隨著我國現(xiàn)代化建設(shè)的大力推進(jìn)，不銹鋼也得到了極大的發(fā)展，關(guān)于不銹鋼焊接的研究也越來越深入?，F(xiàn)主要研究不同保護(hù)氣體下，雙相不銹鋼焊接接頭的各種屬性，如其力學(xué)性能、組織結(jié)構(gòu)等。實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果表明，使用不同比例的混合氣體作為保護(hù)氣，所得到的焊接接頭強(qiáng)度不同，其中使用氬氣＋25％氮?dú)獾幕旌蠚怏w接頭強(qiáng)度最高。焊接是一種極其重要的材料連接工藝，由于工業(yè)中對(duì)不銹鋼的具體使用常常需將其進(jìn)行連接，于是焊接工藝變得十分重要。焊接接頭是影響整個(gè)材料應(yīng)用的關(guān)鍵，所以我們有必要研究雙相不銹鋼的焊接接頭屬性，比如其組織結(jié)構(gòu)、性能等。本文旨在通過對(duì)多種混合保護(hù)氣體進(jìn)行實(shí)驗(yàn)對(duì)比，得到最優(yōu)保護(hù)氣體。

一、實(shí)驗(yàn)介紹

 1. 實(shí)驗(yàn)材料

  本次實(shí)驗(yàn)所采用的母材是來自芬蘭奧托昆普不銹鋼公司的2507超級(jí)雙相不銹鋼，所采用的焊條為E2209、焊絲為ER2209。

 2. 焊接工藝

  實(shí)驗(yàn)一：先將母材實(shí)驗(yàn)加工成300mm×150mm×6mm及300mm×150mm×8mm兩種規(guī)格的試樣。采用手弧/氬弧焊機(jī)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)焊接，厚度為8mm的母材試樣采用手工電弧焊（SMAW），厚度為6mm的母材試樣采用鎢極氣體保護(hù)焊（GTAW）。為了保證焊透，本次實(shí)驗(yàn)采用了分層分焊道的方式，從而既保障了焊接接頭受熱影響區(qū)中的鐵素體能夠有效轉(zhuǎn)化為奧氏體，同時(shí)也對(duì)上層焊道起到了一定的保護(hù)作用。

  實(shí)驗(yàn)二：我們研究無縫隙對(duì)接時(shí)不同保護(hù)氣體對(duì)焊接接頭組織耐腐蝕性的影響。

二、實(shí)驗(yàn)結(jié)果

  1. 力學(xué)性能

 a. 硬度測試

  本次實(shí)驗(yàn)將測試焊接接頭的顯微硬度，測量條件為負(fù)荷100g、加載時(shí)間16秒。依次從母材（PM）一熱影響區(qū)（HAZ）一焊縫金屬（WM）測量，每點(diǎn)測3次，取平均值。由測量結(jié)果發(fā)現(xiàn)，氮的硬化作用突出表現(xiàn)在雙相不銹鋼焊接接頭上，雙相不銹鋼硬度很高，并未出現(xiàn)因碳含量低所引起的軟化現(xiàn)象。保護(hù)氣體中含有一部分氮?dú)?，增加了保護(hù)氣體分壓，抑制了接頭中氮元素析出，不僅如此，熔池還能從電弧解離的氮?dú)庵形找徊糠值?，通過此方法可以獲得0.1%或更多的氮元素。

  b. 拉伸強(qiáng)度

  按照J(rèn)B4708-2000標(biāo)準(zhǔn)從接頭部位截取試樣進(jìn)行拉伸實(shí)驗(yàn)，本次實(shí)驗(yàn)分為兩次進(jìn)行，并分別得到實(shí)驗(yàn)結(jié)果：雙相不銹鋼具有良好的力學(xué)性能，這是因?yàn)殡p相不銹鋼具有特殊的化學(xué)成分以及合理的雙相比例，而氮元素的加入更是會(huì)產(chǎn)生質(zhì)的變化。與奧氏體不銹鋼相比，雙相不銹鋼耐腐蝕性能更好、導(dǎo)熱性更好、熱膨脹系數(shù)較小，這樣一來，在進(jìn)行后續(xù)焊道處理之后，焊縫中原本存在的鐵素體會(huì)轉(zhuǎn)化為奧氏體，同時(shí)受到熱作用的影響，臨近焊縫的組織中奧氏體數(shù)量會(huì)相對(duì)增加，從而達(dá)到了改善焊接接頭整體性能與內(nèi)部結(jié)構(gòu)組織的目的。

  2. 耐腐蝕性

  a. 耐應(yīng)力腐蝕

  相對(duì)來說，雙相不銹鋼的屈服強(qiáng)度較高，相應(yīng)地必須增加表面滑動(dòng)所需的應(yīng)力，這也是應(yīng)力腐蝕性裂紋難以形成的重要原因。另外，雙相不銹鋼中鉻、鉬合金元素含量較高，而鉻、鉬合金元素又能延長孔蝕的衍生期，這樣一來，不銹鋼的耐腐蝕性就會(huì)增強(qiáng)，也不會(huì)因?yàn)辄c(diǎn)腐蝕而發(fā)展成為應(yīng)力腐蝕。

  b. 耐點(diǎn)蝕性能

  雙相不銹鋼中含有鉻、鉬、氮等元素，這些元素的存在能增大值，提高耐點(diǎn)蝕性能，大大降低點(diǎn)蝕速率。對(duì)焊接接頭進(jìn)行腐蝕實(shí)驗(yàn)，并采用控制變量的方法，分別對(duì)焊后無處理和焊后酸洗的接頭進(jìn)行腐蝕實(shí)驗(yàn)，稱量實(shí)驗(yàn)后的重量減少量并記錄腐蝕位置。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)保護(hù)氣體含有氮?dú)鈺r(shí)，腐蝕實(shí)驗(yàn)完后接頭損失量較大，大于2g/m2；而保護(hù)氣體純粹為氬氣時(shí)，焊接接頭金屬損失量小。這表明合理控制氮元素含量有利于耐腐蝕性的提高。

  另外，通過對(duì)圖進(jìn)行分析我們發(fā)現(xiàn)，對(duì)于采用3種不同焊接工藝獲得的接頭熱影響區(qū)顯微組織，GTAW與母材最為接近，奧氏體組織的分布最為均勻，特別是在焊縫處，奧氏體的分布、大小以及數(shù)量等等與母材都比較接近。

三、實(shí)驗(yàn)討論

  查資料可知，實(shí)驗(yàn)前雙相不銹鋼拉伸強(qiáng)度為860MPa、硬度HV為280，而經(jīng)過實(shí)驗(yàn)一焊接后接頭的抗拉強(qiáng)度及硬度均有了明顯的變化，其中經(jīng)過無保護(hù)氣體的手工電弧焊和保護(hù)氣體中無氮?dú)獾逆u極氬弧焊后，雙相不銹鋼焊接接頭抗拉強(qiáng)度及硬度明顯下降，而保護(hù)氣體含有氮元素的鎢極氬弧焊后接頭抗拉強(qiáng)度和硬度則上升。這主要是因?yàn)榈貪B透進(jìn)入接頭組織中，平衡了雙相比例，硬化了組織。

四、實(shí)驗(yàn)結(jié)論

  1. 保護(hù)氣體中有一定量的氮?dú)?，可以平衡奧氏體相和鐵素體相的比例，并使兩相分布均勻，從而獲得抗拉強(qiáng)度接近母材的焊接接頭。

  2. 要合理控制保護(hù)氣體中的氮?dú)夂?，以提高焊接接頭的耐腐蝕性能。