SAF2205双相不锈钢焊接工艺与机理研究

摘要

双相不锈钢具有良好的综合力学性能和耐腐蚀性能，广泛应用于石油化工、海洋工程及食品工程等行业，其中2205 双相不锈钢约占总应用量的80％。 由于该类钢在焊接热循环作用下，使得接头组织中合适的双相比例难以控制，从而导致获得接头的力学性能和耐腐蚀性能下降。基于此，本文针对2205 双相不锈钢的焊接特点，采用钨极氩弧焊方法，按照两种工艺试验方案，即分别在保护气体Ar 中加入不同量的氮气和改变焊接热输入量进行焊接工艺研究，并与采用纯Ar 保护的钨极氩弧焊和手工电弧焊获得接头进行对比。试验研究过程中，以获得具有最佳双相比例（热影响区中铁素体相含量约为50％，焊缝金属区中奥氏体相含量占优）的接头为出发点，通过分析氮气含量和热输入量对接头组织与性能等的影响规律，最终确定试验条件下的最佳焊接工艺，并对接头的形成机理进行探讨。 文中对在各种焊接工艺参数下获得的接头进行力学性能和抗腐蚀性能试验，结果表明，提高保护气体中的氮气含量（有一个最佳值）在大大提高接头延伸率的同时，接头的抗拉强度和显微硬度下降不明显。研究中还发现，提高焊接热输入量对接头力学性能的影响不大，总体上获得接头具有优良的力学性能和抗腐蚀性能，能够满足实际工程结构对接头性能的要求。 进一步对获得接头进行微观组织结构分析，结果显示，保护气体中的不同氮气含量和焊接热输入量均不同程度的影响接头焊缝中的奥氏体相含量及其微观形态。在对接头相比例的分析研究中，推导出了可用于近似计算保护气体中氮气含量与接头焊缝金属区和热影响区中奥氏体相含量的数学表达式。研究同时发现，接头相比例并不是综合评定双相不锈钢接头性能的唯一标准，还应考虑接头显微组织的形态等因素，这在接头耐腐蚀性能测试中也得到了证明。虽然提高焊接热输入量理论上可以增加接头中的奥氏体相含量，但会使奥氏体相的转变形式发生变化，同时使接头中危害相析出的可能性增加，这样反而不利于保证接头的耐腐蚀性能。