雙相不(bu)銹鋼在實際應用過程中，不僅要求雙(shuang)相不銹鋼(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(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
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，制取拉伸試樣、沖擊試樣進行(xing)焊(han)接接頭力學分析，金相(xiang)試樣則利用光學顯(xian)微(wei)鏡、掃(sao)描電鏡和鐵素體(ti)儀進行(xing)微(wei)觀分析及兩相(xiang)比例測定。
2. 試(shi)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(ge)區(qu)(qu)的(de)顯微組織(zhi)如圖4-14所示，其中焊(han)縫及(ji)熱影響(xiang)區(qu)(qu)深色(se)部分為γ相(xiang)(xiang)，淺(qian)色(se)部分為α相(xiang)(xiang)；母材則(ze)相(xiang)(xiang)反。這種現象產(chan)生的(de)原因可能與(yu)母材、焊(han)縫區(qu)(qu)域α和γ相(xiang)(xiang)不同耐(nai)蝕性相(xiang)(xiang)關(guan)。
b. 鐵素體(ti)測定(ding)母材區(qu)(qu)(qu)的α相(xiang)和(he)(he)γ相(xiang)的比(bi)例(li)(li)分別為45％和(he)(he)55％；焊(han)縫區(qu)(qu)(qu)上部(bu)α和(he)(he)γ兩(liang)相(xiang)比(bi)例(li)(li)分別為49％、51％，中(zhong)下部(bu)α和(he)(he)y兩(liang)相(xiang)比(bi)例(li)(li)分別為56％、44％；焊(han)縫熱影響(xiang)(xiang)區(qu)(qu)(qu)α相(xiang)和(he)(he)γ相(xiang)比(bi)例(li)(li)分別為66％、34％。可見，各區(qu)(qu)(qu)域的鐵素體(ti)相(xiang)比(bi)例(li)(li)雖有差異，但(dan)均(jun)在(zai)(zai)(zai)30％～70％的合理范圍內。這是(shi)由于(yu)焊(han)縫區(qu)(qu)(qu)和(he)(he)熱影響(xiang)(xiang)區(qu)(qu)(qu)因填(tian)充金(jin)(jin)屬(shu)及(ji)焊(han)后(hou)冷卻速度(du)的影響(xiang)(xiang)，而(er)(er)造成(cheng)兩(liang)相(xiang)比(bi)例(li)(li)的區(qu)(qu)(qu)別。Ni元素是(shi)奧(ao)(ao)氏(shi)(shi)體(ti)強烈形成(cheng)及(ji)穩定(ding)元素，焊(han)縫區(qu)(qu)(qu)因填(tian)充Ni元素含量較(jiao)(jiao)高(gao)(gao)ER2209焊(han)絲，熔池快速凝固(gu)后(hou)產生焊(han)縫區(qu)(qu)(qu)的γ相(xiang)比(bi)例(li)(li)比(bi)焊(han)縫熱影響(xiang)(xiang)區(qu)(qu)(qu)的要高(gao)(gao)，而(er)(er)焊(han)縫區(qu)(qu)(qu)上、下部(bu)因填(tian)充金(jin)(jin)屬(shu)熔合比(bi)的影響(xiang)(xiang)，γ相(xiang)比(bi)例(li)(li)和(he)(he)形貌(mao)產生差異。焊(han)縫區(qu)(qu)(qu)上部(bu)熔融(rong)的填(tian)充金(jin)(jin)屬(shu)較(jiao)(jiao)多，γ相(xiang)比(bi)例(li)(li)較(jiao)(jiao)高(gao)(gao)，在(zai)(zai)(zai)較(jiao)(jiao)快冷卻的條件(jian)下，產生二(er)(er)次(ci)奧(ao)(ao)氏(shi)(shi)體(ti)主(zhu)要分布在(zai)(zai)(zai)初始鐵素體(ti)晶間，呈鏈狀(zhuang)密排相(xiang)連，少(shao)量二(er)(er)次(ci)奧(ao)(ao)氏(shi)(shi)體(ti)分布在(zai)(zai)(zai)晶內，如圖4-14a所示(shi)；而(er)(er)焊(han)縫區(qu)(qu)(qu)中(zhong)、下部(bu)，填(tian)充金(jin)(jin)屬(shu)進入較(jiao)(jiao)少(shao)，γ相(xiang)比(bi)例(li)(li)較(jiao)(jiao)低，快冷條件(jian)下，二(er)(er)次(ci)奧(ao)(ao)氏(shi)(shi)體(ti)相(xiang)主(zhu)要為細小顆(ke)粒(li)，彌散分布在(zai)(zai)(zai)柱狀(zhuang)晶內，晶間二(er)(er)次(ci)奧(ao)(ao)氏(shi)(shi)體(ti)相(xiang)較(jiao)(jiao)少(shao)，在(zai)(zai)(zai)晶界處還發(fa)現(xian)有鋸齒狀(zhuang)的魏氏(shi)(shi)二(er)(er)次(ci)奧(ao)(ao)氏(shi)(shi)體(ti)產生，如圖4-14b所示(shi)。
c. 焊接接頭力(li)學性(xing)能(neng)復合焊焊接接頭的(de)(de)力(li)學性(xing)能(neng)見表(biao)4-29。接頭拉伸時，斷(duan)裂位置發生在(zai)雙相(xiang)不銹(xiu)鋼母材(cai)部分，斷(duan)裂強度(du)為(wei)810MPa。在(zai)-40℃環境條(tiao)件下，接頭焊縫(feng)區(qu)的(de)(de)沖擊(ji)韌度(du)仍較(jiao)高，為(wei)73J／c㎡，但遠低于(yu)熔(rong)合線與熱影響區(qu)，這可能(neng)與焊縫(feng)區(qu)彌散分布的(de)(de)二次奧氏(shi)體相(xiang)及(ji)柱狀的(de)(de)凝固組織有關。
由于(yu)激光(guang)-MIG電弧復(fu)合(he)焊(han)接熱輸入集中，焊(han)縫熱影響區很窄，硬(ying)度過(guo)渡區不明顯，焊(han)縫區的(de)顯微硬(ying)度最大值為(wei)292HV1，比(bi)母材(cai)高30左右，這可(ke)能(neng)是焊(han)縫區彌散分布的(de)晶內二次奧氏體相強化的(de)結果。
可見(jian)，利用激光-MIG復合焊(han)接(jie)方(fang)法得(de)到的2205雙相不銹鋼焊(han)接(jie)接(jie)頭具有較好的力學性(xing)能。
d. 焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭(tou)腐蝕(shi)性能2205 雙(shuang)相不(bu)銹(xiu)鋼(gang)母材(cai)及(ji)復(fu)合焊(han)(han)(han)焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭(tou)的臨界點蝕(shi)溫(wen)(wen)(wen)度(du)測試如(ru)圖4-15所示，焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭(tou)的臨界溫(wen)(wen)(wen)度(du)為49℃，與(yu)母材(cai)的臨界點蝕(shi)溫(wen)(wen)(wen)度(du)50℃相近。激光-MIG復(fu)合焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)得到的雙(shuang)相不(bu)銹(xiu)鋼(gang)焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭(tou)的耐(nai)點蝕(shi)能力與(yu)母材(cai)相近。
總之，激光-MIG復合焊接可對雙相不(bu)銹鋼中厚板實現高效率焊接。
