304不銹鋼PAW+GTAW組合焊接頭組織性能及應變強化特性.pdf

1、奧氏體不銹鋼具有良好的耐蝕性和低溫韌性等，被應用于石化管道、核電建設、船舶及機械制造等行業(yè)。但其導熱系數(shù)小、線脹系數(shù)大，采用一般電弧焊工藝時易造成較大殘余應力、接頭熱裂紋及晶粒粗化等，厚板件的焊接質量問題尤為突出。因此，有必要對不銹鋼中厚板的高效焊接進行深入研究。應變強化能提高奧氏體不銹鋼的屈服強度，有節(jié)能降耗的特點，在各類低溫液化氣體的儲運容器中有廣泛的應用前景。目前，奧氏體不銹鋼應變強化的研究主要針對母材，接頭強化的報道較少，特別是

2、焊縫、熱影響區(qū)、母材等不同區(qū)域微觀強化效應和低溫強韌性的分析不足。
　　本文針對如何實現(xiàn)奧氏體不銹鋼中厚板的高效焊接及接頭應變強化后的低溫強韌性等問題進行了研究。采用不同焊接熱輸入的等離子弧焊和氬弧焊的組合焊方法（PAW+GTAW）對12mm厚304不銹鋼板進行直Y坡口對接試驗，并對接頭進行室溫9％預拉伸強化試驗。通過組合焊接頭組織性能的分析，建立焊接熱輸入與組織、拉伸、沖擊及耐蝕性之間的內在聯(lián)系;利用預拉伸強化試驗探討應變量對接

3、頭組織、強度及-196℃低溫沖擊韌性的影響，并分析低溫沖擊后試樣的顯微組織變化和顯微硬度分布。
　　304不銹鋼PAW+GTAW組合焊工藝試驗表明，焊縫截面呈T字型。焊縫組織是奧氏體與鐵素體，存在骨骼狀及板條狀的6-鐵素體。熱影響區(qū)由奧氏體和短板狀鐵素體組成，鐵素體沿晶界自熔合區(qū)向母材延伸生長。隨焊接熱輸入(20.0～24.2kJ/cm)的增加，焊縫枝晶方向性更明顯，枝晶大小及間距變化不大;焊道交界區(qū)的羽毛狀鐵素體消失，析出細長條

4、狀的奧氏體;組合焊接頭顯微硬度從焊縫中心向母材鋸齒狀遞減，22.5kJ/cm熱輸入時最高;接頭室溫抗拉強度由700MPa增至709MPa;焊縫室溫沖擊吸收功由281J降至269J，熱影響區(qū)表現(xiàn)不同，最小值接近母材205J。GTAW側焊縫的耐蝕性最優(yōu)，熱影響區(qū)最差;PAW側焊縫的耐蝕性隨熱輸入的增加而略增加。
　　焊接熱輸入為21.7kJ/cm的組合焊接頭經(jīng)9％預拉伸應變強化試驗表明，接頭各區(qū)域的形變率呈非均質變化，焊縫約4％～5％

5、，熱影響區(qū)約12％。應變強化接頭焊縫晶粒細化，熱影響區(qū)生成少量形變馬氏體。應變強化接頭焊縫顯微硬度較未強化的降低，熱影響區(qū)及母材提高，即應變強化使接頭顯微硬度的分布均勻化。應變強化接頭室溫抗拉強度是804MPa，比未強化提高100MPa;強化接頭-196℃低溫抗拉強度為1677MPa，是強化接頭室溫值的兩倍多。應變強化接頭焊縫-196℃低溫沖擊吸收功比未強化的降低21J，熱影響區(qū)降低31J。應變強化不僅能提高組合焊接頭的強度，還能保持良

6、好的低溫韌性。
　　由應變強化接頭20℃室溫、-196℃低溫沖擊和拉伸斷口的形貌分析知，焊縫低溫沖擊斷口以大韌窩為主，韌窩較淺，存在二次裂紋，熱影響區(qū)有臺階及河流花樣。即應變強化降低了接頭的低溫韌性，斷裂機制由韌窩向韌窩+解理轉變。應變強化接頭室溫拉伸斷口有頸縮現(xiàn)象，低溫斷口平坦，且隨拉伸試驗溫度的降低，韌窩深度和尺寸均隨之減小。
　　304不銹鋼母材、組合焊接頭及應變強化接頭經(jīng)-196℃低溫沖擊試驗后的組織分析表明，焊縫無