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(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(zhi)取拉伸試(shi)(shi)樣(yang)、沖擊試(shi)(shi)樣(yang)進行焊接接頭力學(xue)分析，金相試(shi)(shi)樣(yang)則利用(yong)光學(xue)顯(xian)微(wei)鏡、掃描電鏡和鐵素體儀進行微(wei)觀分析及兩相比例測定。
2. 試驗結果(guo)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(han)接接頭各區(qu)的(de)顯微組(zu)織如圖4-14所示，其中焊(han)縫及熱影響區(qu)深色(se)部(bu)分(fen)為γ相，淺色(se)部(bu)分(fen)為α相；母材則相反。這種現象產生的(de)原因可能與(yu)母材、焊(han)縫區(qu)域(yu)α和γ相不同耐蝕性相關。
b. 鐵(tie)素(su)(su)體(ti)(ti)(ti)(ti)測定母材區(qu)(qu)的α相(xiang)(xiang)(xiang)和(he)(he)γ相(xiang)(xiang)(xiang)的比(bi)例(li)(li)分(fen)(fen)別(bie)為(wei)45％和(he)(he)55％；焊(han)(han)(han)(han)縫(feng)(feng)區(qu)(qu)上部(bu)α和(he)(he)γ兩相(xiang)(xiang)(xiang)比(bi)例(li)(li)分(fen)(fen)別(bie)為(wei)49％、51％，中(zhong)下(xia)部(bu)α和(he)(he)y兩相(xiang)(xiang)(xiang)比(bi)例(li)(li)分(fen)(fen)別(bie)為(wei)56％、44％；焊(han)(han)(han)(han)縫(feng)(feng)熱(re)(re)(re)影(ying)(ying)響(xiang)區(qu)(qu)α相(xiang)(xiang)(xiang)和(he)(he)γ相(xiang)(xiang)(xiang)比(bi)例(li)(li)分(fen)(fen)別(bie)為(wei)66％、34％。可見，各(ge)區(qu)(qu)域(yu)的鐵(tie)素(su)(su)體(ti)(ti)(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)比(bi)例(li)(li)雖有(you)差異，但(dan)均在(zai)30％～70％的合理范圍內(nei)。這是(shi)(shi)由(you)于焊(han)(han)(han)(han)縫(feng)(feng)區(qu)(qu)和(he)(he)熱(re)(re)(re)影(ying)(ying)響(xiang)區(qu)(qu)因(yin)填(tian)充(chong)金(jin)屬(shu)及(ji)焊(han)(han)(han)(han)后冷卻速(su)度的影(ying)(ying)響(xiang)，而(er)造成(cheng)兩相(xiang)(xiang)(xiang)比(bi)例(li)(li)的區(qu)(qu)別(bie)。Ni元素(su)(su)是(shi)(shi)奧(ao)(ao)氏(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)強烈(lie)形成(cheng)及(ji)穩定元素(su)(su)，焊(han)(han)(han)(han)縫(feng)(feng)區(qu)(qu)因(yin)填(tian)充(chong)Ni元素(su)(su)含量(liang)較高(gao)ER2209焊(han)(han)(han)(han)絲，熔池快(kuai)速(su)凝固后產(chan)(chan)生(sheng)焊(han)(han)(han)(han)縫(feng)(feng)區(qu)(qu)的γ相(xiang)(xiang)(xiang)比(bi)例(li)(li)比(bi)焊(han)(han)(han)(han)縫(feng)(feng)熱(re)(re)(re)影(ying)(ying)響(xiang)區(qu)(qu)的要高(gao)，而(er)焊(han)(han)(han)(han)縫(feng)(feng)區(qu)(qu)上、下(xia)部(bu)因(yin)填(tian)充(chong)金(jin)屬(shu)熔合比(bi)的影(ying)(ying)響(xiang)，γ相(xiang)(xiang)(xiang)比(bi)例(li)(li)和(he)(he)形貌產(chan)(chan)生(sheng)差異。焊(han)(han)(han)(han)縫(feng)(feng)區(qu)(qu)上部(bu)熔融的填(tian)充(chong)金(jin)屬(shu)較多，γ相(xiang)(xiang)(xiang)比(bi)例(li)(li)較高(gao)，在(zai)較快(kuai)冷卻的條件下(xia)，產(chan)(chan)生(sheng)二(er)(er)次(ci)奧(ao)(ao)氏(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)主要分(fen)(fen)布(bu)在(zai)初始鐵(tie)素(su)(su)體(ti)(ti)(ti)(ti)晶(jing)(jing)(jing)間，呈鏈狀密排相(xiang)(xiang)(xiang)連，少(shao)量(liang)二(er)(er)次(ci)奧(ao)(ao)氏(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)分(fen)(fen)布(bu)在(zai)晶(jing)(jing)(jing)內(nei)，如圖4-14a所(suo)示(shi)；而(er)焊(han)(han)(han)(han)縫(feng)(feng)區(qu)(qu)中(zhong)、下(xia)部(bu)，填(tian)充(chong)金(jin)屬(shu)進入較少(shao)，γ相(xiang)(xiang)(xiang)比(bi)例(li)(li)較低，快(kuai)冷條件下(xia)，二(er)(er)次(ci)奧(ao)(ao)氏(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)主要為(wei)細(xi)小(xiao)顆(ke)粒，彌(mi)散(san)分(fen)(fen)布(bu)在(zai)柱狀晶(jing)(jing)(jing)內(nei)，晶(jing)(jing)(jing)間二(er)(er)次(ci)奧(ao)(ao)氏(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)較少(shao)，在(zai)晶(jing)(jing)(jing)界處還(huan)發現有(you)鋸齒(chi)狀的魏氏(shi)二(er)(er)次(ci)奧(ao)(ao)氏(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)產(chan)(chan)生(sheng)，如圖4-14b所(suo)示(shi)。
c. 焊接接頭力(li)學性能(neng)復合焊焊接接頭的力(li)學性能(neng)見表4-29。接頭拉伸(shen)時，斷裂(lie)位置發(fa)生(sheng)在(zai)雙相不銹鋼母材部分，斷裂(lie)強度為810MPa。在(zai)-40℃環境條件(jian)下，接頭焊縫區(qu)的沖擊韌度仍(reng)較高，為73J／c㎡，但遠(yuan)低于熔合線(xian)與熱影響區(qu)，這可能(neng)與焊縫區(qu)彌(mi)散分布的二次奧氏體相及(ji)柱狀的凝(ning)固組織有關(guan)。
由于激光-MIG電弧復合焊接(jie)熱(re)輸入集中(zhong)，焊縫熱(re)影響區(qu)(qu)(qu)很窄，硬度(du)過渡(du)區(qu)(qu)(qu)不明顯，焊縫區(qu)(qu)(qu)的(de)顯微(wei)硬度(du)最大值為(wei)292HV1，比(bi)母材高30左右，這可能是焊縫區(qu)(qu)(qu)彌散分布的(de)晶內(nei)二(er)次奧(ao)氏(shi)體相強化的(de)結果(guo)。
可見，利(li)用激光-MIG復合(he)焊(han)接(jie)方法得到(dao)的(de)2205雙相不銹鋼焊(han)接(jie)接(jie)頭具有較好的(de)力學(xue)性能。
d. 焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭腐(fu)蝕(shi)性(xing)能2205 雙相(xiang)不銹鋼母材及(ji)復合焊(han)(han)(han)焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭的臨界點(dian)蝕(shi)溫度(du)(du)測(ce)試如圖4-15所示，焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭的臨界溫度(du)(du)為49℃，與母材的臨界點(dian)蝕(shi)溫度(du)(du)50℃相(xiang)近(jin)。激光-MIG復合焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)得到的雙相(xiang)不銹鋼焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭的耐點(dian)蝕(shi)能力與母材相(xiang)近(jin)。
總之，激光-MIG復合焊接可對雙相不銹鋼(gang)中(zhong)厚板實現高效率焊接。
