雙相不銹鋼在實際應用過程中，不僅要求雙相不銹(xiu)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，制取拉伸試樣(yang)、沖擊試樣(yang)進行焊接接頭力學分析，金相試樣(yang)則利用光學顯(xian)微鏡、掃描電鏡和鐵素體(ti)儀進行微觀分析及(ji)兩相比(bi)例測定。
2. 試驗結果與評估
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(xiu)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(han)接接頭(tou)各(ge)區(qu)的(de)顯微組織如圖(tu)4-14所示，其(qi)中焊(han)縫(feng)及熱影響區(qu)深色部分為γ相(xiang)，淺色部分為α相(xiang)；母材則相(xiang)反。這(zhe)種(zhong)現象產(chan)生的(de)原因可能與母材、焊(han)縫(feng)區(qu)域α和γ相(xiang)不(bu)同(tong)耐蝕性相(xiang)關(guan)。
b. 鐵素(su)(su)體(ti)測定母(mu)材區(qu)(qu)(qu)的(de)α相(xiang)和(he)γ相(xiang)的(de)比(bi)(bi)(bi)(bi)例(li)(li)(li)分別(bie)為(wei)(wei)(wei)45％和(he)55％；焊(han)(han)縫(feng)(feng)(feng)區(qu)(qu)(qu)上(shang)部α和(he)γ兩相(xiang)比(bi)(bi)(bi)(bi)例(li)(li)(li)分別(bie)為(wei)(wei)(wei)49％、51％，中下(xia)(xia)部α和(he)y兩相(xiang)比(bi)(bi)(bi)(bi)例(li)(li)(li)分別(bie)為(wei)(wei)(wei)56％、44％；焊(han)(han)縫(feng)(feng)(feng)熱(re)影響(xiang)區(qu)(qu)(qu)α相(xiang)和(he)γ相(xiang)比(bi)(bi)(bi)(bi)例(li)(li)(li)分別(bie)為(wei)(wei)(wei)66％、34％。可見，各(ge)區(qu)(qu)(qu)域的(de)鐵素(su)(su)體(ti)相(xiang)比(bi)(bi)(bi)(bi)例(li)(li)(li)雖有差異，但均在(zai)(zai)30％～70％的(de)合理(li)范圍(wei)內(nei)。這是由(you)于(yu)焊(han)(han)縫(feng)(feng)(feng)區(qu)(qu)(qu)和(he)熱(re)影響(xiang)區(qu)(qu)(qu)因(yin)填(tian)充金屬(shu)及焊(han)(han)后(hou)(hou)冷(leng)卻速(su)度的(de)影響(xiang)，而(er)造成兩相(xiang)比(bi)(bi)(bi)(bi)例(li)(li)(li)的(de)區(qu)(qu)(qu)別(bie)。Ni元(yuan)素(su)(su)是奧氏(shi)體(ti)強(qiang)烈形成及穩(wen)定元(yuan)素(su)(su)，焊(han)(han)縫(feng)(feng)(feng)區(qu)(qu)(qu)因(yin)填(tian)充Ni元(yuan)素(su)(su)含量較(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)高ER2209焊(han)(han)絲，熔池快速(su)凝固(gu)后(hou)(hou)產生(sheng)焊(han)(han)縫(feng)(feng)(feng)區(qu)(qu)(qu)的(de)γ相(xiang)比(bi)(bi)(bi)(bi)例(li)(li)(li)比(bi)(bi)(bi)(bi)焊(han)(han)縫(feng)(feng)(feng)熱(re)影響(xiang)區(qu)(qu)(qu)的(de)要高，而(er)焊(han)(han)縫(feng)(feng)(feng)區(qu)(qu)(qu)上(shang)、下(xia)(xia)部因(yin)填(tian)充金屬(shu)熔合比(bi)(bi)(bi)(bi)的(de)影響(xiang)，γ相(xiang)比(bi)(bi)(bi)(bi)例(li)(li)(li)和(he)形貌產生(sheng)差異。焊(han)(han)縫(feng)(feng)(feng)區(qu)(qu)(qu)上(shang)部熔融的(de)填(tian)充金屬(shu)較(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)多，γ相(xiang)比(bi)(bi)(bi)(bi)例(li)(li)(li)較(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)高，在(zai)(zai)較(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)快冷(leng)卻的(de)條件下(xia)(xia)，產生(sheng)二(er)(er)次(ci)(ci)奧氏(shi)體(ti)主(zhu)要分布在(zai)(zai)初始鐵素(su)(su)體(ti)晶間，呈鏈狀密排相(xiang)連，少量二(er)(er)次(ci)(ci)奧氏(shi)體(ti)分布在(zai)(zai)晶內(nei)，如圖(tu)(tu)4-14a所(suo)示；而(er)焊(han)(han)縫(feng)(feng)(feng)區(qu)(qu)(qu)中、下(xia)(xia)部，填(tian)充金屬(shu)進(jin)入較(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)少，γ相(xiang)比(bi)(bi)(bi)(bi)例(li)(li)(li)較(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)低(di)，快冷(leng)條件下(xia)(xia)，二(er)(er)次(ci)(ci)奧氏(shi)體(ti)相(xiang)主(zhu)要為(wei)(wei)(wei)細小顆粒(li)，彌散分布在(zai)(zai)柱狀晶內(nei)，晶間二(er)(er)次(ci)(ci)奧氏(shi)體(ti)相(xiang)較(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)少，在(zai)(zai)晶界處還發現有鋸齒狀的(de)魏氏(shi)二(er)(er)次(ci)(ci)奧氏(shi)體(ti)產生(sheng)，如圖(tu)(tu)4-14b所(suo)示。
c. 焊(han)接(jie)接(jie)頭(tou)(tou)力(li)(li)學(xue)性能(neng)復(fu)合焊(han)焊(han)接(jie)接(jie)頭(tou)(tou)的力(li)(li)學(xue)性能(neng)見表4-29。接(jie)頭(tou)(tou)拉(la)伸時，斷裂位置發生在雙相不銹鋼母材部分(fen)，斷裂強度(du)為810MPa。在-40℃環境(jing)條件下，接(jie)頭(tou)(tou)焊(han)縫區的沖(chong)擊韌度(du)仍(reng)較(jiao)高，為73J／c㎡，但(dan)遠低(di)于熔(rong)合線與熱(re)影響區，這可能(neng)與焊(han)縫區彌散分(fen)布(bu)的二次奧(ao)氏體(ti)相及柱狀的凝固組織有關(guan)。
由于(yu)激(ji)光-MIG電(dian)弧復合焊(han)(han)接熱輸入(ru)集(ji)中(zhong)，焊(han)(han)縫熱影響區(qu)很(hen)窄，硬度(du)過渡區(qu)不明(ming)顯，焊(han)(han)縫區(qu)的(de)顯微硬度(du)最大值(zhi)為292HV1，比(bi)母材高30左右，這可能是焊(han)(han)縫區(qu)彌散分布的(de)晶內二(er)次(ci)奧氏體相(xiang)強化的(de)結果。
可見，利用激光-MIG復合焊接方法得到的2205雙相(xiang)不銹鋼焊接接頭具(ju)有較好的力(li)學性能。
d. 焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)(jie)頭(tou)腐(fu)蝕性能2205 雙相(xiang)(xiang)不(bu)銹鋼母材及復合焊(han)(han)焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)(jie)頭(tou)的(de)臨(lin)界點(dian)蝕溫度測試如(ru)圖(tu)4-15所示，焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)(jie)頭(tou)的(de)臨(lin)界溫度為49℃，與母材的(de)臨(lin)界點(dian)蝕溫度50℃相(xiang)(xiang)近。激光-MIG復合焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)得到(dao)的(de)雙相(xiang)(xiang)不(bu)銹鋼焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)(jie)頭(tou)的(de)耐點(dian)蝕能力與母材相(xiang)(xiang)近。
總之，激光-MIG復合焊接可對雙相不銹(xiu)鋼中厚板實現高效率焊接。
