雙相不銹鋼(gang)在實際應用過程中，不僅要求雙相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(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)后，制(zhi)取拉伸(shen)試(shi)(shi)樣、沖擊試(shi)(shi)樣進行焊(han)接接頭力(li)學分析，金相試(shi)(shi)樣則利用(yong)光學顯微鏡、掃描電鏡和鐵素體儀進行微觀分析及兩相比例(li)測(ce)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(shuang)相(xiang)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(han)接接頭各(ge)區的顯微組織如圖(tu)4-14所示，其中焊(han)縫及熱影響區深色部(bu)分為(wei)γ相(xiang)，淺色部(bu)分為(wei)α相(xiang)；母材(cai)則相(xiang)反。這種現象產生(sheng)的原因(yin)可能與母材(cai)、焊(han)縫區域α和γ相(xiang)不(bu)同耐蝕性相(xiang)關。
b. 鐵素(su)(su)體(ti)(ti)(ti)(ti)測定(ding)母(mu)材區的(de)(de)(de)(de)α相(xiang)(xiang)(xiang)和(he)(he)γ相(xiang)(xiang)(xiang)的(de)(de)(de)(de)比(bi)(bi)例(li)(li)(li)分(fen)(fen)別(bie)為45％和(he)(he)55％；焊(han)(han)縫(feng)(feng)(feng)(feng)(feng)區上部(bu)(bu)α和(he)(he)γ兩(liang)相(xiang)(xiang)(xiang)比(bi)(bi)例(li)(li)(li)分(fen)(fen)別(bie)為49％、51％，中下(xia)部(bu)(bu)α和(he)(he)y兩(liang)相(xiang)(xiang)(xiang)比(bi)(bi)例(li)(li)(li)分(fen)(fen)別(bie)為56％、44％；焊(han)(han)縫(feng)(feng)(feng)(feng)(feng)熱影響(xiang)(xiang)區α相(xiang)(xiang)(xiang)和(he)(he)γ相(xiang)(xiang)(xiang)比(bi)(bi)例(li)(li)(li)分(fen)(fen)別(bie)為66％、34％。可見，各區域的(de)(de)(de)(de)鐵素(su)(su)體(ti)(ti)(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)比(bi)(bi)例(li)(li)(li)雖有差(cha)異，但均在(zai)(zai)30％～70％的(de)(de)(de)(de)合理(li)范圍(wei)內(nei)。這是(shi)由于焊(han)(han)縫(feng)(feng)(feng)(feng)(feng)區和(he)(he)熱影響(xiang)(xiang)區因(yin)填(tian)(tian)充金屬(shu)(shu)(shu)及(ji)焊(han)(han)后冷卻速(su)度的(de)(de)(de)(de)影響(xiang)(xiang)，而(er)造成兩(liang)相(xiang)(xiang)(xiang)比(bi)(bi)例(li)(li)(li)的(de)(de)(de)(de)區別(bie)。Ni元素(su)(su)是(shi)奧(ao)氏(shi)(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)強烈形(xing)成及(ji)穩定(ding)元素(su)(su)，焊(han)(han)縫(feng)(feng)(feng)(feng)(feng)區因(yin)填(tian)(tian)充Ni元素(su)(su)含(han)量較(jiao)高(gao)ER2209焊(han)(han)絲(si)，熔(rong)池快速(su)凝固后產(chan)生焊(han)(han)縫(feng)(feng)(feng)(feng)(feng)區的(de)(de)(de)(de)γ相(xiang)(xiang)(xiang)比(bi)(bi)例(li)(li)(li)比(bi)(bi)焊(han)(han)縫(feng)(feng)(feng)(feng)(feng)熱影響(xiang)(xiang)區的(de)(de)(de)(de)要(yao)高(gao)，而(er)焊(han)(han)縫(feng)(feng)(feng)(feng)(feng)區上、下(xia)部(bu)(bu)因(yin)填(tian)(tian)充金屬(shu)(shu)(shu)熔(rong)合比(bi)(bi)的(de)(de)(de)(de)影響(xiang)(xiang)，γ相(xiang)(xiang)(xiang)比(bi)(bi)例(li)(li)(li)和(he)(he)形(xing)貌產(chan)生差(cha)異。焊(han)(han)縫(feng)(feng)(feng)(feng)(feng)區上部(bu)(bu)熔(rong)融的(de)(de)(de)(de)填(tian)(tian)充金屬(shu)(shu)(shu)較(jiao)多，γ相(xiang)(xiang)(xiang)比(bi)(bi)例(li)(li)(li)較(jiao)高(gao)，在(zai)(zai)較(jiao)快冷卻的(de)(de)(de)(de)條件下(xia)，產(chan)生二次奧(ao)氏(shi)(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)主(zhu)要(yao)分(fen)(fen)布(bu)在(zai)(zai)初始鐵素(su)(su)體(ti)(ti)(ti)(ti)晶間，呈鏈(lian)狀(zhuang)密排(pai)相(xiang)(xiang)(xiang)連，少(shao)量二次奧(ao)氏(shi)(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)分(fen)(fen)布(bu)在(zai)(zai)晶內(nei)，如(ru)圖4-14a所(suo)示(shi)；而(er)焊(han)(han)縫(feng)(feng)(feng)(feng)(feng)區中、下(xia)部(bu)(bu)，填(tian)(tian)充金屬(shu)(shu)(shu)進入較(jiao)少(shao)，γ相(xiang)(xiang)(xiang)比(bi)(bi)例(li)(li)(li)較(jiao)低，快冷條件下(xia)，二次奧(ao)氏(shi)(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)主(zhu)要(yao)為細小(xiao)顆(ke)粒(li)，彌(mi)散分(fen)(fen)布(bu)在(zai)(zai)柱狀(zhuang)晶內(nei)，晶間二次奧(ao)氏(shi)(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)較(jiao)少(shao)，在(zai)(zai)晶界(jie)處還發現有鋸(ju)齒狀(zhuang)的(de)(de)(de)(de)魏氏(shi)(shi)(shi)(shi)二次奧(ao)氏(shi)(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)產(chan)生，如(ru)圖4-14b所(suo)示(shi)。
c. 焊(han)接接頭力(li)(li)學(xue)性能(neng)復合焊(han)焊(han)接接頭的力(li)(li)學(xue)性能(neng)見表4-29。接頭拉伸時，斷(duan)裂(lie)(lie)位(wei)置發生在雙相不銹(xiu)鋼母材(cai)部(bu)分，斷(duan)裂(lie)(lie)強度為(wei)810MPa。在-40℃環境條件下，接頭焊(han)縫區(qu)的沖擊韌度仍較高，為(wei)73J／c㎡，但遠低(di)于(yu)熔(rong)合線與熱(re)影響區(qu)，這可(ke)能(neng)與焊(han)縫區(qu)彌散分布的二(er)次奧(ao)氏體相及柱狀的凝固組織有關(guan)。
由于激光-MIG電弧復合焊(han)接(jie)熱輸入集中，焊(han)縫(feng)熱影(ying)響區很(hen)窄，硬度過(guo)渡區不明顯，焊(han)縫(feng)區的顯微硬度最大值為292HV1，比母材高30左右，這可能(neng)是焊(han)縫(feng)區彌散(san)分(fen)布的晶(jing)內二次奧氏體相強(qiang)化的結果(guo)。
可見，利用激光-MIG復合焊接(jie)方法得(de)到(dao)的2205雙(shuang)相不銹鋼焊接(jie)接(jie)頭(tou)具(ju)有較(jiao)好的力學性(xing)能。
d. 焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)頭(tou)(tou)腐(fu)蝕性能2205 雙(shuang)相(xiang)不銹鋼母材(cai)及(ji)復合焊(han)(han)焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)頭(tou)(tou)的(de)臨(lin)界點蝕溫(wen)度(du)測試(shi)如圖4-15所示，焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)頭(tou)(tou)的(de)臨(lin)界溫(wen)度(du)為49℃，與母材(cai)的(de)臨(lin)界點蝕溫(wen)度(du)50℃相(xiang)近(jin)。激光-MIG復合焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)得到的(de)雙(shuang)相(xiang)不銹鋼焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)頭(tou)(tou)的(de)耐點蝕能力與母材(cai)相(xiang)近(jin)。
總之，激光-MIG復合焊接可對雙相不銹鋼中厚板實現高效率焊接。
