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(shuang)相不(bu)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(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，制取拉伸(shen)試(shi)樣(yang)、沖擊試(shi)樣(yang)進(jin)(jin)行(xing)(xing)焊接接頭力(li)學(xue)分(fen)析，金相(xiang)(xiang)試(shi)樣(yang)則利用(yong)光學(xue)顯(xian)微(wei)鏡、掃描電鏡和鐵素體(ti)儀進(jin)(jin)行(xing)(xing)微(wei)觀分(fen)析及(ji)兩相(xiang)(xiang)比例測(ce)定。
2. 試(shi)驗結果與評估(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雙相不(bu)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)接接頭各區(qu)的(de)顯微(wei)組織(zhi)如圖4-14所示，其(qi)中(zhong)焊(han)縫及熱影響區(qu)深色(se)部分(fen)為γ相(xiang)(xiang)，淺色(se)部分(fen)為α相(xiang)(xiang)；母材(cai)則相(xiang)(xiang)反。這種現象產生的(de)原因(yin)可能與母材(cai)、焊(han)縫區(qu)域α和(he)γ相(xiang)(xiang)不同耐蝕性(xing)相(xiang)(xiang)關。
b. 鐵素體(ti)(ti)測定母材區(qu)(qu)的(de)(de)α相(xiang)(xiang)(xiang)和(he)(he)γ相(xiang)(xiang)(xiang)的(de)(de)比(bi)(bi)(bi)(bi)(bi)(bi)例(li)分別為(wei)(wei)45％和(he)(he)55％；焊(han)縫(feng)(feng)(feng)區(qu)(qu)上(shang)部α和(he)(he)γ兩相(xiang)(xiang)(xiang)比(bi)(bi)(bi)(bi)(bi)(bi)例(li)分別為(wei)(wei)49％、51％，中下(xia)部α和(he)(he)y兩相(xiang)(xiang)(xiang)比(bi)(bi)(bi)(bi)(bi)(bi)例(li)分別為(wei)(wei)56％、44％；焊(han)縫(feng)(feng)(feng)熱(re)影(ying)(ying)響區(qu)(qu)α相(xiang)(xiang)(xiang)和(he)(he)γ相(xiang)(xiang)(xiang)比(bi)(bi)(bi)(bi)(bi)(bi)例(li)分別為(wei)(wei)66％、34％。可見，各區(qu)(qu)域的(de)(de)鐵素體(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)比(bi)(bi)(bi)(bi)(bi)(bi)例(li)雖有差異，但均在(zai)30％～70％的(de)(de)合理范圍內。這是由(you)于(yu)焊(han)縫(feng)(feng)(feng)區(qu)(qu)和(he)(he)熱(re)影(ying)(ying)響區(qu)(qu)因(yin)填(tian)(tian)充(chong)(chong)金(jin)屬(shu)及焊(han)后(hou)冷(leng)卻速(su)度的(de)(de)影(ying)(ying)響，而(er)造成兩相(xiang)(xiang)(xiang)比(bi)(bi)(bi)(bi)(bi)(bi)例(li)的(de)(de)區(qu)(qu)別。Ni元(yuan)素是奧(ao)(ao)(ao)(ao)氏體(ti)(ti)強烈(lie)形(xing)(xing)成及穩定元(yuan)素，焊(han)縫(feng)(feng)(feng)區(qu)(qu)因(yin)填(tian)(tian)充(chong)(chong)Ni元(yuan)素含量(liang)較(jiao)高(gao)(gao)ER2209焊(han)絲，熔(rong)池(chi)快(kuai)速(su)凝固后(hou)產(chan)生焊(han)縫(feng)(feng)(feng)區(qu)(qu)的(de)(de)γ相(xiang)(xiang)(xiang)比(bi)(bi)(bi)(bi)(bi)(bi)例(li)比(bi)(bi)(bi)(bi)(bi)(bi)焊(han)縫(feng)(feng)(feng)熱(re)影(ying)(ying)響區(qu)(qu)的(de)(de)要(yao)高(gao)(gao)，而(er)焊(han)縫(feng)(feng)(feng)區(qu)(qu)上(shang)、下(xia)部因(yin)填(tian)(tian)充(chong)(chong)金(jin)屬(shu)熔(rong)合比(bi)(bi)(bi)(bi)(bi)(bi)的(de)(de)影(ying)(ying)響，γ相(xiang)(xiang)(xiang)比(bi)(bi)(bi)(bi)(bi)(bi)例(li)和(he)(he)形(xing)(xing)貌(mao)產(chan)生差異。焊(han)縫(feng)(feng)(feng)區(qu)(qu)上(shang)部熔(rong)融的(de)(de)填(tian)(tian)充(chong)(chong)金(jin)屬(shu)較(jiao)多，γ相(xiang)(xiang)(xiang)比(bi)(bi)(bi)(bi)(bi)(bi)例(li)較(jiao)高(gao)(gao)，在(zai)較(jiao)快(kuai)冷(leng)卻的(de)(de)條(tiao)件(jian)下(xia)，產(chan)生二(er)(er)次(ci)(ci)(ci)奧(ao)(ao)(ao)(ao)氏體(ti)(ti)主要(yao)分布(bu)在(zai)初始鐵素體(ti)(ti)晶(jing)間，呈鏈狀密排相(xiang)(xiang)(xiang)連，少量(liang)二(er)(er)次(ci)(ci)(ci)奧(ao)(ao)(ao)(ao)氏體(ti)(ti)分布(bu)在(zai)晶(jing)內，如圖4-14a所(suo)示；而(er)焊(han)縫(feng)(feng)(feng)區(qu)(qu)中、下(xia)部，填(tian)(tian)充(chong)(chong)金(jin)屬(shu)進入較(jiao)少，γ相(xiang)(xiang)(xiang)比(bi)(bi)(bi)(bi)(bi)(bi)例(li)較(jiao)低，快(kuai)冷(leng)條(tiao)件(jian)下(xia)，二(er)(er)次(ci)(ci)(ci)奧(ao)(ao)(ao)(ao)氏體(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)主要(yao)為(wei)(wei)細小顆粒，彌(mi)散分布(bu)在(zai)柱狀晶(jing)內，晶(jing)間二(er)(er)次(ci)(ci)(ci)奧(ao)(ao)(ao)(ao)氏體(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)較(jiao)少，在(zai)晶(jing)界處還發現有鋸齒(chi)狀的(de)(de)魏(wei)氏二(er)(er)次(ci)(ci)(ci)奧(ao)(ao)(ao)(ao)氏體(ti)(ti)產(chan)生，如圖4-14b所(suo)示。
c. 焊接接頭(tou)力學性能(neng)(neng)復合(he)焊焊接接頭(tou)的(de)(de)力學性能(neng)(neng)見表4-29。接頭(tou)拉伸時，斷(duan)裂位(wei)置發(fa)生在雙(shuang)相(xiang)不銹鋼母材(cai)部分(fen)，斷(duan)裂強度為(wei)810MPa。在-40℃環(huan)境條件下(xia)，接頭(tou)焊縫區(qu)的(de)(de)沖擊韌度仍較高，為(wei)73J／c㎡，但(dan)遠低于熔合(he)線與熱(re)影響區(qu)，這可能(neng)(neng)與焊縫區(qu)彌散分(fen)布的(de)(de)二次奧氏體相(xiang)及柱狀的(de)(de)凝(ning)固組織有關(guan)。
由于激光-MIG電弧(hu)復合焊(han)接熱(re)輸入集中，焊(han)縫熱(re)影響區(qu)很窄(zhai)，硬度(du)過渡區(qu)不明顯(xian)，焊(han)縫區(qu)的(de)顯(xian)微(wei)硬度(du)最大值為292HV1，比母材高30左(zuo)右，這(zhe)可能是焊(han)縫區(qu)彌散分布的(de)晶內(nei)二次奧氏(shi)體相(xiang)強化的(de)結果(guo)。
可見(jian)，利(li)用激(ji)光-MIG復(fu)合焊接(jie)(jie)方(fang)法得到的2205雙相不銹鋼焊接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭具有較好的力學性能。
d. 焊(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭腐蝕性(xing)能2205 雙相(xiang)不(bu)銹鋼(gang)母(mu)(mu)材及(ji)復合焊(han)(han)(han)(han)焊(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭的臨界(jie)(jie)點蝕溫度(du)測試如圖4-15所示，焊(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭的臨界(jie)(jie)溫度(du)為49℃，與母(mu)(mu)材的臨界(jie)(jie)點蝕溫度(du)50℃相(xiang)近。激光-MIG復合焊(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)得到(dao)的雙相(xiang)不(bu)銹鋼(gang)焊(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭的耐點蝕能力與母(mu)(mu)材相(xiang)近。
總之，激光-MIG復合焊接可對雙相不(bu)銹(xiu)鋼中(zhong)厚板實現高效率焊接。
