雙相不(bu)銹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(bu)銹鋼焊(han)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(shi)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。
焊后，制(zhi)取拉伸試樣(yang)、沖擊試樣(yang)進(jin)行焊接(jie)接(jie)頭(tou)力學分析(xi)，金(jin)相試樣(yang)則利(li)用光學顯微(wei)鏡、掃描(miao)電鏡和鐵素體(ti)儀進(jin)行微(wei)觀(guan)分析(xi)及(ji)兩(liang)相比例測定。
2. 試(shi)驗結果(guo)與(yu)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(gang)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(jie)接(jie)頭各區的顯微組織如圖4-14所示，其中焊縫(feng)及熱影(ying)響區深色(se)(se)部分為(wei)γ相(xiang)(xiang)(xiang)，淺色(se)(se)部分為(wei)α相(xiang)(xiang)(xiang)；母(mu)(mu)材則相(xiang)(xiang)(xiang)反。這種現象產生的原因可能與母(mu)(mu)材、焊縫(feng)區域α和γ相(xiang)(xiang)(xiang)不同耐蝕性相(xiang)(xiang)(xiang)關。
b. 鐵素(su)體(ti)測定(ding)母材區(qu)(qu)的(de)(de)α相(xiang)和(he)(he)(he)γ相(xiang)的(de)(de)比例(li)分(fen)(fen)(fen)別(bie)(bie)為(wei)(wei)45％和(he)(he)(he)55％；焊(han)(han)(han)縫(feng)(feng)區(qu)(qu)上部(bu)α和(he)(he)(he)γ兩(liang)相(xiang)比例(li)分(fen)(fen)(fen)別(bie)(bie)為(wei)(wei)49％、51％，中下(xia)部(bu)α和(he)(he)(he)y兩(liang)相(xiang)比例(li)分(fen)(fen)(fen)別(bie)(bie)為(wei)(wei)56％、44％；焊(han)(han)(han)縫(feng)(feng)熱(re)影響區(qu)(qu)α相(xiang)和(he)(he)(he)γ相(xiang)比例(li)分(fen)(fen)(fen)別(bie)(bie)為(wei)(wei)66％、34％。可見(jian)，各區(qu)(qu)域的(de)(de)鐵素(su)體(ti)相(xiang)比例(li)雖有差(cha)異(yi)，但均(jun)在30％～70％的(de)(de)合(he)理范圍(wei)內。這是由于(yu)焊(han)(han)(han)縫(feng)(feng)區(qu)(qu)和(he)(he)(he)熱(re)影響區(qu)(qu)因(yin)填(tian)充(chong)(chong)金屬(shu)及焊(han)(han)(han)后(hou)冷(leng)卻速(su)度(du)的(de)(de)影響，而(er)造成兩(liang)相(xiang)比例(li)的(de)(de)區(qu)(qu)別(bie)(bie)。Ni元(yuan)(yuan)素(su)是奧(ao)氏(shi)(shi)體(ti)強烈形成及穩定(ding)元(yuan)(yuan)素(su)，焊(han)(han)(han)縫(feng)(feng)區(qu)(qu)因(yin)填(tian)充(chong)(chong)Ni元(yuan)(yuan)素(su)含量較高(gao)ER2209焊(han)(han)(han)絲，熔池快(kuai)速(su)凝固后(hou)產生(sheng)焊(han)(han)(han)縫(feng)(feng)區(qu)(qu)的(de)(de)γ相(xiang)比例(li)比焊(han)(han)(han)縫(feng)(feng)熱(re)影響區(qu)(qu)的(de)(de)要高(gao)，而(er)焊(han)(han)(han)縫(feng)(feng)區(qu)(qu)上、下(xia)部(bu)因(yin)填(tian)充(chong)(chong)金屬(shu)熔合(he)比的(de)(de)影響，γ相(xiang)比例(li)和(he)(he)(he)形貌產生(sheng)差(cha)異(yi)。焊(han)(han)(han)縫(feng)(feng)區(qu)(qu)上部(bu)熔融的(de)(de)填(tian)充(chong)(chong)金屬(shu)較多，γ相(xiang)比例(li)較高(gao)，在較快(kuai)冷(leng)卻的(de)(de)條件下(xia)，產生(sheng)二次奧(ao)氏(shi)(shi)體(ti)主要分(fen)(fen)(fen)布(bu)在初始鐵素(su)體(ti)晶(jing)間，呈鏈狀(zhuang)密排相(xiang)連，少(shao)(shao)量二次奧(ao)氏(shi)(shi)體(ti)分(fen)(fen)(fen)布(bu)在晶(jing)內，如圖4-14a所(suo)示；而(er)焊(han)(han)(han)縫(feng)(feng)區(qu)(qu)中、下(xia)部(bu)，填(tian)充(chong)(chong)金屬(shu)進入較少(shao)(shao)，γ相(xiang)比例(li)較低，快(kuai)冷(leng)條件下(xia)，二次奧(ao)氏(shi)(shi)體(ti)相(xiang)主要為(wei)(wei)細小顆粒，彌散分(fen)(fen)(fen)布(bu)在柱狀(zhuang)晶(jing)內，晶(jing)間二次奧(ao)氏(shi)(shi)體(ti)相(xiang)較少(shao)(shao)，在晶(jing)界(jie)處還(huan)發現有鋸齒狀(zhuang)的(de)(de)魏氏(shi)(shi)二次奧(ao)氏(shi)(shi)體(ti)產生(sheng)，如圖4-14b所(suo)示。
c. 焊(han)接(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)頭力學性(xing)能復合(he)焊(han)焊(han)接(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)頭的(de)力學性(xing)能見表4-29。接(jie)(jie)(jie)頭拉伸時，斷(duan)裂位置發生(sheng)在雙相不銹鋼(gang)母(mu)材部分，斷(duan)裂強度為810MPa。在-40℃環境(jing)條件下，接(jie)(jie)(jie)頭焊(han)縫區(qu)(qu)(qu)的(de)沖擊韌度仍較高(gao)，為73J／c㎡，但遠低于(yu)熔(rong)合(he)線與熱(re)影(ying)響區(qu)(qu)(qu)，這(zhe)可能與焊(han)縫區(qu)(qu)(qu)彌散分布(bu)的(de)二次奧氏(shi)體相及柱狀的(de)凝固組織有關。
由于(yu)激光-MIG電(dian)弧(hu)復合焊接(jie)熱輸入集中，焊縫(feng)熱影響區(qu)(qu)很窄，硬度過渡區(qu)(qu)不明顯，焊縫(feng)區(qu)(qu)的(de)(de)顯微硬度最大值為292HV1，比母(mu)材高30左右，這可(ke)能是焊縫(feng)區(qu)(qu)彌散分布的(de)(de)晶內二次奧氏體相強(qiang)化的(de)(de)結果。
可見，利用(yong)激光-MIG復合(he)焊接方法得(de)到的2205雙相不(bu)銹鋼焊接接頭具有較(jiao)好的力學性(xing)能(neng)。
d. 焊接(jie)接(jie)頭腐蝕性能2205 雙相(xiang)(xiang)(xiang)不(bu)銹鋼(gang)母(mu)材(cai)(cai)及復合焊焊接(jie)接(jie)頭的(de)(de)臨(lin)界(jie)點(dian)(dian)蝕溫度(du)測(ce)試如圖4-15所示(shi)，焊接(jie)接(jie)頭的(de)(de)臨(lin)界(jie)溫度(du)為49℃，與母(mu)材(cai)(cai)的(de)(de)臨(lin)界(jie)點(dian)(dian)蝕溫度(du)50℃相(xiang)(xiang)(xiang)近(jin)。激光-MIG復合焊接(jie)得到(dao)的(de)(de)雙相(xiang)(xiang)(xiang)不(bu)銹鋼(gang)焊接(jie)接(jie)頭的(de)(de)耐點(dian)(dian)蝕能力(li)與母(mu)材(cai)(cai)相(xiang)(xiang)(xiang)近(jin)。
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。
