雙相不銹鋼在實際應用過程中，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(shuang)相不銹鋼(gang)焊接(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(fa)
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(hou)，制取拉伸試樣(yang)、沖擊試樣(yang)進(jin)行焊接(jie)接(jie)頭力學(xue)分析(xi)，金(jin)相試樣(yang)則利用光(guang)學(xue)顯微鏡(jing)、掃描電鏡(jing)和(he)鐵素(su)體儀進(jin)行微觀分析(xi)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(han)接(jie)接(jie)頭各區的顯微組織如圖4-14所(suo)示(shi)，其(qi)中(zhong)焊(han)縫及熱影響(xiang)區深色(se)部(bu)分(fen)為γ相(xiang)，淺色(se)部(bu)分(fen)為α相(xiang)；母(mu)材(cai)(cai)則相(xiang)反。這種現象產(chan)生的原因(yin)可(ke)能與母(mu)材(cai)(cai)、焊(han)縫區域(yu)α和(he)γ相(xiang)不同耐蝕性相(xiang)關(guan)。
b. 鐵素體(ti)測(ce)定(ding)母材(cai)區(qu)(qu)(qu)(qu)(qu)的(de)(de)α相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)和(he)(he)γ相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)的(de)(de)比(bi)(bi)例(li)(li)(li)(li)分別(bie)為(wei)(wei)45％和(he)(he)55％；焊(han)(han)縫區(qu)(qu)(qu)(qu)(qu)上部(bu)α和(he)(he)γ兩相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)比(bi)(bi)例(li)(li)(li)(li)分別(bie)為(wei)(wei)49％、51％，中下部(bu)α和(he)(he)y兩相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)比(bi)(bi)例(li)(li)(li)(li)分別(bie)為(wei)(wei)56％、44％；焊(han)(han)縫熱(re)影(ying)響(xiang)區(qu)(qu)(qu)(qu)(qu)α相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)和(he)(he)γ相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)比(bi)(bi)例(li)(li)(li)(li)分別(bie)為(wei)(wei)66％、34％。可見(jian)，各(ge)區(qu)(qu)(qu)(qu)(qu)域的(de)(de)鐵素體(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)比(bi)(bi)例(li)(li)(li)(li)雖(sui)有(you)差(cha)異，但(dan)均(jun)在(zai)(zai)(zai)30％～70％的(de)(de)合(he)理范圍內。這是由于焊(han)(han)縫區(qu)(qu)(qu)(qu)(qu)和(he)(he)熱(re)影(ying)響(xiang)區(qu)(qu)(qu)(qu)(qu)因填(tian)充(chong)金(jin)屬(shu)及(ji)焊(han)(han)后(hou)冷卻速度(du)的(de)(de)影(ying)響(xiang)，而造成兩相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)比(bi)(bi)例(li)(li)(li)(li)的(de)(de)區(qu)(qu)(qu)(qu)(qu)別(bie)。Ni元素是奧(ao)氏(shi)(shi)體(ti)強(qiang)烈形(xing)成及(ji)穩定(ding)元素，焊(han)(han)縫區(qu)(qu)(qu)(qu)(qu)因填(tian)充(chong)Ni元素含量(liang)(liang)較(jiao)高ER2209焊(han)(han)絲，熔(rong)池快(kuai)速凝固后(hou)產(chan)(chan)生(sheng)焊(han)(han)縫區(qu)(qu)(qu)(qu)(qu)的(de)(de)γ相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)比(bi)(bi)例(li)(li)(li)(li)比(bi)(bi)焊(han)(han)縫熱(re)影(ying)響(xiang)區(qu)(qu)(qu)(qu)(qu)的(de)(de)要高，而焊(han)(han)縫區(qu)(qu)(qu)(qu)(qu)上、下部(bu)因填(tian)充(chong)金(jin)屬(shu)熔(rong)合(he)比(bi)(bi)的(de)(de)影(ying)響(xiang)，γ相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)比(bi)(bi)例(li)(li)(li)(li)和(he)(he)形(xing)貌(mao)產(chan)(chan)生(sheng)差(cha)異。焊(han)(han)縫區(qu)(qu)(qu)(qu)(qu)上部(bu)熔(rong)融的(de)(de)填(tian)充(chong)金(jin)屬(shu)較(jiao)多，γ相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)比(bi)(bi)例(li)(li)(li)(li)較(jiao)高，在(zai)(zai)(zai)較(jiao)快(kuai)冷卻的(de)(de)條(tiao)件(jian)下，產(chan)(chan)生(sheng)二(er)次奧(ao)氏(shi)(shi)體(ti)主要分布(bu)在(zai)(zai)(zai)初始(shi)鐵素體(ti)晶(jing)間(jian)，呈鏈狀密(mi)排相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)連，少量(liang)(liang)二(er)次奧(ao)氏(shi)(shi)體(ti)分布(bu)在(zai)(zai)(zai)晶(jing)內，如(ru)圖4-14a所(suo)示(shi)；而焊(han)(han)縫區(qu)(qu)(qu)(qu)(qu)中、下部(bu)，填(tian)充(chong)金(jin)屬(shu)進入較(jiao)少，γ相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)比(bi)(bi)例(li)(li)(li)(li)較(jiao)低，快(kuai)冷條(tiao)件(jian)下，二(er)次奧(ao)氏(shi)(shi)體(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)主要為(wei)(wei)細小顆粒，彌散分布(bu)在(zai)(zai)(zai)柱狀晶(jing)內，晶(jing)間(jian)二(er)次奧(ao)氏(shi)(shi)體(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)較(jiao)少，在(zai)(zai)(zai)晶(jing)界處還發現(xian)有(you)鋸齒(chi)狀的(de)(de)魏(wei)氏(shi)(shi)二(er)次奧(ao)氏(shi)(shi)體(ti)產(chan)(chan)生(sheng)，如(ru)圖4-14b所(suo)示(shi)。
c. 焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭(tou)力學(xue)性能復合焊(han)(han)(han)焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭(tou)的力學(xue)性能見表(biao)4-29。接(jie)(jie)頭(tou)拉伸時，斷裂位(wei)置(zhi)發生(sheng)在雙相不銹鋼(gang)母(mu)材(cai)部分，斷裂強(qiang)度為810MPa。在-40℃環境條件下，接(jie)(jie)頭(tou)焊(han)(han)(han)縫區的沖擊韌度仍較高，為73J／c㎡，但遠(yuan)低于熔合線與熱影響區，這可能與焊(han)(han)(han)縫區彌散分布的二次(ci)奧氏體相及柱狀的凝固組織(zhi)有關。
由于激光-MIG電弧復合焊(han)接熱(re)輸入集中，焊(han)縫(feng)熱(re)影響區(qu)(qu)很(hen)窄，硬(ying)度過渡區(qu)(qu)不明顯，焊(han)縫(feng)區(qu)(qu)的(de)(de)顯微硬(ying)度最大值(zhi)為(wei)292HV1，比母材(cai)高30左右，這可能是焊(han)縫(feng)區(qu)(qu)彌散分布的(de)(de)晶內(nei)二次奧(ao)氏體相(xiang)強化(hua)的(de)(de)結果。
可見(jian)，利用激(ji)光-MIG復合焊(han)接(jie)方法得到(dao)的(de)2205雙(shuang)相不(bu)銹鋼焊(han)接(jie)接(jie)頭具有較好的(de)力(li)學(xue)性能。
d. 焊接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭腐蝕(shi)(shi)性能(neng)(neng)2205 雙相(xiang)(xiang)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)母材及復(fu)合焊焊接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭的(de)(de)臨(lin)(lin)界點(dian)蝕(shi)(shi)溫(wen)度測試如圖4-15所示，焊接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭的(de)(de)臨(lin)(lin)界溫(wen)度為49℃，與母材的(de)(de)臨(lin)(lin)界點(dian)蝕(shi)(shi)溫(wen)度50℃相(xiang)(xiang)近。激(ji)光-MIG復(fu)合焊接(jie)(jie)得到(dao)的(de)(de)雙相(xiang)(xiang)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)焊接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭的(de)(de)耐點(dian)蝕(shi)(shi)能(neng)(neng)力與母材相(xiang)(xiang)近。
總之，激光-MIG復合焊接可對雙相不銹鋼中(zhong)厚(hou)板實現高效率焊接。
