2205双相不锈钢高效化焊接接头组织和性能的研究

摘要

双相不锈钢(DSS)是指显微组织由铁素体(δ)和奥氏体(γ）两相组成的一类不锈钢，具备优异的物理、力学以及耐腐蚀性能，广泛应用于强腐蚀环境和要求高强度的场合。置换压榨洗浆机是造纸纸浆工序的主要设备，其压榨辊滤板一般采用4.0 mm厚的2205双相不锈钢板，经过打孔、卷板、拼焊而成，目前采用普通TIG焊工艺，设备运行过程中存在开裂、使用寿命短等问题。本文在分析现有TIG焊接方法接头组织性能的基础上，研究了双相不锈钢A-TIG焊、等离子弧焊、激光焊等高效化焊接工艺及其焊接接头的组织性能，以解决上述问题。
　　首先研究了2205 DDS普通TIG焊接接头的组织和性能，本文将2205双相不锈钢TIG焊接接头划分为焊缝(WMZ)、高温热影响区(HT-HAZ)、低温热影响区(LT-HAZ)和母材(BM)四个区域，研究了不同区域的成分、组织、硬度和耐蚀性能。从WMZ到BM，奥氏体相和铁素体相的显微硬度均呈现先升高后降低的趋势;综合考虑腐蚀电位、平均钝态电流密度和点蚀电位，可以衡量出HT-HAZ的耐腐蚀性能最差，其次为WMZ，BM和LT-HAZ具有较好的耐蚀性能。
　　其次开展了4.0 mm厚2205 DSS不开坡口、单道焊双面成形A-TIG焊接工艺的研究，分析了A-TIG焊接热输入对焊缝成形及微观组织的影响，研究了不同填充材料(ER2209和ER316L)对焊缝微观组织、硬度和耐蚀性能的影响。结果表明，A-TIG焊可以大幅度增加熔深;采用了焊接质量稀释率ψ的概念，并给出了质量稀释率和焊缝金属中某合金元素质量百分比含量的计算方法;当填充焊丝依次为None、ER2209和ER316L时，焊缝中Cr和Mo的含量依次降低，而Ni的含量依次增加;Cr/Ni当量比的降低，提高了铁素体向奥氏体相的临界转化温度，有利于奥氏体相的生成，从而改善奥氏体和铁素体两相的平衡，同时可以影响析出物的生成;综合微观组织、电化学测试和化学浸泡测试结果，认为采用316L填充焊丝可以得到最佳的耐蚀性能。
　　然后试验探索了4.0 mm厚2205双相不锈钢不开坡口，等离子弧(PAW)单面焊双面成形工艺，并通过改变焊缝金属的镍含量调控其微观组织及性能。结果表明，当焊缝Ni含量为5.71％时，焊缝金属的微观组织为典型的2205 DSS焊态组织;当焊缝Ni含量为7.66％，为奥氏体和铁素体双相组织，但是奥氏体含量显著增加，铁素体含量明显降低，且被奥氏体分割开来，组织较为细小;当焊缝Ni含量为8.89％时，焊缝组织为奥氏体+板条状铁素体，凝固模式由FA模式转变为AF模式。综合材料微观组织、电化学测试和化学浸泡测试结果，认为当焊缝Ni含量为7.66％时，焊缝金属的耐蚀性能最佳。
　　最后初步研究了2205 DDS激光焊接(LBW)工艺，结果表明，激光焊HAZ很窄，没有粗大的铁素体组织，而且两相比例基本没有失衡;焊缝几乎全为粗大的铁素体组织，且其内部有大量的析出物析出。试样腐蚀后抗拉强度和伸长率均显著下降，表明其耐蚀性能较差。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究背景及意义

1．2 2205双相不锈钢概述

1．2．1 2205双相不锈钢的成分、组织及力学性能

1．2．2 2205双相不锈钢的腐蚀行为

1．2．3 2205双相不锈钢的焊接特点

1．3 课题研究现状

1．4 研究内容

第2章 试验材料及试验方法

2．1 试验材料

2．2 试验方法

2．2．1 A-TIG焊接方法及设备

2．2．2 等离子焊接方法及设备

2．2．3 激光焊接方法及设备

2．3 组织与性能测试方法及设备

2．3．1 试样制备方法

2．3．2 显微组织、物相及成分测试

2．3．3 显微硬度测试

2．3．4 拉伸性能测试

2．3．5 耐蚀性能测试

第3章 2205 DSS焊接接头组织及性能

3．1 焊接接头显微组织的演变

3．1．1 不同区域的微观组织

3．1．2 不同区域析出物的析出

3．2 不同区域合金元素在两相中的分配规律

3．3 接头显微硬度分析

3．4 不同区域耐蚀性分析

3．4．1 动电位极化曲线分析

3．4．2 腐蚀形貌分析

3．4 耐蚀性与组织、析出物以及合金成分的关系

3．5 本章小结

第4章 2205 DSS活性TIG焊接工艺及接头组织和性能

4．1 A-TIG焊接热输入对焊缝成形及微观组织的影响

4．1．1 活性剂对焊缝成形的影响

4．1．2 A-TIG焊接热输入对焊缝成形的影响

4．1．3 A-TIG焊接热输入对焊缝及HAZ微观组织的影响

4．2 填充材料对焊缝微观组织的影响

4．2．1 焊缝金属合金元素含量的理论计算

4．2．2 不同填充金属对焊缝合金元素含量的影响

4．2．3 合金元素含量对焊缝微观组织的影响

4．2．4 合金元素在焊缝金属不同相中的分布

4．3 填充材料对焊缝显微硬度的影响

4．4 填充材料对焊缝金属耐蚀性的影响

4．4．1 动电位极化法

4．4．2 化学浸泡法

4．5 本章小结

第5章 高能束流焊接工艺及接头组织和性能

5．1 PAW焊接参数对焊缝成形的影响

5．2 镍添加对PAW焊缝组织和性能的影响

5．2．1 镍添加对PAW焊缝微观组织的影响

5．2．2 镍添加对PAW焊缝显微硬度的影响

5．2．3 镍添加对PAW焊缝耐蚀性的影响

5．3 激光焊接头微观组织及性能分析

5．3．1 LBW接头微观组织分析

5．3．2 LBW焊缝显微硬度分析

5．3．3 LBW焊缝耐蚀性分析

5．4 本章小结

第6章 结论

参考文献

致谢

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