雙相不(bu)銹鋼(gang)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(fa)
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(la)伸試樣、沖擊試樣進行焊接接頭力(li)學(xue)(xue)分析(xi)，金相試樣則利用光學(xue)(xue)顯微鏡(jing)、掃(sao)描(miao)電鏡(jing)和(he)鐵(tie)素體儀進行微觀分析(xi)及兩相比例測定。
2. 試驗(yan)結(jie)果(guo)與(yu)評(ping)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(jie)接(jie)頭各區(qu)的顯(xian)微組織如圖(tu)4-14所示，其中焊縫及熱影響區(qu)深色部(bu)(bu)分為γ相(xiang)，淺色部(bu)(bu)分為α相(xiang)；母(mu)材則相(xiang)反。這種現(xian)象產(chan)生(sheng)的原因可能與母(mu)材、焊縫區(qu)域α和γ相(xiang)不同耐蝕性相(xiang)關。
b. 鐵(tie)(tie)素(su)體(ti)測(ce)定母材區(qu)(qu)(qu)的(de)α相(xiang)(xiang)(xiang)和(he)(he)γ相(xiang)(xiang)(xiang)的(de)比(bi)例(li)分(fen)(fen)別為45％和(he)(he)55％；焊(han)(han)縫(feng)(feng)(feng)區(qu)(qu)(qu)上(shang)部(bu)(bu)α和(he)(he)γ兩相(xiang)(xiang)(xiang)比(bi)例(li)分(fen)(fen)別為49％、51％，中下部(bu)(bu)α和(he)(he)y兩相(xiang)(xiang)(xiang)比(bi)例(li)分(fen)(fen)別為56％、44％；焊(han)(han)縫(feng)(feng)(feng)熱(re)影(ying)(ying)響區(qu)(qu)(qu)α相(xiang)(xiang)(xiang)和(he)(he)γ相(xiang)(xiang)(xiang)比(bi)例(li)分(fen)(fen)別為66％、34％。可見(jian)，各區(qu)(qu)(qu)域(yu)的(de)鐵(tie)(tie)素(su)體(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)比(bi)例(li)雖(sui)有差異(yi)，但均(jun)在(zai)(zai)30％～70％的(de)合理(li)范圍內。這是由于焊(han)(han)縫(feng)(feng)(feng)區(qu)(qu)(qu)和(he)(he)熱(re)影(ying)(ying)響區(qu)(qu)(qu)因(yin)(yin)填充(chong)(chong)金(jin)屬及焊(han)(han)后冷卻(que)速度的(de)影(ying)(ying)響，而造成(cheng)兩相(xiang)(xiang)(xiang)比(bi)例(li)的(de)區(qu)(qu)(qu)別。Ni元(yuan)素(su)是奧氏體(ti)強烈形(xing)(xing)成(cheng)及穩定元(yuan)素(su)，焊(han)(han)縫(feng)(feng)(feng)區(qu)(qu)(qu)因(yin)(yin)填充(chong)(chong)Ni元(yuan)素(su)含量較(jiao)高(gao)(gao)ER2209焊(han)(han)絲，熔(rong)池(chi)快速凝固后產(chan)(chan)生(sheng)焊(han)(han)縫(feng)(feng)(feng)區(qu)(qu)(qu)的(de)γ相(xiang)(xiang)(xiang)比(bi)例(li)比(bi)焊(han)(han)縫(feng)(feng)(feng)熱(re)影(ying)(ying)響區(qu)(qu)(qu)的(de)要(yao)高(gao)(gao)，而焊(han)(han)縫(feng)(feng)(feng)區(qu)(qu)(qu)上(shang)、下部(bu)(bu)因(yin)(yin)填充(chong)(chong)金(jin)屬熔(rong)合比(bi)的(de)影(ying)(ying)響，γ相(xiang)(xiang)(xiang)比(bi)例(li)和(he)(he)形(xing)(xing)貌產(chan)(chan)生(sheng)差異(yi)。焊(han)(han)縫(feng)(feng)(feng)區(qu)(qu)(qu)上(shang)部(bu)(bu)熔(rong)融的(de)填充(chong)(chong)金(jin)屬較(jiao)多，γ相(xiang)(xiang)(xiang)比(bi)例(li)較(jiao)高(gao)(gao)，在(zai)(zai)較(jiao)快冷卻(que)的(de)條(tiao)件(jian)下，產(chan)(chan)生(sheng)二(er)次奧氏體(ti)主要(yao)分(fen)(fen)布(bu)在(zai)(zai)初(chu)始鐵(tie)(tie)素(su)體(ti)晶(jing)間(jian)，呈(cheng)鏈狀密(mi)排(pai)相(xiang)(xiang)(xiang)連，少量二(er)次奧氏體(ti)分(fen)(fen)布(bu)在(zai)(zai)晶(jing)內，如圖4-14a所示；而焊(han)(han)縫(feng)(feng)(feng)區(qu)(qu)(qu)中、下部(bu)(bu)，填充(chong)(chong)金(jin)屬進入(ru)較(jiao)少，γ相(xiang)(xiang)(xiang)比(bi)例(li)較(jiao)低，快冷條(tiao)件(jian)下，二(er)次奧氏體(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)主要(yao)為細小顆(ke)粒(li)，彌散分(fen)(fen)布(bu)在(zai)(zai)柱狀晶(jing)內，晶(jing)間(jian)二(er)次奧氏體(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)較(jiao)少，在(zai)(zai)晶(jing)界(jie)處還發現有鋸齒狀的(de)魏氏二(er)次奧氏體(ti)產(chan)(chan)生(sheng)，如圖4-14b所示。
c. 焊(han)接接頭力學性能(neng)(neng)復合(he)焊(han)焊(han)接接頭的(de)力學性能(neng)(neng)見表4-29。接頭拉(la)伸(shen)時(shi)，斷(duan)裂位(wei)置發生(sheng)在雙相不銹(xiu)鋼母(mu)材部分，斷(duan)裂強度(du)為(wei)810MPa。在-40℃環境條(tiao)件下，接頭焊(han)縫(feng)(feng)區(qu)的(de)沖擊韌(ren)度(du)仍較(jiao)高(gao)，為(wei)73J／c㎡，但遠低于熔(rong)合(he)線與熱影響(xiang)區(qu)，這可能(neng)(neng)與焊(han)縫(feng)(feng)區(qu)彌(mi)散分布的(de)二次奧氏體相及柱狀的(de)凝固組織(zhi)有(you)關。
由(you)于激光-MIG電弧復合焊接熱輸入集中，焊縫(feng)熱影響(xiang)區(qu)很窄，硬度過渡區(qu)不明顯，焊縫(feng)區(qu)的(de)顯微硬度最大(da)值(zhi)為292HV1，比(bi)母(mu)材高30左右，這(zhe)可能是焊縫(feng)區(qu)彌散分布的(de)晶內二次(ci)奧氏體(ti)相(xiang)強(qiang)化的(de)結果(guo)。
可見，利用激光-MIG復合(he)焊接(jie)方法得到(dao)的(de)2205雙(shuang)相不銹鋼焊接(jie)接(jie)頭具(ju)有較(jiao)好的(de)力學性能。
d. 焊(han)(han)接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭腐(fu)蝕(shi)性能2205 雙(shuang)相不銹鋼(gang)母(mu)材及(ji)復合焊(han)(han)焊(han)(han)接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭的臨(lin)界點(dian)蝕(shi)溫度測試如(ru)圖(tu)4-15所示(shi)，焊(han)(han)接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭的臨(lin)界溫度為(wei)49℃，與母(mu)材的臨(lin)界點(dian)蝕(shi)溫度50℃相近。激光-MIG復合焊(han)(han)接(jie)(jie)得到的雙(shuang)相不銹鋼(gang)焊(han)(han)接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭的耐(nai)點(dian)蝕(shi)能力與母(mu)材相近。
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。
