雙相不銹鋼在實際應用過程中，不僅要求雙(shuang)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(xiu)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(shi)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(han)(han)后，制取拉伸試樣(yang)、沖擊試樣(yang)進行焊(han)(han)接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭(tou)力學分(fen)析，金相試樣(yang)則利(li)用(yong)光學顯微鏡(jing)、掃(sao)描電(dian)鏡(jing)和鐵素體儀進行微觀(guan)分(fen)析及兩相比例(li)測(ce)定。
2. 試(shi)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(xiang)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。
焊接(jie)接(jie)頭(tou)各區的(de)顯(xian)微組織(zhi)如圖4-14所(suo)示，其中焊縫及熱影響區深(shen)色部分為(wei)γ相(xiang)，淺色部分為(wei)α相(xiang)；母材(cai)則相(xiang)反。這(zhe)種現象產生的(de)原因可能與母材(cai)、焊縫區域(yu)α和γ相(xiang)不同(tong)耐(nai)蝕性相(xiang)關(guan)。
b. 鐵素體(ti)(ti)(ti)測定(ding)母材區(qu)的(de)(de)(de)α相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)和(he)(he)(he)γ相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)的(de)(de)(de)比(bi)(bi)例分別(bie)(bie)為(wei)45％和(he)(he)(he)55％；焊(han)(han)縫(feng)(feng)區(qu)上部α和(he)(he)(he)γ兩相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)比(bi)(bi)例分別(bie)(bie)為(wei)49％、51％，中下(xia)部α和(he)(he)(he)y兩相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)比(bi)(bi)例分別(bie)(bie)為(wei)56％、44％；焊(han)(han)縫(feng)(feng)熱影響(xiang)區(qu)α相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)和(he)(he)(he)γ相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)比(bi)(bi)例分別(bie)(bie)為(wei)66％、34％。可見，各區(qu)域的(de)(de)(de)鐵素體(ti)(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)比(bi)(bi)例雖有(you)差異，但均在(zai)(zai)30％～70％的(de)(de)(de)合(he)理范圍內。這是(shi)由(you)于(yu)焊(han)(han)縫(feng)(feng)區(qu)和(he)(he)(he)熱影響(xiang)區(qu)因(yin)填充金(jin)屬(shu)及(ji)焊(han)(han)后冷(leng)(leng)卻速度的(de)(de)(de)影響(xiang)，而造成(cheng)兩相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)比(bi)(bi)例的(de)(de)(de)區(qu)別(bie)(bie)。Ni元(yuan)素是(shi)奧氏(shi)體(ti)(ti)(ti)強烈形成(cheng)及(ji)穩定(ding)元(yuan)素，焊(han)(han)縫(feng)(feng)區(qu)因(yin)填充Ni元(yuan)素含量(liang)較高ER2209焊(han)(han)絲，熔池快(kuai)速凝固(gu)后產(chan)生焊(han)(han)縫(feng)(feng)區(qu)的(de)(de)(de)γ相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)比(bi)(bi)例比(bi)(bi)焊(han)(han)縫(feng)(feng)熱影響(xiang)區(qu)的(de)(de)(de)要(yao)高，而焊(han)(han)縫(feng)(feng)區(qu)上、下(xia)部因(yin)填充金(jin)屬(shu)熔合(he)比(bi)(bi)的(de)(de)(de)影響(xiang)，γ相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)比(bi)(bi)例和(he)(he)(he)形貌產(chan)生差異。焊(han)(han)縫(feng)(feng)區(qu)上部熔融的(de)(de)(de)填充金(jin)屬(shu)較多，γ相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)比(bi)(bi)例較高，在(zai)(zai)較快(kuai)冷(leng)(leng)卻的(de)(de)(de)條件下(xia)，產(chan)生二次(ci)奧氏(shi)體(ti)(ti)(ti)主要(yao)分布在(zai)(zai)初始(shi)鐵素體(ti)(ti)(ti)晶間(jian)，呈鏈狀密(mi)排相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)連，少(shao)量(liang)二次(ci)奧氏(shi)體(ti)(ti)(ti)分布在(zai)(zai)晶內，如(ru)圖4-14a所示；而焊(han)(han)縫(feng)(feng)區(qu)中、下(xia)部，填充金(jin)屬(shu)進(jin)入較少(shao)，γ相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)比(bi)(bi)例較低，快(kuai)冷(leng)(leng)條件下(xia)，二次(ci)奧氏(shi)體(ti)(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)主要(yao)為(wei)細小顆粒(li)，彌散(san)分布在(zai)(zai)柱狀晶內，晶間(jian)二次(ci)奧氏(shi)體(ti)(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)較少(shao)，在(zai)(zai)晶界處(chu)還發現(xian)有(you)鋸(ju)齒(chi)狀的(de)(de)(de)魏(wei)氏(shi)二次(ci)奧氏(shi)體(ti)(ti)(ti)產(chan)生，如(ru)圖4-14b所示。
c. 焊(han)接接頭(tou)(tou)力學(xue)性能復合焊(han)焊(han)接接頭(tou)(tou)的(de)力學(xue)性能見表4-29。接頭(tou)(tou)拉伸時，斷(duan)裂位置發生在雙相(xiang)不銹鋼母材部(bu)分(fen)，斷(duan)裂強度為(wei)(wei)810MPa。在-40℃環境條件(jian)下，接頭(tou)(tou)焊(han)縫區(qu)的(de)沖擊(ji)韌度仍較高，為(wei)(wei)73J／c㎡，但遠低于熔合線與(yu)(yu)熱(re)影響區(qu)，這(zhe)可能與(yu)(yu)焊(han)縫區(qu)彌(mi)散分(fen)布的(de)二次(ci)奧氏體相(xiang)及柱狀的(de)凝固組織有關。
由于激光-MIG電弧復合焊接(jie)熱輸(shu)入集中，焊縫(feng)熱影響區很窄，硬度(du)過(guo)渡區不明顯(xian)，焊縫(feng)區的顯(xian)微硬度(du)最大值為(wei)292HV1，比母材高30左右，這可能(neng)是焊縫(feng)區彌散分布的晶內二次奧氏體相強化的結果。
可見(jian)，利用激光(guang)-MIG復合焊接(jie)方法得(de)到的(de)2205雙相不(bu)銹(xiu)鋼焊接(jie)接(jie)頭具(ju)有較好的(de)力學性能。
d. 焊接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭(tou)腐蝕性能2205 雙相(xiang)不(bu)銹(xiu)鋼母材(cai)(cai)及復合焊焊接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭(tou)的(de)(de)臨(lin)界點蝕溫度測試如圖4-15所示，焊接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭(tou)的(de)(de)臨(lin)界溫度為49℃，與(yu)母材(cai)(cai)的(de)(de)臨(lin)界點蝕溫度50℃相(xiang)近。激光-MIG復合焊接(jie)(jie)得到的(de)(de)雙相(xiang)不(bu)銹(xiu)鋼焊接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭(tou)的(de)(de)耐(nai)點蝕能力(li)與(yu)母材(cai)(cai)相(xiang)近。
總之，激光-MIG復合焊接可對雙相不(bu)銹鋼中厚板實現高效率焊接。
