雙相不銹鋼在實際應用過程中，不僅要求雙(shuang)相不(bu)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。雙相不銹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(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(han)后(hou)，制取拉(la)伸試樣(yang)、沖擊試樣(yang)進行焊(han)接接頭力學分析，金(jin)相試樣(yang)則(ze)利用(yong)光學顯(xian)微鏡(jing)、掃描電(dian)鏡(jing)和鐵素體儀進行微觀分析及兩相比例測定。
2. 試(shi)驗結(jie)果與評估(gu)
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)接接頭各(ge)區(qu)(qu)的顯(xian)微組織(zhi)如圖4-14所示，其中焊(han)縫及熱影響區(qu)(qu)深色部分(fen)為γ相，淺色部分(fen)為α相；母材則相反(fan)。這種現象產生的原因可能(neng)與母材、焊(han)縫區(qu)(qu)域α和γ相不同耐蝕(shi)性相關(guan)。
b. 鐵(tie)素(su)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)測定(ding)母材區(qu)的(de)(de)(de)α相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)和(he)(he)(he)γ相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)的(de)(de)(de)比例(li)分(fen)別(bie)(bie)為(wei)(wei)(wei)45％和(he)(he)(he)55％；焊(han)縫(feng)區(qu)上部(bu)α和(he)(he)(he)γ兩(liang)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)比例(li)分(fen)別(bie)(bie)為(wei)(wei)(wei)49％、51％，中下(xia)部(bu)α和(he)(he)(he)y兩(liang)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)比例(li)分(fen)別(bie)(bie)為(wei)(wei)(wei)56％、44％；焊(han)縫(feng)熱影(ying)響區(qu)α相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)和(he)(he)(he)γ相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)比例(li)分(fen)別(bie)(bie)為(wei)(wei)(wei)66％、34％。可見(jian)，各區(qu)域的(de)(de)(de)鐵(tie)素(su)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)比例(li)雖有差(cha)(cha)異，但(dan)均(jun)在(zai)30％～70％的(de)(de)(de)合理范圍(wei)內。這(zhe)是由于焊(han)縫(feng)區(qu)和(he)(he)(he)熱影(ying)響區(qu)因(yin)填(tian)充(chong)金屬(shu)(shu)及焊(han)后(hou)冷卻速(su)度的(de)(de)(de)影(ying)響，而(er)造成(cheng)兩(liang)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)比例(li)的(de)(de)(de)區(qu)別(bie)(bie)。Ni元素(su)是奧氏(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)強(qiang)烈(lie)形成(cheng)及穩定(ding)元素(su)，焊(han)縫(feng)區(qu)因(yin)填(tian)充(chong)Ni元素(su)含量較(jiao)(jiao)(jiao)高ER2209焊(han)絲，熔(rong)池快速(su)凝固后(hou)產(chan)(chan)生(sheng)焊(han)縫(feng)區(qu)的(de)(de)(de)γ相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)比例(li)比焊(han)縫(feng)熱影(ying)響區(qu)的(de)(de)(de)要高，而(er)焊(han)縫(feng)區(qu)上、下(xia)部(bu)因(yin)填(tian)充(chong)金屬(shu)(shu)熔(rong)合比的(de)(de)(de)影(ying)響，γ相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)比例(li)和(he)(he)(he)形貌產(chan)(chan)生(sheng)差(cha)(cha)異。焊(han)縫(feng)區(qu)上部(bu)熔(rong)融的(de)(de)(de)填(tian)充(chong)金屬(shu)(shu)較(jiao)(jiao)(jiao)多，γ相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)比例(li)較(jiao)(jiao)(jiao)高，在(zai)較(jiao)(jiao)(jiao)快冷卻的(de)(de)(de)條(tiao)(tiao)件下(xia)，產(chan)(chan)生(sheng)二次(ci)奧氏(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)主(zhu)要分(fen)布(bu)在(zai)初始(shi)鐵(tie)素(su)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)晶間(jian)，呈鏈(lian)狀密排相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)連，少(shao)量二次(ci)奧氏(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)分(fen)布(bu)在(zai)晶內，如(ru)圖4-14a所示；而(er)焊(han)縫(feng)區(qu)中、下(xia)部(bu)，填(tian)充(chong)金屬(shu)(shu)進入(ru)較(jiao)(jiao)(jiao)少(shao)，γ相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)比例(li)較(jiao)(jiao)(jiao)低(di)，快冷條(tiao)(tiao)件下(xia)，二次(ci)奧氏(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)主(zhu)要為(wei)(wei)(wei)細小顆(ke)粒，彌(mi)散分(fen)布(bu)在(zai)柱(zhu)狀晶內，晶間(jian)二次(ci)奧氏(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)較(jiao)(jiao)(jiao)少(shao)，在(zai)晶界處還發(fa)現有鋸齒狀的(de)(de)(de)魏氏(shi)(shi)(shi)二次(ci)奧氏(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)產(chan)(chan)生(sheng)，如(ru)圖4-14b所示。
c. 焊接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭(tou)力(li)學性能復合焊焊接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭(tou)的(de)力(li)學性能見(jian)表4-29。接(jie)(jie)頭(tou)拉(la)伸時(shi)，斷(duan)(duan)裂位置發生在雙相(xiang)不銹(xiu)鋼母材部分，斷(duan)(duan)裂強度(du)(du)為810MPa。在-40℃環境條件下(xia)，接(jie)(jie)頭(tou)焊縫區的(de)沖擊韌度(du)(du)仍較高，為73J／c㎡，但遠(yuan)低于熔合線與熱影響區，這可(ke)能與焊縫區彌散分布的(de)二次奧氏體相(xiang)及柱狀(zhuang)的(de)凝(ning)固組(zu)織有關。
由于激光-MIG電弧(hu)復合(he)焊(han)接(jie)熱(re)輸入集中，焊(han)縫(feng)熱(re)影響區(qu)很窄，硬度過渡區(qu)不(bu)明顯，焊(han)縫(feng)區(qu)的(de)顯微硬度最大值(zhi)為292HV1，比母材高30左右，這可(ke)能是焊(han)縫(feng)區(qu)彌散分布的(de)晶內(nei)二(er)次奧氏體(ti)相強(qiang)化的(de)結果。
可(ke)見，利用激光(guang)-MIG復(fu)合焊(han)接(jie)方法(fa)得(de)到的2205雙相不銹鋼(gang)焊(han)接(jie)接(jie)頭具有較(jiao)好的力學性能(neng)。
d. 焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭(tou)腐(fu)蝕性能2205 雙(shuang)相(xiang)(xiang)不(bu)銹鋼母材及復合焊(han)(han)(han)焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭(tou)的(de)臨(lin)界點(dian)蝕溫度(du)(du)測試(shi)如圖4-15所示，焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭(tou)的(de)臨(lin)界溫度(du)(du)為49℃，與(yu)母材的(de)臨(lin)界點(dian)蝕溫度(du)(du)50℃相(xiang)(xiang)近。激光-MIG復合焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)得到的(de)雙(shuang)相(xiang)(xiang)不(bu)銹鋼焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭(tou)的(de)耐點(dian)蝕能力(li)與(yu)母材相(xiang)(xiang)近。
總之，激光-MIG復合焊接可對雙相不銹鋼中厚板實現高效率焊接。
