導(dǎo)語：焊接工藝及接頭組織性能研究一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

【摘要】綜合性能很高的雙相不銹鋼，在其力學(xué)性能十分突出的同時(shí)也具備級高的耐腐蝕性，因此，被廣泛使用在各行各業(yè)中用于代替一般的不銹鋼，如生物工程、食品藥品等行業(yè)，在實(shí)際使用中，為節(jié)約成本，提升經(jīng)濟(jì)效果，在很大程度上發(fā)揮多種材料性能，大多會(huì)用多相不銹鋼與其他合金相互焊接結(jié)合使用，很大程度上降低了材料的使用性能。但是，由于不同的合金元素比例都會(huì)存在很大的差別，使得不同種類的材料焊接在一起相對困難，假如技術(shù)不高，在焊接中可能會(huì)產(chǎn)生很大概率的焊縫稀釋率，且最大的缺點(diǎn)就是在焊縫處容易出現(xiàn)氣孔或者裂痕等情況。因此，本文使用2205雙相鋼和Q345R低合金鋼為實(shí)驗(yàn)材料來進(jìn)行焊接工藝及接頭組織性能研究。

【關(guān)鍵詞】雙相不銹鋼；異種金屬；焊接工藝；耐腐蝕性

2205雙相不銹鋼是種中合金型雙相不銹鋼，因其鉻元素含有22％，也常被稱作22鉻雙相不銹鋼。其的固溶組織中，鐵素體與奧氏體各占50％對力學(xué)強(qiáng)度和耐腐蝕性起關(guān)鍵作用的。因此，其具有鐵素體與奧氏體不銹鋼的雙重性能。這不但使其具有很高的力學(xué)強(qiáng)度和良好的焊接性，而且在抵抗點(diǎn)蝕、均勻腐蝕和應(yīng)力腐蝕開裂等方面都表現(xiàn)出優(yōu)越的性能。資料顯示，當(dāng)今2205雙相不銹鋼產(chǎn)量占全球雙相不銹鋼總產(chǎn)量的80％，已成為這一序列的主力。目前，它已被廣泛應(yīng)用于石油天然氣開采、船舶制造和環(huán)境保護(hù)等工業(yè)領(lǐng)域。雙相不銹鋼在焊接時(shí)會(huì)出現(xiàn)熱裂紋、冷裂的敏感性小，在焊接時(shí)要在接口達(dá)成一定的比例，對于金屬相要減少產(chǎn)生，除了合金的元素影響相比例外，在焊接的時(shí)候產(chǎn)生的熱循環(huán)對于相比例所產(chǎn)生影響也很大。因此，研究使用不同方式焊接工藝來對雙相不銹鋼的接頭的組織與力學(xué)性能的影響以和能夠很好的使用和推廣雙相不銹鋼有很大的進(jìn)步。

1實(shí)驗(yàn)材料

試驗(yàn)材料是經(jīng)過熔煉與鍛造后的2205雙相不銹鋼（SAF2205）和低合金高強(qiáng)鋼Q345R材料，該次試驗(yàn)鋼材化學(xué)含量詳見表1，鋼材的力學(xué)性能詳見表2。

2焊接工藝及方式

2.1選擇焊接方式

2205雙相不銹鋼與Q345R低合金高強(qiáng)鋼進(jìn)行焊接，由于這兩種鋼材的元素含量具有很大的不同，在焊接時(shí)應(yīng)該最大程度減小焊縫處稀釋率。鎢極惰性氣體保護(hù)焊（TIG）其優(yōu)點(diǎn)是電弧和熔池可見性好，操作方便；沒有熔渣或很少熔渣，無需焊后清渣，質(zhì)量高但速度較慢。如果焊接處能形成很好的一個(gè)接口，就能很好的控制焊縫熔合比，對焊縫金屬的稀釋就能有效的減少。為了不讓焊縫氧化，使用鎢極惰性氣體保護(hù)焊時(shí)候應(yīng)該保持一定比例的保護(hù)氣體氬的純度。相比較來說，焊條電弧焊（SMAW）用手工操縱焊條進(jìn)行焊接，設(shè)備簡單維護(hù)方便、操作靈活適應(yīng)性強(qiáng)，在又有風(fēng)的室外比鎢極惰性氣體保護(hù)焊的工作效率都要高。因此，本文擬使用TIG和SMAW焊接技術(shù)來對2205與Q345R鋼材進(jìn)行焊接。

2.2對于焊接材料選擇

根據(jù)2205與Q345R兩種鋼材特性要考慮焊接材料在焊接過程中的損耗，因此，在選擇焊接材料的時(shí)候熔煉值應(yīng)該大于2205鋼材，所以要選擇超合金化焊接材料。在兩種不同種類的鋼材焊接時(shí)在焊點(diǎn)會(huì)出現(xiàn)碳元素溢出，焊點(diǎn)出現(xiàn)碳元素會(huì)使焊接鋼材接頭強(qiáng)度將低、熱疲勞性下降，而且在脫碳層形成一層氧化膜極易脫離使得接頭很早就是去作用。在焊接時(shí)使用合金元素Ni就能有效降低焊點(diǎn)附近出現(xiàn)的碳元素遷移，因此結(jié)合理論和實(shí)際實(shí)驗(yàn)分析得出，大多分使用的焊絲里Ni的含量要高于被焊接材料的2～3%。

2.3焊接工藝參數(shù)的確定

此次使用上海通用生產(chǎn)的WS-200氬弧焊機(jī)作為焊接工藝的焊接工具，將實(shí)驗(yàn)鋼材350mm×200mm×10mm的尺寸，實(shí)驗(yàn)方式是街頭對接的方式，單頭形成V型口，能使填充焊接材料很好的進(jìn)入焊縫中，降低焊縫熔合比，所以，使用坡口和間隙要大的坡口形式，坡口角度α=65°，鈍邊b=2.5mm，間隙c=2.5mm。要使用酒精等對焊縫進(jìn)行焊接前的清洗，焊接時(shí)，不要進(jìn)行多余的操作，要快速焊接，要保證焊接的接頭具有完整性和高質(zhì)量性，且要利用二次熱循環(huán)效果，在焊接時(shí)要進(jìn)行多層多道焊，焊完每層后要對接縫清理干凈，在進(jìn)行下一場焊接，焊接接頭的時(shí)候要嚴(yán)格控制溫度，不要超過150℃，TIG焊使用純度為99.99%的Ar氣體為保護(hù)氣體。經(jīng)過實(shí)際實(shí)驗(yàn)得出，改變焊接熱輸入進(jìn)行焊接的時(shí)候，經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)并利用實(shí)驗(yàn)所得接頭進(jìn)行力學(xué)性能測試，改進(jìn)焊接參數(shù)，在優(yōu)化焊接工藝的情況下得到數(shù)據(jù)，詳見表3幾種樣品鋼材接頭的具體焊接參數(shù)見表。三組對比試驗(yàn)分別為：A組使用ER2209焊絲的鎢極惰性氣體保護(hù)焊（TIG）；B組使用ER309焊絲的鎢極惰性氣體保護(hù)焊（TIG）；C組使用E2209焊條的焊條電弧焊（SMAW）。

3鋼材樣品接頭性能測試

3.1鋼材樣品拉伸性能測試

將焊接的鋼材樣品的接頭加工成標(biāo)準(zhǔn)拉伸試驗(yàn)件，利用拉伸實(shí)驗(yàn)機(jī)測出通過三種焊接工藝焊接鋼材樣品接頭的拉伸強(qiáng)度。進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，大部分情況采用接口拉伸測試得到的最大斷裂數(shù)據(jù)跟實(shí)驗(yàn)前測量最小數(shù)據(jù)的比值，利用計(jì)算得到抗拉伸強(qiáng)度。拉伸檢測標(biāo)準(zhǔn)，要求鋼材樣品的抗拉伸強(qiáng)度大于或等于材料的原定的最小抗拉伸強(qiáng)度，但是不用等于或者大于實(shí)驗(yàn)材料最大抗拉伸強(qiáng)度。如果實(shí)驗(yàn)材料在實(shí)驗(yàn)時(shí)出現(xiàn)斷裂，而且抗拉強(qiáng)度大于或等于材料既定的最低抗拉強(qiáng)度時(shí)，就可以判斷該實(shí)驗(yàn)材料抗拉強(qiáng)度是達(dá)標(biāo)；如果實(shí)驗(yàn)材料在實(shí)驗(yàn)時(shí)焊縫或熔合區(qū)出現(xiàn)斷裂，而且抗拉強(qiáng)度大于或等于材料規(guī)定的最低抗拉強(qiáng)度時(shí)，在達(dá)到其它性能需求時(shí)，也可以判斷該材料合格；但是假如實(shí)驗(yàn)材料在實(shí)驗(yàn)時(shí)遠(yuǎn)地低于材料的理論抗拉強(qiáng)度下發(fā)生斷裂，就可以判斷該材料焊接的接頭性能不合格。在進(jìn)行拉伸實(shí)驗(yàn)時(shí)，需要對于每種實(shí)驗(yàn)樣品都進(jìn)行三次測試，而后取平均值，幾種焊接接頭的拉伸實(shí)驗(yàn)結(jié)果詳見表4。為方便比較分析，同時(shí)也將兩種材料抗拉強(qiáng)度數(shù)據(jù)也一并加入表中。

3.2鋼材樣品彎曲性能測試

鋼材樣品材料在進(jìn)行彎曲性能測試時(shí)必須在彎曲實(shí)驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行，要求試驗(yàn)樣品的焊縫中心位置必須放在實(shí)驗(yàn)臺(tái)下。進(jìn)行表明彎取測試時(shí)，鋼材樣品要把焊縫外表面朝向下模放，背面彎區(qū)試驗(yàn)時(shí)要把焊縫內(nèi)的表明朝下模放置，隨后往上模施進(jìn)行施壓，將實(shí)驗(yàn)樣品壓入模具內(nèi)，一直到試驗(yàn)樣品成為U性彎。對于檢測鋼材樣品彎曲性能達(dá)標(biāo)與否的評判，一般要求鋼材樣品彎面上焊縫與熔合區(qū)域所發(fā)現(xiàn)的裂縫或者其他破損要低于實(shí)驗(yàn)樣品壁厚的1/2，產(chǎn)生在試驗(yàn)樣品其他位置方位的裂縫尺寸要小于6mm才算達(dá)標(biāo)。幾種實(shí)驗(yàn)樣品的焊接接頭彎曲實(shí)驗(yàn)結(jié)果詳見表5。

3.3接頭的沖擊性能測試

本文沖擊測試的標(biāo)準(zhǔn)是使用國家標(biāo)準(zhǔn)《焊接接頭沖擊試驗(yàn)方法》（GB/T2650-1989），測試要點(diǎn)如下：①鋼材樣品焊縫處有氣孔或者裂縫等問題，則不能進(jìn)行測試；②同樣條件下，鋼材樣品的同一位置要取樣結(jié)果不少于三個(gè)；③對于實(shí)驗(yàn)樣品出現(xiàn)缺口前，應(yīng)該先腐蝕焊接接口，在對焊接區(qū)域能清楚顯示后，再按照需求來劃線；④實(shí)驗(yàn)樣品斷裂后，應(yīng)該先檢查斷口處有沒有氣孔等問題，若斷口處出現(xiàn)氣孔或裂縫等問題，則該次實(shí)驗(yàn)結(jié)果無效。在表6中沖擊試驗(yàn)結(jié)果幾種接頭的沖擊試驗(yàn)結(jié)果。

4結(jié)論

（1）雙相不銹鋼焊接使用TIG和SMAW比較適合，使用的能源較少和進(jìn)行多層焊接，得到相比例、力學(xué)性能都很符合質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的焊接接口。（2）奧氏體的含量在TIG焊縫處要比SMAW焊縫含量高，其原因是TIG中的保護(hù)氣體中含有的1.5%N2增強(qiáng)輔熔金屬奧氏體的產(chǎn)生；還有是TIG焊接的溫度相對較高，焊接完成后需要長時(shí)間冷卻，奧氏體能有時(shí)間充分產(chǎn)生。（3）TIG焊接使用98.5%Ar+1.5%N2保護(hù)氣焊接的接頭跟酸性焊條SMAW焊接的接頭來比較，TIG焊接后的鋼材所具備的抗拉強(qiáng)度與沖擊韌性相對較高，焊縫和HAZ硬度值相對較低，因此，TIG焊接使用98.5%Ar+1.5%N2作為保護(hù)氣的接頭綜合性能很好。

作者:蘇雪梅 單位:南寧廣發(fā)重工集團(tuán)有限公司

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