線與(yu)熱(re)影響(xiang)區，這可能與(yu)焊縫(feng)區彌散分(fen)布的(de)(de)二次奧(ao)氏體相及(ji)柱狀的(de)(de)凝固(gu)組織有(you)關。
由于激光-MIG電弧復合焊(han)接(jie)熱(re)(re)輸入(ru)集中，焊(han)縫(feng)(feng)(feng)熱(re)(re)影響(xiang)區很窄，硬(ying)度(du)過渡(du)區不明顯(xian)(xian)，焊(han)縫(feng)(feng)(feng)區的(de)顯(xian)(xian)微硬(ying)度(du)最大(da)值為292HV1，比母(mu)材高30左(zuo)右，這可(ke)能是(shi)焊(han)縫(feng)(feng)(feng)區彌散分布(bu)的(de)晶內(nei)二次奧氏體相強化的(de)結果。
可見，利(li)用激光-MIG復合(he)焊接方法得到的(de)2205雙(shuang)相不銹鋼焊接接頭具有較(jiao)好的(de)力學性能(neng)。
d. 焊(han)(han)(han)接(jie)接(jie)頭(tou)(tou)腐(fu)蝕(shi)性(xing)能2205 雙相不銹(xiu)鋼母(mu)材(cai)及復合焊(han)(han)(han)焊(han)(han)(han)接(jie)接(jie)頭(tou)(tou)的臨界點蝕(shi)溫度(du)測試如圖4-15所示，焊(han)(han)(han)接(jie)接(jie)頭(tou)(tou)的臨界溫度(du)為49℃，與母(mu)材(cai)的臨界點蝕(shi)溫度(du)50℃相近。激光-MIG復合焊(han)(han)(han)接(jie)得到的雙相不銹(xiu)鋼焊(han)(han)(han)接(jie)接(jie)頭(tou)(tou)的耐(nai)點蝕(shi)能力與母(mu)材(cai)相近。
總之，激光-MIG復合焊接可對雙相不(bu)銹鋼中厚(hou)板實現高效率焊接。
