M390高碳马氏体不锈钢与304奥氏体不锈钢CMT对接焊连接机理

摘要

本工作以ERNi-1镍基焊丝为填充金属,通过冷金属过渡焊接技术(CMT)对粉末冶金制备的M390高碳马氏体不锈钢与304奥氏体不锈钢进行连接;采用拉伸实验、维氏显微硬度测试、SEM及EDS表征焊接接头力学性能及微观组织,统计焊缝及M390一侧不同区域的晶粒尺寸及碳化物分布情况,研究焊接接头的连接机理。研究结果表明:通过CMT对接焊成功实现M390高碳马氏体不锈钢与304奥氏体不锈钢的连接,得到无孔洞、无夹杂等缺陷的焊接接头。最佳焊接工艺参数为焊接速度4.5 mm/s、送丝速度9 m/min、焊接电流110 A、焊接电压18.1 V,对应焊接接头抗拉强度达到493 MPa、延伸率为21.8%,断裂于焊缝位置,且断裂类型为韧性断裂,其塑性远高于M390母材。焊缝组织由奥氏体组织及(Ti、Ni、Al)的碳化物组成。焊缝与M390实现良好的冶金结合,但在304熔合区有明显的熔合线。M390热影响区由于受热输入及焊接残余应力的影响,其基体中残留奥氏体被诱导发生马氏体相变,导致M390热影响区基体中碳元素过饱和,析出的碳元素不仅使得碳化物数量增加,而且促使碳化物类型由M_(23)C_(6)向M_(7)C_(3)发生转变。M390粗晶区碳化物尺寸最大,呈现出条形状形貌;M390细晶区碳化物尺寸介于M390母材与M390粗晶区之间,呈现出条形状和颗粒状两种形貌。M390高碳马氏体不锈钢一侧热影响区的晶粒尺寸明显小于采用传统熔化焊时马氏体钢热影响区的晶粒尺寸,充分体现CMT焊接对M390高碳马氏体不锈钢热影响区粗化问题的改善。