SAF2205/16MnR复合板的焊接工艺及接头组织性能研究

摘要

双相不锈钢复合板具有优异的力学性能和抗腐蚀性能，广泛应用于石油化工、建筑、海洋工程等工业领域。由于复合板的覆层与基层之间的物化性质的较大差异，使得该类复合板在焊接过程中易出现覆层焊缝金属被稀释和焊接裂纹等缺陷，严重影响其在实际生产中的使用性能。为了获得优质焊接接头，通常采用在基层和覆层之间添加过渡层的方法，焊接过程中对复合板的基层、过渡层和覆层分别进行焊接，其中对接头过渡层的工艺控制和性能检测是研究的重点。为此，本文采用三种焊接工艺（X型坡口焊条电弧焊，X型开槽坡口焊条电弧焊，X型坡口钨极氩弧焊）分别对SAF2205/16MnR不锈钢复合钢板进行试焊研究，其中接头过渡层分为三大区域：覆层不锈钢与过渡层焊缝熔合区（DSS-WM界面）、基层低合金钢与过渡层焊缝熔合区（CS-WM界面）及过渡层焊缝区域。在对获得接头进行力学性能测试及抗腐蚀性能评价的基础上，详细分析了过渡层各区域的显微组织、物相结构及化学成分变化。
　　 结果表明，焊接接头均属于等强度匹配接头，其中焊条电弧焊获得接头的抗拉强度大于氩弧焊所获接头，而其过渡层焊缝抗腐蚀性能却稍差于氩弧焊所获接头的抗腐蚀性能。
　　 在接头DSS-WM界面熔合区，元素线扫描结果表明，该区合金元素的含量与覆层母材的基本一致，尤其熔合区附近的 Cr 元素含量有所降低，但仍大于通常对接头抗腐蚀性所要求的极限值（12.5％ Cr）。金相组织观察显示，此区域析出的奥氏体以不同形态如羽毛状、碎枝晶、条块状等分布于铁素体基体中，而在热影响区内（HAZ），铁素体含量明显增多，但仍控制在所要求的范围内（35％~65％）；在接头CS-WM界面熔合区，元素线扫描结果显示，Cr、Ni 合金元素的含量呈现明显的浓度分布变化，其中氩弧焊接头合金元素在该区的分布发生了突变，表明合金元素的扩散程度较小，故焊接过程对覆层焊缝的稀释程度较小。金相组织观察发现，三种工艺下所获接头在该区域存在一定程度的“碳迁移”现象，其中氩弧焊方法所获接头脱碳增碳现象略小；在接头过渡层焊缝中（WM），双相组织清晰可见且达到所要求的γ/α双相比例，其构成几乎接近SAF2205覆层母材的显微组织，未发现有M23C、Cr2N和σ相等有害相析出，保证获得接头具有良好的力学性能。
　　 总之，在本文中试验条件下，采用焊条电弧焊和钨极氩弧焊工艺均可在一定程度上成功实现SAF2205/16MnR不锈钢复合板的高质量连接。