雙相不銹鋼在實際應用過程中，不僅要求雙相(xiang)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。雙相不銹鋼焊接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(qu)拉(la)伸(shen)試樣(yang)(yang)(yang)、沖擊試樣(yang)(yang)(yang)進(jin)行焊接接頭力(li)學分(fen)析，金相試樣(yang)(yang)(yang)則利用(yong)光學顯微鏡、掃(sao)描電鏡和(he)鐵素體儀(yi)進(jin)行微觀(guan)分(fen)析及兩(liang)相比例(li)測定。
2. 試驗結果(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(bu)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(jie)接(jie)頭各(ge)區(qu)的(de)顯微組織如圖4-14所示(shi)，其中焊縫(feng)及(ji)熱影響區(qu)深色部(bu)分(fen)為γ相(xiang)，淺(qian)色部(bu)分(fen)為α相(xiang)；母材(cai)則(ze)相(xiang)反(fan)。這(zhe)種現(xian)象產(chan)生(sheng)的(de)原因可能與母材(cai)、焊縫(feng)區(qu)域(yu)α和(he)γ相(xiang)不(bu)同(tong)耐蝕性相(xiang)關。
b. 鐵素(su)(su)(su)(su)體(ti)(ti)測定(ding)(ding)母材(cai)區(qu)(qu)(qu)(qu)的(de)(de)(de)(de)α相和(he)(he)γ相的(de)(de)(de)(de)比例(li)分別(bie)(bie)為(wei)(wei)45％和(he)(he)55％；焊(han)(han)縫(feng)(feng)(feng)(feng)區(qu)(qu)(qu)(qu)上部(bu)(bu)α和(he)(he)γ兩相比例(li)分別(bie)(bie)為(wei)(wei)49％、51％，中下部(bu)(bu)α和(he)(he)y兩相比例(li)分別(bie)(bie)為(wei)(wei)56％、44％；焊(han)(han)縫(feng)(feng)(feng)(feng)熱影(ying)響區(qu)(qu)(qu)(qu)α相和(he)(he)γ相比例(li)分別(bie)(bie)為(wei)(wei)66％、34％。可見，各區(qu)(qu)(qu)(qu)域(yu)的(de)(de)(de)(de)鐵素(su)(su)(su)(su)體(ti)(ti)相比例(li)雖有(you)(you)差(cha)異(yi)(yi)，但(dan)均在(zai)30％～70％的(de)(de)(de)(de)合(he)理范圍內。這(zhe)是由于(yu)焊(han)(han)縫(feng)(feng)(feng)(feng)區(qu)(qu)(qu)(qu)和(he)(he)熱影(ying)響區(qu)(qu)(qu)(qu)因填充金(jin)屬(shu)(shu)及焊(han)(han)后冷卻(que)速(su)度的(de)(de)(de)(de)影(ying)響，而(er)造成兩相比例(li)的(de)(de)(de)(de)區(qu)(qu)(qu)(qu)別(bie)(bie)。Ni元(yuan)(yuan)素(su)(su)(su)(su)是奧氏(shi)(shi)體(ti)(ti)強烈形成及穩定(ding)(ding)元(yuan)(yuan)素(su)(su)(su)(su)，焊(han)(han)縫(feng)(feng)(feng)(feng)區(qu)(qu)(qu)(qu)因填充Ni元(yuan)(yuan)素(su)(su)(su)(su)含量較(jiao)高ER2209焊(han)(han)絲，熔(rong)池快速(su)凝固(gu)后產生(sheng)焊(han)(han)縫(feng)(feng)(feng)(feng)區(qu)(qu)(qu)(qu)的(de)(de)(de)(de)γ相比例(li)比焊(han)(han)縫(feng)(feng)(feng)(feng)熱影(ying)響區(qu)(qu)(qu)(qu)的(de)(de)(de)(de)要高，而(er)焊(han)(han)縫(feng)(feng)(feng)(feng)區(qu)(qu)(qu)(qu)上、下部(bu)(bu)因填充金(jin)屬(shu)(shu)熔(rong)合(he)比的(de)(de)(de)(de)影(ying)響，γ相比例(li)和(he)(he)形貌(mao)產生(sheng)差(cha)異(yi)(yi)。焊(han)(han)縫(feng)(feng)(feng)(feng)區(qu)(qu)(qu)(qu)上部(bu)(bu)熔(rong)融的(de)(de)(de)(de)填充金(jin)屬(shu)(shu)較(jiao)多，γ相比例(li)較(jiao)高，在(zai)較(jiao)快冷卻(que)的(de)(de)(de)(de)條件下，產生(sheng)二(er)次奧氏(shi)(shi)體(ti)(ti)主(zhu)(zhu)要分布在(zai)初始鐵素(su)(su)(su)(su)體(ti)(ti)晶(jing)(jing)間，呈鏈狀(zhuang)密排相連，少(shao)(shao)量二(er)次奧氏(shi)(shi)體(ti)(ti)分布在(zai)晶(jing)(jing)內，如圖4-14a所(suo)示；而(er)焊(han)(han)縫(feng)(feng)(feng)(feng)區(qu)(qu)(qu)(qu)中、下部(bu)(bu)，填充金(jin)屬(shu)(shu)進入較(jiao)少(shao)(shao)，γ相比例(li)較(jiao)低，快冷條件下，二(er)次奧氏(shi)(shi)體(ti)(ti)相主(zhu)(zhu)要為(wei)(wei)細小(xiao)顆粒(li)，彌(mi)散分布在(zai)柱狀(zhuang)晶(jing)(jing)內，晶(jing)(jing)間二(er)次奧氏(shi)(shi)體(ti)(ti)相較(jiao)少(shao)(shao)，在(zai)晶(jing)(jing)界處還(huan)發現有(you)(you)鋸(ju)齒狀(zhuang)的(de)(de)(de)(de)魏(wei)氏(shi)(shi)二(er)次奧氏(shi)(shi)體(ti)(ti)產生(sheng)，如圖4-14b所(suo)示。
c. 焊(han)接(jie)接(jie)頭(tou)力學性能(neng)(neng)復合焊(han)焊(han)接(jie)接(jie)頭(tou)的力學性能(neng)(neng)見表4-29。接(jie)頭(tou)拉伸時(shi)，斷(duan)裂位置發生在雙相不銹鋼(gang)母材(cai)部(bu)分(fen)，斷(duan)裂強度(du)為810MPa。在-40℃環境條件下，接(jie)頭(tou)焊(han)縫區的沖擊韌(ren)度(du)仍較(jiao)高，為73J／c㎡，但(dan)遠低于(yu)熔合線與熱影響區，這可(ke)能(neng)(neng)與焊(han)縫區彌散分(fen)布的二次奧氏體(ti)相及柱狀的凝固組織有關。
由于激(ji)光(guang)-MIG電弧復合焊接熱(re)輸入集中(zhong)，焊縫(feng)(feng)熱(re)影(ying)響區(qu)(qu)很窄，硬(ying)度(du)過渡區(qu)(qu)不明顯，焊縫(feng)(feng)區(qu)(qu)的顯微硬(ying)度(du)最大值為(wei)292HV1，比母材(cai)高30左(zuo)右，這可能是焊縫(feng)(feng)區(qu)(qu)彌散分布的晶內二次(ci)奧氏體相強化的結果。
可見，利用(yong)激光(guang)-MIG復合焊接(jie)方法得到的2205雙相不銹鋼焊接(jie)接(jie)頭具有較好(hao)的力學性能。
d. 焊(han)接(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)頭腐蝕(shi)(shi)性能(neng)2205 雙(shuang)相(xiang)不銹鋼(gang)母材及(ji)復合(he)(he)焊(han)焊(han)接(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)頭的(de)臨(lin)界點(dian)蝕(shi)(shi)溫度測試如圖4-15所示(shi)，焊(han)接(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)頭的(de)臨(lin)界溫度為(wei)49℃，與(yu)母材的(de)臨(lin)界點(dian)蝕(shi)(shi)溫度50℃相(xiang)近。激光-MIG復合(he)(he)焊(han)接(jie)(jie)(jie)得到的(de)雙(shuang)相(xiang)不銹鋼(gang)焊(han)接(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)頭的(de)耐點(dian)蝕(shi)(shi)能(neng)力與(yu)母材相(xiang)近。
總之，激光-MIG復合焊接可對雙相不銹鋼中厚(hou)板實現高效率焊接。
