雙相不銹鋼異種金屬的焊接工藝及接頭組織性能研究.pdf

1、雙相不銹鋼既具有優(yōu)良的耐腐蝕性能,同時(shí)又具有較好的力學(xué)性能,即具有優(yōu)異的綜合性能,因此被越來越多的應(yīng)用于石油、化工、海洋工程等領(lǐng)域中,以代替普通的不銹鋼板。在實(shí)際應(yīng)用中,為了節(jié)約價(jià)格相對較高的雙相不銹鋼材料,以降低整體生產(chǎn)成本,提高經(jīng)濟(jì)效益,最大限度地發(fā)揮不同材料的性能,經(jīng)常會遇到雙相不銹鋼與低合金鋼等異種金屬的焊接。然而,由于異種金屬的化學(xué)成分和物理、化學(xué)性能等存在較大差異,使得異種材料的焊接較為困難,如工藝控制不當(dāng),在焊接過程中存在

2、焊縫稀釋率大,且易在接頭焊縫中產(chǎn)生氣孔和微裂紋等焊接缺陷,嚴(yán)重降低接頭的使用性能。基于此,本文對2205雙相不銹鋼與16MnR低合金鋼的焊接工藝及焊接性進(jìn)行研究。采用三種不同的焊接方法與填充材料組合進(jìn)行接頭焊接工藝實(shí)驗(yàn),分別為:(1)采用ER2209焊絲的鎢極氬弧焊(GTAW)；(2)采用ER309焊絲的鎢極氬弧焊(GTAW)；(3)采用E2209焊條的焊條電弧焊(SMAW)。對在不同工藝條件下獲得接頭進(jìn)行力學(xué)性能測試、微觀組織分析以及

3、耐腐蝕性能測試等,以確定試驗(yàn)條件下的最佳焊接工藝,并對異種金屬接頭的形成機(jī)理進(jìn)行探討,以期為雙相不銹鋼異種金屬結(jié)構(gòu)在實(shí)際生產(chǎn)中的推廣應(yīng)用提供理論指導(dǎo)與技術(shù)支持。
　　 利用光學(xué)顯微鏡(OM)、掃描電子顯微鏡(SEM)、透射電鏡(TEM)及X射線衍射儀(XRD)對焊接接頭的不同區(qū)域進(jìn)行組織觀察、成分分析及相結(jié)構(gòu)分析。結(jié)果表明,在接頭16MnR-WM界面,由于碳原子的擴(kuò)散,在熔合線附近的16MnR一側(cè)存在一層“脫碳層”,而在焊縫金屬

4、一側(cè)存在一層厚度為20～50μm的凝固過渡層。通過對凝固過渡層進(jìn)行分析,發(fā)現(xiàn)Ni、Cr元素在該區(qū)域呈一定濃度梯度分布,并未發(fā)現(xiàn)有Cr的碳化物或者馬氏體等有害組織存在；而在DSS-WM界面,雙相不銹鋼一側(cè)熱影響區(qū)至焊縫金屬的組織過渡較為緩和,沒有明顯突變的界面,并且在熱影響區(qū)內(nèi)奧氏體相的含量控制在35％～65％的范圍內(nèi),保證了獲得接頭具有良好的力學(xué)性能和耐腐蝕性能。焊縫金屬的組織為鐵素體和奧氏體雙相組織,且奧氏體組織占優(yōu),對保證焊縫金屬的

5、性能有利。
　　 力學(xué)性能測試表明,采用GTAW焊獲得接頭的拉伸斷裂位置均發(fā)生在16MnR母材一側(cè),而采用SMAW焊獲得接頭的拉伸斷裂位置發(fā)生在16MnR一側(cè)的熱影響區(qū),三種工藝獲得接頭的抗拉強(qiáng)度分別為582.4MPa、579.7MPa、564.6MPa,均超過了強(qiáng)度相對較低的16MnR母材本身的抗拉強(qiáng)度,表明接頭的強(qiáng)度完全能夠滿足實(shí)際使用要求。沖擊韌性試驗(yàn)表明,盡管焊縫金屬的缺口沖擊韌性均低于雙相不銹鋼母材本身的沖擊韌性,但與

6、低合金鋼母材和低合金鋼側(cè)熱影響區(qū)的沖擊韌性相比,仍然具有相對較高的沖擊韌性值,并且采用ER309焊絲GTAW焊獲得的接頭具有最佳的沖擊韌性。
　　 通過化學(xué)浸泡法及電化學(xué)測試方法來評價(jià)接頭的耐腐蝕性能,結(jié)果表明,在三種工藝下所獲得的接頭耐晶間腐蝕性能優(yōu)異,點(diǎn)蝕是焊縫金屬的主要腐蝕方式,采用ER2209焊絲的GTAW接頭具有最佳的耐點(diǎn)蝕性能。
　　 綜上所述,采用GTAW焊方法并選用ER309焊絲的焊接工藝獲得了力學(xué)性能最