雙相不銹鋼在實際應用過程中，不僅要求雙相(xiang)不銹鋼母材有優良的性能，對焊接接頭性能也有著同樣的嚴格的要求。雙相不銹鋼焊(han)接接頭在使用時主要缺陷為脆性和耐蝕性下降，具體原因是焊縫及熱影響區兩相比例失調，二次相析出（金屬間相、氮化物等）和α相脆化等。采用常規的熔焊方法，如焊條電弧焊焊接中厚板，需要往復多道焊，效率較低，同時焊縫及熱影響區焊接熱循環經歷時間較長，容易產生金屬間相使接頭脆化，耐蝕性下降。而利用激光、電子束等高能焊時，因焊后冷速較快，不易填充金屬、焊縫及熱影響區的α和γ兩相比例不易控制，接頭沖擊和腐蝕性能會發生惡化。激光-MIG電弧復合焊能將復合熱源擴大作用范圍，降低焊接冷卻速度，同時容易使焊絲填充到焊接熔池形成焊縫。因此，應用于雙相不銹鋼焊接將是一種比較理想的方法，國內外卻少有這方面的研究。
1. 試驗(yan)方法(fa)
試驗母材選用2205（UNS31803）雙相不銹鋼，板厚8mm。焊材采用ER2209焊絲，=ф1.0mm。材料主要成分及性能見表4-27和表4-28，材料點蝕當量（PREN）按式PRENCr％＋3.3×Mo％＋16×N％計算。
焊件加工成I形坡口，焊前用丙酮擦拭坡口及附近表面以去除油污，坡口間隙設置為0.5mm。焊接裝配示意如圖4-12所示。采用YAG激光器，焦距長300mm，焊接時激光功率7kW，離焦量為0；電弧電壓為27.5V，送絲速度為12m／min，焊槍傾角60°，焊槍高度14mm。利用Ar＋2％N2混合氣體作為MIG焊槍正面保護氣，氣體流量為30L／min，以防雙相不銹鋼焊縫表面因擴散而損失氮。焊件背面保護氣為純氬，流量為5L／min。激光與電弧熱源之間距離2mm，焊接速度為3m／min，激光引導電弧。
焊后，制取拉伸試(shi)(shi)樣(yang)(yang)、沖擊試(shi)(shi)樣(yang)(yang)進行焊接接頭力(li)學分析，金(jin)相試(shi)(shi)樣(yang)(yang)則(ze)利(li)用光學顯(xian)微鏡(jing)、掃描電鏡(jing)和鐵(tie)素體(ti)儀進行微觀分析及兩(liang)相比(bi)例測定(ding)。
2. 試驗結果與評(ping)估
a. 焊接接頭宏觀形貌及顯微組織激光-MIG電弧復合焊接8mm厚2205雙相不銹鋼的焊縫接頭如圖4-13所示。從圖中可以看出，焊縫完全熔透，呈“丁”字形，上部有輕微凹陷，焊縫及熱影響區狹窄，成形良好。焊接接頭宏觀上分為三個區域：母材、熱影響區及焊縫。
焊(han)接接頭各區的顯微組織如圖4-14所示，其中焊(han)縫(feng)(feng)及熱影(ying)響區深(shen)色(se)部分為(wei)γ相(xiang)，淺(qian)色(se)部分為(wei)α相(xiang)；母材則相(xiang)反。這種現(xian)象(xiang)產生的原因可能(neng)與母材、焊(han)縫(feng)(feng)區域α和γ相(xiang)不同耐蝕性相(xiang)關(guan)。
b. 鐵素(su)(su)體(ti)(ti)測(ce)定母(mu)材區(qu)(qu)的(de)α相(xiang)和γ相(xiang)的(de)比(bi)(bi)(bi)例(li)分(fen)(fen)(fen)別(bie)(bie)為45％和55％；焊(han)縫區(qu)(qu)上部(bu)α和γ兩(liang)相(xiang)比(bi)(bi)(bi)例(li)分(fen)(fen)(fen)別(bie)(bie)為49％、51％，中下(xia)(xia)(xia)部(bu)α和y兩(liang)相(xiang)比(bi)(bi)(bi)例(li)分(fen)(fen)(fen)別(bie)(bie)為56％、44％；焊(han)縫熱影(ying)響(xiang)(xiang)區(qu)(qu)α相(xiang)和γ相(xiang)比(bi)(bi)(bi)例(li)分(fen)(fen)(fen)別(bie)(bie)為66％、34％。可見(jian)，各(ge)區(qu)(qu)域(yu)的(de)鐵素(su)(su)體(ti)(ti)相(xiang)比(bi)(bi)(bi)例(li)雖有(you)差異，但均在(zai)(zai)30％～70％的(de)合理范圍內。這是(shi)由(you)于焊(han)縫區(qu)(qu)和熱影(ying)響(xiang)(xiang)區(qu)(qu)因填充(chong)(chong)金(jin)(jin)(jin)屬(shu)及(ji)焊(han)后(hou)冷(leng)卻(que)速度(du)的(de)影(ying)響(xiang)(xiang)，而造成兩(liang)相(xiang)比(bi)(bi)(bi)例(li)的(de)區(qu)(qu)別(bie)(bie)。Ni元(yuan)素(su)(su)是(shi)奧(ao)(ao)氏(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)強烈形成及(ji)穩(wen)定元(yuan)素(su)(su)，焊(han)縫區(qu)(qu)因填充(chong)(chong)Ni元(yuan)素(su)(su)含量(liang)較(jiao)高(gao)ER2209焊(han)絲，熔(rong)(rong)池快(kuai)速凝固后(hou)產(chan)(chan)生(sheng)焊(han)縫區(qu)(qu)的(de)γ相(xiang)比(bi)(bi)(bi)例(li)比(bi)(bi)(bi)焊(han)縫熱影(ying)響(xiang)(xiang)區(qu)(qu)的(de)要高(gao)，而焊(han)縫區(qu)(qu)上、下(xia)(xia)(xia)部(bu)因填充(chong)(chong)金(jin)(jin)(jin)屬(shu)熔(rong)(rong)合比(bi)(bi)(bi)的(de)影(ying)響(xiang)(xiang)，γ相(xiang)比(bi)(bi)(bi)例(li)和形貌產(chan)(chan)生(sheng)差異。焊(han)縫區(qu)(qu)上部(bu)熔(rong)(rong)融(rong)的(de)填充(chong)(chong)金(jin)(jin)(jin)屬(shu)較(jiao)多(duo)，γ相(xiang)比(bi)(bi)(bi)例(li)較(jiao)高(gao)，在(zai)(zai)較(jiao)快(kuai)冷(leng)卻(que)的(de)條件(jian)下(xia)(xia)(xia)，產(chan)(chan)生(sheng)二(er)(er)(er)次奧(ao)(ao)氏(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)主(zhu)要分(fen)(fen)(fen)布在(zai)(zai)初始鐵素(su)(su)體(ti)(ti)晶間，呈鏈(lian)狀(zhuang)(zhuang)密排相(xiang)連，少量(liang)二(er)(er)(er)次奧(ao)(ao)氏(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)分(fen)(fen)(fen)布在(zai)(zai)晶內，如(ru)圖4-14a所示；而焊(han)縫區(qu)(qu)中、下(xia)(xia)(xia)部(bu)，填充(chong)(chong)金(jin)(jin)(jin)屬(shu)進入較(jiao)少，γ相(xiang)比(bi)(bi)(bi)例(li)較(jiao)低，快(kuai)冷(leng)條件(jian)下(xia)(xia)(xia)，二(er)(er)(er)次奧(ao)(ao)氏(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)相(xiang)主(zhu)要為細小顆粒，彌散分(fen)(fen)(fen)布在(zai)(zai)柱狀(zhuang)(zhuang)晶內，晶間二(er)(er)(er)次奧(ao)(ao)氏(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)相(xiang)較(jiao)少，在(zai)(zai)晶界處還發現有(you)鋸齒狀(zhuang)(zhuang)的(de)魏氏(shi)(shi)(shi)二(er)(er)(er)次奧(ao)(ao)氏(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)產(chan)(chan)生(sheng)，如(ru)圖4-14b所示。
c. 焊(han)接(jie)接(jie)頭力學性能(neng)復合焊(han)焊(han)接(jie)接(jie)頭的力學性能(neng)見表4-29。接(jie)頭拉伸時，斷裂位置發(fa)生在雙相不銹鋼母材(cai)部分(fen)，斷裂強度(du)為810MPa。在-40℃環境條件下，接(jie)頭焊(han)縫區的沖擊(ji)韌度(du)仍較(jiao)高，為73J／c㎡，但遠低于熔(rong)合線(xian)與熱影響(xiang)區，這可能(neng)與焊(han)縫區彌散(san)分(fen)布的二次(ci)奧氏體相及(ji)柱狀的凝固組(zu)織有關。
由于激光(guang)-MIG電弧(hu)復(fu)合焊(han)(han)接熱(re)輸入集中，焊(han)(han)縫熱(re)影(ying)響(xiang)區很(hen)窄，硬度(du)過渡區不明(ming)顯，焊(han)(han)縫區的顯微硬度(du)最大值為292HV1，比母材高30左右，這可能(neng)是焊(han)(han)縫區彌散分布的晶內二次奧氏體相(xiang)強化的結果。
可見，利用(yong)激(ji)光(guang)-MIG復合焊接方法得到的2205雙相不銹鋼(gang)焊接接頭具有較好的力學性能(neng)。
d. 焊(han)接(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)頭腐蝕(shi)性能2205 雙(shuang)相(xiang)不銹(xiu)鋼母材(cai)及復(fu)合焊(han)焊(han)接(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)頭的(de)臨(lin)界(jie)點蝕(shi)溫(wen)度(du)測試如(ru)圖4-15所示，焊(han)接(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)頭的(de)臨(lin)界(jie)溫(wen)度(du)為49℃，與(yu)母材(cai)的(de)臨(lin)界(jie)點蝕(shi)溫(wen)度(du)50℃相(xiang)近(jin)。激光-MIG復(fu)合焊(han)接(jie)(jie)(jie)得到的(de)雙(shuang)相(xiang)不銹(xiu)鋼焊(han)接(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)頭的(de)耐點蝕(shi)能力(li)與(yu)母材(cai)相(xiang)近(jin)。
總之，激光-MIG復合焊接可對雙相不銹鋼中厚板實現高效率焊接。
