雙相不銹(xiu)鋼在實際應用過程中，不僅要求雙相不銹(xiu)鋼(gang)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(bu)銹鋼焊(han)接(jie)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(han)(han)后(hou)，制取拉伸試(shi)樣(yang)、沖擊試(shi)樣(yang)進(jin)行(xing)焊(han)(han)接(jie)接(jie)頭力學(xue)(xue)分(fen)析，金(jin)相(xiang)試(shi)樣(yang)則利(li)用光(guang)學(xue)(xue)顯微鏡、掃描電鏡和(he)鐵素(su)體儀(yi)進(jin)行(xing)微觀分(fen)析及(ji)兩相(xiang)比例測定。
2. 試驗結果與評(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。
焊接接頭各區的顯微組織(zhi)如(ru)圖4-14所示，其中焊縫及熱(re)影響區深色部(bu)分為γ相(xiang)(xiang)(xiang)，淺色部(bu)分為α相(xiang)(xiang)(xiang)；母(mu)(mu)材則相(xiang)(xiang)(xiang)反。這種現象產生的原因(yin)可能與母(mu)(mu)材、焊縫區域α和γ相(xiang)(xiang)(xiang)不同(tong)耐蝕性相(xiang)(xiang)(xiang)關。
b. 鐵(tie)(tie)(tie)素(su)(su)體測定母材區(qu)的(de)(de)(de)(de)(de)α相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)和(he)γ相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)的(de)(de)(de)(de)(de)比(bi)(bi)(bi)例(li)(li)(li)分(fen)(fen)別(bie)(bie)為(wei)(wei)45％和(he)55％；焊(han)(han)縫區(qu)上部(bu)α和(he)γ兩相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)比(bi)(bi)(bi)例(li)(li)(li)分(fen)(fen)別(bie)(bie)為(wei)(wei)49％、51％，中下部(bu)α和(he)y兩相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)比(bi)(bi)(bi)例(li)(li)(li)分(fen)(fen)別(bie)(bie)為(wei)(wei)56％、44％；焊(han)(han)縫熱(re)(re)影(ying)(ying)響(xiang)(xiang)區(qu)α相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)和(he)γ相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)比(bi)(bi)(bi)例(li)(li)(li)分(fen)(fen)別(bie)(bie)為(wei)(wei)66％、34％。可見，各區(qu)域(yu)的(de)(de)(de)(de)(de)鐵(tie)(tie)(tie)素(su)(su)體相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)比(bi)(bi)(bi)例(li)(li)(li)雖有差異，但均在30％～70％的(de)(de)(de)(de)(de)合理(li)范圍內(nei)。這是由(you)于焊(han)(han)縫區(qu)和(he)熱(re)(re)影(ying)(ying)響(xiang)(xiang)區(qu)因填(tian)充(chong)金屬(shu)及焊(han)(han)后(hou)冷(leng)卻速度的(de)(de)(de)(de)(de)影(ying)(ying)響(xiang)(xiang)，而(er)造成兩相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)比(bi)(bi)(bi)例(li)(li)(li)的(de)(de)(de)(de)(de)區(qu)別(bie)(bie)。Ni元(yuan)(yuan)(yuan)素(su)(su)是奧(ao)(ao)氏體強烈形成及穩定元(yuan)(yuan)(yuan)素(su)(su)，焊(han)(han)縫區(qu)因填(tian)充(chong)Ni元(yuan)(yuan)(yuan)素(su)(su)含量較高ER2209焊(han)(han)絲，熔池快(kuai)速凝固(gu)后(hou)產(chan)生焊(han)(han)縫區(qu)的(de)(de)(de)(de)(de)γ相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)比(bi)(bi)(bi)例(li)(li)(li)比(bi)(bi)(bi)焊(han)(han)縫熱(re)(re)影(ying)(ying)響(xiang)(xiang)區(qu)的(de)(de)(de)(de)(de)要(yao)高，而(er)焊(han)(han)縫區(qu)上、下部(bu)因填(tian)充(chong)金屬(shu)熔合比(bi)(bi)(bi)的(de)(de)(de)(de)(de)影(ying)(ying)響(xiang)(xiang)，γ相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)比(bi)(bi)(bi)例(li)(li)(li)和(he)形貌產(chan)生差異。焊(han)(han)縫區(qu)上部(bu)熔融的(de)(de)(de)(de)(de)填(tian)充(chong)金屬(shu)較多，γ相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)比(bi)(bi)(bi)例(li)(li)(li)較高，在較快(kuai)冷(leng)卻的(de)(de)(de)(de)(de)條(tiao)件下，產(chan)生二(er)次奧(ao)(ao)氏體主(zhu)(zhu)要(yao)分(fen)(fen)布在初始鐵(tie)(tie)(tie)素(su)(su)體晶間(jian)(jian)，呈鏈狀(zhuang)(zhuang)(zhuang)密排相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)連，少量二(er)次奧(ao)(ao)氏體分(fen)(fen)布在晶內(nei)，如圖(tu)4-14a所示；而(er)焊(han)(han)縫區(qu)中、下部(bu)，填(tian)充(chong)金屬(shu)進入(ru)較少，γ相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)比(bi)(bi)(bi)例(li)(li)(li)較低，快(kuai)冷(leng)條(tiao)件下，二(er)次奧(ao)(ao)氏體相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)主(zhu)(zhu)要(yao)為(wei)(wei)細小顆粒，彌散分(fen)(fen)布在柱狀(zhuang)(zhuang)(zhuang)晶內(nei)，晶間(jian)(jian)二(er)次奧(ao)(ao)氏體相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)較少，在晶界(jie)處還發現有鋸齒狀(zhuang)(zhuang)(zhuang)的(de)(de)(de)(de)(de)魏氏二(er)次奧(ao)(ao)氏體產(chan)生，如圖(tu)4-14b所示。
c. 焊接(jie)接(jie)頭(tou)力學性(xing)能復合(he)焊焊接(jie)接(jie)頭(tou)的力學性(xing)能見表4-29。接(jie)頭(tou)拉伸時，斷(duan)裂位置(zhi)發(fa)生(sheng)在(zai)雙相不銹鋼母材(cai)部(bu)分(fen)，斷(duan)裂強度為810MPa。在(zai)-40℃環境條(tiao)件(jian)下，接(jie)頭(tou)焊縫區的沖擊韌度仍(reng)較高，為73J／c㎡，但遠低于(yu)熔合(he)線與熱影響區，這(zhe)可能與焊縫區彌散分(fen)布的二(er)次(ci)奧氏體相及柱狀的凝(ning)固(gu)組織有關(guan)。
由于(yu)激光-MIG電弧復合焊接熱(re)輸(shu)入集(ji)中，焊縫熱(re)影(ying)響區很窄，硬度過渡區不明(ming)顯，焊縫區的(de)顯微(wei)硬度最大值為292HV1，比(bi)母(mu)材高30左右，這(zhe)可能(neng)是焊縫區彌散分布的(de)晶內二次奧氏體相強化的(de)結果。
可(ke)見(jian)，利用激(ji)光-MIG復合焊接(jie)方法(fa)得(de)到的2205雙相不銹鋼焊接(jie)接(jie)頭具有較好(hao)的力學性能。
d. 焊接接頭(tou)腐(fu)蝕(shi)(shi)性能(neng)(neng)2205 雙(shuang)相不銹鋼母材及(ji)復合焊焊接接頭(tou)的(de)(de)(de)臨(lin)界(jie)(jie)點蝕(shi)(shi)溫(wen)度(du)測試如圖4-15所示(shi)，焊接接頭(tou)的(de)(de)(de)臨(lin)界(jie)(jie)溫(wen)度(du)為(wei)49℃，與(yu)母材的(de)(de)(de)臨(lin)界(jie)(jie)點蝕(shi)(shi)溫(wen)度(du)50℃相近(jin)。激光(guang)-MIG復合焊接得到的(de)(de)(de)雙(shuang)相不銹鋼焊接接頭(tou)的(de)(de)(de)耐點蝕(shi)(shi)能(neng)(neng)力與(yu)母材相近(jin)。
總之，激光-MIG復合焊接可對雙相不(bu)銹(xiu)鋼中厚板(ban)實現高效率焊接。
