雙相不銹鋼的特種焊接工藝分析

 隨著現(xiàn)代化生產(chǎn)對(duì)材料性能要求的逐步提高和工件結(jié)構(gòu)的日趨復(fù)雜，要求雙相不銹鋼焊接接頭所能達(dá)到的性能也日益苛刻。激光焊作為高能束焊接方法之一，具有熱量集中、焊縫深寬比大、無(wú)磁偏吹干擾和生產(chǎn)效率高等諸多優(yōu)勢(shì)，特別適合于精密設(shè)備的焊接。攪拌摩擦焊是一種固態(tài)焊接方法，它通過(guò)攪拌頭的摩擦生熱和高旋轉(zhuǎn)形成金屬塑性流動(dòng)來(lái)達(dá)到焊接的目的，其焊合區(qū)在力學(xué)和冶金的共同作用下可形成致密的細(xì)晶組織，從而獲得性能優(yōu)良的焊接接頭。近年來(lái)，對(duì)采用這些特種焊接方法的焊接接頭其耐蝕性的研究也在逐步進(jìn)行。浙江至德鋼業(yè)有限公司技術(shù)人員研究了采用攪拌摩擦焊對(duì)雙相不銹鋼焊接后在硫酸溶液中的腐蝕行為。試驗(yàn)采用轉(zhuǎn)速為800r/min的攪拌頭分別以50mm/min、100mm/min、150mm/min三種不同的焊接速度對(duì)1.5mm厚的SAF2205雙相不銹鋼板材進(jìn)行焊接，隨后耐蝕性評(píng)價(jià)由動(dòng)電位極化曲線和浸泡試驗(yàn)測(cè)出，鈍化膜的半導(dǎo)體特征由至德鋼業(yè)分析得到。試驗(yàn)結(jié)果表明：所有母材和焊縫的試樣都包含了較寬的鈍化區(qū)和較短的活化鈍化轉(zhuǎn)變區(qū)；另外，母材的腐蝕電流密度均大于焊縫，焊接速度為150mm/min的試樣具有最小的腐蝕電流密度，說(shuō)明其耐蝕性最高。這是由于增加焊接速度會(huì)使奧氏體和鐵素體的晶粒尺寸降低，提高了攪拌區(qū)的耐蝕性。根據(jù)至德鋼業(yè)分析結(jié)果計(jì)算出的載流子濃度隨著攪拌區(qū)晶粒尺寸的下降而降低，該分析結(jié)合浸泡試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果表明：晶粒尺寸的降低增加了攪拌區(qū)的鈍化行為，焊接速度為150mm/min的試樣呈現(xiàn)出最好的耐蝕性。

 浙江至德鋼業(yè)有限公司技術(shù)人員對(duì)比分析了采用TIG焊和二氧化碳激光焊焊接2205雙相不銹鋼6.4mm厚度的板材，兩種焊接方法均采用無(wú)填充的自熔焊。鎢極氬弧焊所用電流為110A、電壓為12V、焊接速度為0.15m/min、保護(hù)氣為氬氣、氣流量為15L/min。激光焊的離焦量為0mm，純氬氣保護(hù)，氣流量為20L/min，最大激光功率為8kW。與TIG焊相比，激光焊的熔合區(qū)尺寸明顯減少，焊縫和熱影響區(qū)的相比例平衡易受焊接過(guò)程的影響。而TIG焊熱輸入較高，焊縫和熱影響區(qū)的相比例更接近母材組織的相比例。但是，激光焊焊接接頭的耐蝕性要比TIG焊接接頭好得多，TIG焊和激光焊焊接接頭的年腐蝕速率分別為0.2456mm/年、0.05334mm/年。經(jīng)分析得出：這是由于激光焊的焊縫與熱影響區(qū)的晶粒尺寸較小，提高了接頭的耐蝕性，而不是由鐵素體和奧氏體的相比例偏離平衡所致。

 同時(shí)至德鋼業(yè)還研究了激光焊中氮吸收對(duì)組織和耐蝕性的影響，激光焊時(shí)氮元素的損失非常嚴(yán)重，而通過(guò)在保護(hù)氣中加入氮?dú)馐且环N有效抑制焊接時(shí)氮元素?fù)p失的方式，而且這種方式不會(huì)增加氣孔的發(fā)生概率，也不會(huì)降低激光束的穿透能力，但是，焊縫中的氮含量仍舊低于母材。在激光焊特有的快速冷卻過(guò)程中，少量的氮吸收對(duì)焊縫中奧氏體含量的增加起到至關(guān)重要的作用。研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)工件的上、下表面均采用純氮?dú)庾鳛楸Ｗo(hù)氣時(shí)，焊縫中的奧氏體含量接近40%，且?jiàn)W氏體沿著激光焊穿透深度均勻分布，吸收的氮元素對(duì)奧氏體形貌的影響也比較明顯。對(duì)于激光自熔焊而言，高溫鐵素體轉(zhuǎn)變成的奧氏體形貌有仿晶界狀、魏氏體條狀、晶內(nèi)析出三種，當(dāng)保護(hù)氣中加入氮?dú)夂?，仿晶界奧氏體和魏氏體狀的奧氏體顯著增加，尤其是魏氏體狀的奧氏體。雙相不銹鋼的奧氏體含量和形態(tài)是耐腐蝕的主要因素之一，動(dòng)電位陽(yáng)極極化曲線的測(cè)試結(jié)果表明：氮?dú)庾鳛楸Ｗo(hù)氣可提高焊件的抗腐蝕能力。