汪瑞　李朋

摘 要：奧氏體不銹鋼和雙相不銹鋼由于具有塑性、韌性、耐高溫和耐腐蝕的性能，在實(shí)際生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用。本課題采用CMT焊對(duì)2205雙相不銹鋼與304奧氏體不銹鋼進(jìn)行異種接頭焊接研究，經(jīng)過試驗(yàn)，結(jié)果表明，焊接接頭的抗拉強(qiáng)度不低于304母材，且塑性良好。

關(guān)鍵詞：2205雙相不銹鋼;304奧氏體不銹鋼;焊接工藝;接頭性能

1 試驗(yàn)材料

1.1 焊接試驗(yàn)?zāi)噶?/p>

這次試驗(yàn)所用的母材為00Cr22Ni5Mo3N雙相不銹鋼（SAF2205）與0Cr18Ni9奧氏體不銹鋼（304），規(guī)格均為200×15×4mm。這兩種母材的化學(xué)成分如下表所示：

試驗(yàn)?zāi)覆牡幕瘜W(xué)成分（wt%）

合金元素 C Mn P S Si Cr Ni Mo N

SAF2205 0.016 0.82 0.024 0.001 0.036 22.48 5.46 3.12 0.16

304 0.08 1.78 0.03 0.02 0.48 19.2 8.4 - -

1.2 保護(hù)氣體及填充材料

該試驗(yàn)中所用的保護(hù)氣體是純Ar。根據(jù)測試條件，使用合理的氣流來確保最佳的保護(hù)效果。試驗(yàn)用填料為ER2205（φ1.2mm）。焊絲根據(jù)不銹鋼氣體保護(hù)焊焊絲選擇原則，在焊接用的不銹鋼焊絲，它的化學(xué)成分與母材的是相差不多，只是不銹鋼焊絲化學(xué)成分中Cr和Ni的含量要稍微高于母材，但含它的碳量就要母體的要低一些。

試驗(yàn)焊絲的化學(xué)成分（wt%）

合金元素 C Mn P S Si Cr Ni Mo N

ER2205 0.013 1.54 0.018 0.007 0.49 22.92 8.61 3.18 0.17

2 焊接工藝

2.1焊接方法及設(shè)備

此次試驗(yàn)所采用的焊接方法為CMT（Cold Metal Transfer）冷金屬過渡技術(shù)焊接方法。冷金屬過渡（Cold Metal Transfer，CMT）技術(shù)是一種新型GMA焊工藝技術(shù)，它是在短路過渡的基礎(chǔ)上發(fā)展而成的。

焊接設(shè)備為自動(dòng)CMT焊機(jī)，其焊機(jī)為Fronius公司生產(chǎn)和它的型號(hào)為FX 4000-R，如圖2.1所示。焊接設(shè)備如圖2.2所示。

2.2 坡口形式

坡口選用機(jī)械方法來加工，加工的坡口型式為V型。在加工完了后對(duì)坡口做檢查，若有影響焊接質(zhì)量的那些凹凸不平處得要做修平后用丙銅進(jìn)行擦洗就能拿去焊接了。

2.3 焊接過前后的保護(hù)措施

DSS和304奧氏體不銹鋼都是耐腐蝕材料。焊接過程當(dāng)中，母材的保護(hù)是很有必要的，所以要盡量地避免碳、石墨和其它雜質(zhì)等去污染不銹鋼。在材料表面上的起弧和弧擊是一個(gè)瞬間的高溫過程和它的冷卻的速度非?？?，同時(shí)在表面顯微組織中的鐵素體含量過高就會(huì)使這類結(jié)構(gòu)對(duì)裂紋和侵蝕都相對(duì)敏感，因此需要盡最大的可能去避免這種的發(fā)生。還有在焊接過程當(dāng)中，工具得要保持清潔。

2.4 試驗(yàn)所用的焊接工藝參數(shù)

本試驗(yàn)對(duì)DSS與304奧氏體不銹鋼異種接頭CMT焊接進(jìn)行了焊接工藝方案設(shè)計(jì)，以此得到的更好焊接接頭，讓它的的雙相比例鐵素體和奧氏體各占一半左右，還有降低碳元素的移動(dòng)。在焊接工藝參數(shù)試的驗(yàn)結(jié)果中，挑選出更加適合的焊接工藝參數(shù)，讓焊接接頭變得更加良好。焊接工藝的參數(shù)如下表所示。

3 焊接接頭力學(xué)性能試驗(yàn)

3.1 焊接接頭拉伸試驗(yàn)

對(duì)母材焊接完成后，再進(jìn)行試樣的制備，這就需要在整個(gè)焊縫上選取焊接最好的一段，然后將所選取的拉伸材料進(jìn)行拉伸。按照GB2651- 89《焊接接頭拉伸試驗(yàn)方法》進(jìn)行取樣。在取樣時(shí)，需要嚴(yán)格地按照國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的尺寸進(jìn)行取樣，試驗(yàn)在WDW-50微機(jī)控制電子萬能試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行。

焊接接頭的拉伸試樣應(yīng)包括母材、熱影響區(qū)和焊縫這三個(gè)部分

3.2 焊接接頭彎曲試驗(yàn)

彎曲試驗(yàn)是用來評(píng)價(jià)焊接接頭的塑性變形能力和顯示受拉面的焊接缺陷。按照GB2653-89《焊接接頭彎曲及壓扁試驗(yàn)方法》，采用橫向正面彎曲（收拉面為焊縫正面）的試驗(yàn)方法。

3.3 焊接接頭硬度試驗(yàn)

焊接完成后，需要在整個(gè)焊縫上選取焊接較好的一段再對(duì)焊接接頭附近進(jìn)行取樣，然后用砂紙將把試樣給磨平，直到磨成平坦光滑的表面時(shí)才能完成對(duì)試樣打磨。按照GB2654-89《焊接接頭和堆焊金屬硬度試驗(yàn)方法》，對(duì)MV-VK型顯微硬度鏡進(jìn)行焊接接頭硬度試驗(yàn)。

3.4 拉伸及彎曲試驗(yàn)

根據(jù)GB2651-89、GB2653-89，用WDW-50微機(jī)控制電子萬能試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行接頭拉伸和彎曲試驗(yàn)。拉伸和彎曲的結(jié)果：

拉伸與彎曲試驗(yàn)結(jié)果

試樣 抗拉強(qiáng)度σb/MPa 延伸率δ/% 斷裂位置 彎曲（a=180）

正彎 背彎

接頭A 651.2 38.2 304母材 合格 合格

接頭B 637.3 38 304母材 合格 合格

接頭C 655.8 38.2 304母材 合格 合格

由上表可知，焊接接頭的抗拉強(qiáng)度值在637.3-655.8之間，斷裂位置是在304奧氏體不銹鋼母材這一邊，它體現(xiàn)了焊接接頭的抗拉性能是很好的。假如斷裂位置是在焊縫或者熱影響區(qū)，那只能說明得到的焊接接頭不合格。

焊接接頭彎曲試驗(yàn)，正彎和背彎180度，接頭都沒有斷裂，說明了焊接接頭有很好的彎曲性能。

3.5 硬度試驗(yàn)

根據(jù)GB2654-89，用MH-VK顯微硬度鏡載荷500g，在焊接接頭焊縫、熱影響區(qū)、母材進(jìn)行硬度測試。硬度測試結(jié)果：

硬度試驗(yàn)結(jié)果

試樣 熔合線附近硬度/HV 母材

2205鋼 304鋼 2205鋼 304鋼

接頭A 256.4 203.4 241.3 183.9

接頭B 264.1 196.6 247.2 188.7

接頭C 249.8 207.2 242.5 181.6

由上表可知，在2205雙相不銹鋼一則熔合線附近和中心焊縫的硬度要比2205雙相不銹鋼2205雙相不銹鋼母材高;同樣304奧氏體不銹鋼一側(cè)和中心焊縫的硬度也比304母材高。這是因?yàn)樵诤附舆^程當(dāng)中，接頭組織中的一部分奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)殍F素體，因此接頭中的熱影響區(qū)中的鐵素體的含量相對(duì)較高使它的的硬度要大于比奧氏體的。

結(jié) 論

本課題針對(duì)雙相不銹鋼與奧氏體不銹鋼異種接頭CMT焊接展開了一些基礎(chǔ)的研究，得到了以下幾個(gè)主要的結(jié)論：

（1）DSS與奧氏體不銹鋼連接的焊接方法選用CMT焊接，在使用純氬氣的保護(hù)下，可以獲得穩(wěn)定的電弧與優(yōu)良的接頭焊縫成形。

（2）選用CMT焊最佳的工藝參數(shù)，并對(duì)焊接工藝的接頭性能進(jìn)行測試。主要分析了焊接接頭的焊接方式、填充材料、焊接參數(shù)等因素對(duì)焊接接頭的組織、力學(xué)性能等的影響。對(duì)焊接接頭的力學(xué)性能進(jìn)行測試，得出拉伸試樣在強(qiáng)度相對(duì)較低的304母材側(cè)斷裂;在硬度試驗(yàn)結(jié)果中得出2005鋼側(cè)的熱影響區(qū)中的顯微硬度要比母材和焊縫要高，304鋼側(cè)的熱影響區(qū)的硬度也高于304母材。

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