雙相不銹(xiu)鋼在實際應用過程中，不僅要求雙(shuang)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(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(fang)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)取拉伸試樣(yang)(yang)、沖擊試樣(yang)(yang)進(jin)行(xing)焊接接頭(tou)力學分析(xi)(xi)，金相試樣(yang)(yang)則(ze)利用光學顯微鏡(jing)、掃描(miao)電鏡(jing)和鐵素體儀(yi)進(jin)行(xing)微觀分析(xi)(xi)及(ji)兩相比(bi)例測定。
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。
焊接接頭各(ge)區(qu)的顯微組織如圖4-14所示(shi)，其中(zhong)焊縫及熱影響(xiang)區(qu)深色部分(fen)為(wei)γ相，淺色部分(fen)為(wei)α相；母材(cai)(cai)則相反。這種現(xian)象產生的原因可能與母材(cai)(cai)、焊縫區(qu)域α和γ相不同耐蝕性相關(guan)。
b. 鐵素(su)體測(ce)定(ding)母材區(qu)(qu)(qu)的(de)α相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)和(he)(he)(he)γ相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)的(de)比例分別(bie)為(wei)(wei)(wei)45％和(he)(he)(he)55％；焊(han)縫區(qu)(qu)(qu)上部(bu)(bu)(bu)α和(he)(he)(he)γ兩相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)比例分別(bie)為(wei)(wei)(wei)49％、51％，中(zhong)下部(bu)(bu)(bu)α和(he)(he)(he)y兩相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)比例分別(bie)為(wei)(wei)(wei)56％、44％；焊(han)縫熱影(ying)(ying)響區(qu)(qu)(qu)α相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)和(he)(he)(he)γ相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)比例分別(bie)為(wei)(wei)(wei)66％、34％。可(ke)見，各區(qu)(qu)(qu)域的(de)鐵素(su)體相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)比例雖有差異，但均在(zai)(zai)(zai)30％～70％的(de)合理范圍內。這是由于焊(han)縫區(qu)(qu)(qu)和(he)(he)(he)熱影(ying)(ying)響區(qu)(qu)(qu)因填(tian)充金(jin)屬(shu)(shu)及(ji)焊(han)后(hou)(hou)冷卻(que)速度(du)的(de)影(ying)(ying)響，而造成兩相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)比例的(de)區(qu)(qu)(qu)別(bie)。Ni元素(su)是奧(ao)氏體強烈形成及(ji)穩(wen)定(ding)元素(su)，焊(han)縫區(qu)(qu)(qu)因填(tian)充Ni元素(su)含量(liang)較高(gao)ER2209焊(han)絲，熔池快速凝固后(hou)(hou)產生焊(han)縫區(qu)(qu)(qu)的(de)γ相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)比例比焊(han)縫熱影(ying)(ying)響區(qu)(qu)(qu)的(de)要高(gao)，而焊(han)縫區(qu)(qu)(qu)上、下部(bu)(bu)(bu)因填(tian)充金(jin)屬(shu)(shu)熔合比的(de)影(ying)(ying)響，γ相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)比例和(he)(he)(he)形貌產生差異。焊(han)縫區(qu)(qu)(qu)上部(bu)(bu)(bu)熔融的(de)填(tian)充金(jin)屬(shu)(shu)較多(duo)，γ相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)比例較高(gao)，在(zai)(zai)(zai)較快冷卻(que)的(de)條(tiao)件下，產生二次(ci)(ci)奧(ao)氏體主要分布在(zai)(zai)(zai)初(chu)始鐵素(su)體晶(jing)(jing)間(jian)，呈(cheng)鏈狀(zhuang)密排相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)連，少(shao)量(liang)二次(ci)(ci)奧(ao)氏體分布在(zai)(zai)(zai)晶(jing)(jing)內，如圖4-14a所示；而焊(han)縫區(qu)(qu)(qu)中(zhong)、下部(bu)(bu)(bu)，填(tian)充金(jin)屬(shu)(shu)進入較少(shao)，γ相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)比例較低，快冷條(tiao)件下，二次(ci)(ci)奧(ao)氏體相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)主要為(wei)(wei)(wei)細小顆粒，彌散(san)分布在(zai)(zai)(zai)柱狀(zhuang)晶(jing)(jing)內，晶(jing)(jing)間(jian)二次(ci)(ci)奧(ao)氏體相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)較少(shao)，在(zai)(zai)(zai)晶(jing)(jing)界處(chu)還發現有鋸齒(chi)狀(zhuang)的(de)魏氏二次(ci)(ci)奧(ao)氏體產生，如圖4-14b所示。
c. 焊(han)接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭力學(xue)性能(neng)復合焊(han)焊(han)接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭的力學(xue)性能(neng)見(jian)表4-29。接(jie)(jie)頭拉伸時，斷裂(lie)位置發生在雙(shuang)相不(bu)銹鋼母材部分(fen)，斷裂(lie)強(qiang)度為(wei)810MPa。在-40℃環境條件下(xia)，接(jie)(jie)頭焊(han)縫區(qu)(qu)的沖(chong)擊韌度仍較高，為(wei)73J／c㎡，但遠低于熔合線與熱影響區(qu)(qu)，這可(ke)能(neng)與焊(han)縫區(qu)(qu)彌散分(fen)布的二次奧氏體(ti)相及柱狀的凝(ning)固組織(zhi)有關。
由于激(ji)光-MIG電弧復合(he)焊(han)接(jie)熱輸入集(ji)中，焊(han)縫熱影響區很窄(zhai)，硬(ying)度過渡(du)區不(bu)明(ming)顯，焊(han)縫區的(de)顯微(wei)硬(ying)度最大值為292HV1，比母材高(gao)30左(zuo)右(you)，這(zhe)可能是焊(han)縫區彌散(san)分(fen)布的(de)晶內(nei)二(er)次奧氏(shi)體相(xiang)強化的(de)結果。
可見，利(li)用激光(guang)-MIG復合焊接方法得(de)到的(de)2205雙相(xiang)不(bu)銹鋼焊接接頭具有較好的(de)力學性能。
d. 焊(han)接(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)頭腐蝕(shi)性(xing)能2205 雙相不(bu)銹(xiu)鋼母材及復合焊(han)焊(han)接(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)頭的臨界(jie)點蝕(shi)溫(wen)度測(ce)試如(ru)圖(tu)4-15所示，焊(han)接(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)頭的臨界(jie)溫(wen)度為49℃，與母材的臨界(jie)點蝕(shi)溫(wen)度50℃相近。激光-MIG復合焊(han)接(jie)(jie)(jie)得到的雙相不(bu)銹(xiu)鋼焊(han)接(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)頭的耐點蝕(shi)能力(li)與母材相近。
總之，激光-MIG復合焊接可對雙相不銹(xiu)鋼中厚(hou)板實現高效率焊接。
