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(xiu)鋼焊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(shi)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)樣(yang)、沖擊試(shi)樣(yang)進行焊接接頭力學分(fen)析(xi)(xi)，金相試(shi)樣(yang)則利用光學顯微鏡、掃描電鏡和鐵素(su)體儀進行微觀分(fen)析(xi)(xi)及兩相比例(li)測(ce)定。
2. 試(shi)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(xiang)不銹(xiu)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。
焊接(jie)接(jie)頭各區(qu)的顯(xian)微組(zu)織如圖4-14所示，其(qi)中焊縫及熱影響區(qu)深色(se)(se)部(bu)分為γ相(xiang)(xiang)(xiang)，淺色(se)(se)部(bu)分為α相(xiang)(xiang)(xiang)；母材則相(xiang)(xiang)(xiang)反。這(zhe)種現象產(chan)生的原因可(ke)能(neng)與母材、焊縫區(qu)域α和γ相(xiang)(xiang)(xiang)不同耐蝕性相(xiang)(xiang)(xiang)關。
b. 鐵素(su)(su)(su)體(ti)(ti)測定母(mu)材區(qu)(qu)(qu)(qu)(qu)的(de)α相(xiang)和(he)γ相(xiang)的(de)比例(li)(li)分(fen)(fen)別為45％和(he)55％；焊(han)(han)(han)(han)(han)縫區(qu)(qu)(qu)(qu)(qu)上(shang)(shang)部(bu)α和(he)γ兩相(xiang)比例(li)(li)分(fen)(fen)別為49％、51％，中(zhong)下部(bu)α和(he)y兩相(xiang)比例(li)(li)分(fen)(fen)別為56％、44％；焊(han)(han)(han)(han)(han)縫熱(re)影(ying)響(xiang)區(qu)(qu)(qu)(qu)(qu)α相(xiang)和(he)γ相(xiang)比例(li)(li)分(fen)(fen)別為66％、34％。可見，各區(qu)(qu)(qu)(qu)(qu)域的(de)鐵素(su)(su)(su)體(ti)(ti)相(xiang)比例(li)(li)雖(sui)有差(cha)異，但(dan)均在(zai)30％～70％的(de)合理(li)范圍內。這是(shi)由(you)于焊(han)(han)(han)(han)(han)縫區(qu)(qu)(qu)(qu)(qu)和(he)熱(re)影(ying)響(xiang)區(qu)(qu)(qu)(qu)(qu)因填充金屬(shu)及(ji)焊(han)(han)(han)(han)(han)后(hou)冷(leng)卻速度的(de)影(ying)響(xiang)，而(er)造成兩相(xiang)比例(li)(li)的(de)區(qu)(qu)(qu)(qu)(qu)別。Ni元素(su)(su)(su)是(shi)奧(ao)氏體(ti)(ti)強烈(lie)形成及(ji)穩定元素(su)(su)(su)，焊(han)(han)(han)(han)(han)縫區(qu)(qu)(qu)(qu)(qu)因填充Ni元素(su)(su)(su)含量較(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)高ER2209焊(han)(han)(han)(han)(han)絲，熔(rong)池快(kuai)速凝固后(hou)產(chan)生(sheng)焊(han)(han)(han)(han)(han)縫區(qu)(qu)(qu)(qu)(qu)的(de)γ相(xiang)比例(li)(li)比焊(han)(han)(han)(han)(han)縫熱(re)影(ying)響(xiang)區(qu)(qu)(qu)(qu)(qu)的(de)要高，而(er)焊(han)(han)(han)(han)(han)縫區(qu)(qu)(qu)(qu)(qu)上(shang)(shang)、下部(bu)因填充金屬(shu)熔(rong)合比的(de)影(ying)響(xiang)，γ相(xiang)比例(li)(li)和(he)形貌產(chan)生(sheng)差(cha)異。焊(han)(han)(han)(han)(han)縫區(qu)(qu)(qu)(qu)(qu)上(shang)(shang)部(bu)熔(rong)融的(de)填充金屬(shu)較(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)多(duo)，γ相(xiang)比例(li)(li)較(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)高，在(zai)較(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)快(kuai)冷(leng)卻的(de)條件(jian)下，產(chan)生(sheng)二次(ci)奧(ao)氏體(ti)(ti)主要分(fen)(fen)布在(zai)初始鐵素(su)(su)(su)體(ti)(ti)晶(jing)間，呈鏈(lian)狀密(mi)排相(xiang)連，少量二次(ci)奧(ao)氏體(ti)(ti)分(fen)(fen)布在(zai)晶(jing)內，如(ru)圖4-14a所示；而(er)焊(han)(han)(han)(han)(han)縫區(qu)(qu)(qu)(qu)(qu)中(zhong)、下部(bu)，填充金屬(shu)進入較(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)少，γ相(xiang)比例(li)(li)較(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)低，快(kuai)冷(leng)條件(jian)下，二次(ci)奧(ao)氏體(ti)(ti)相(xiang)主要為細小顆粒，彌(mi)散分(fen)(fen)布在(zai)柱狀晶(jing)內，晶(jing)間二次(ci)奧(ao)氏體(ti)(ti)相(xiang)較(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)少，在(zai)晶(jing)界處還發(fa)現有鋸齒狀的(de)魏(wei)氏二次(ci)奧(ao)氏體(ti)(ti)產(chan)生(sheng)，如(ru)圖4-14b所示。
c. 焊(han)接(jie)接(jie)頭(tou)力(li)(li)學(xue)性能復(fu)合(he)焊(han)焊(han)接(jie)接(jie)頭(tou)的(de)力(li)(li)學(xue)性能見表4-29。接(jie)頭(tou)拉伸時(shi)，斷裂位置發生(sheng)在(zai)雙相(xiang)不銹(xiu)鋼母材(cai)部分(fen)(fen)，斷裂強度(du)(du)為810MPa。在(zai)-40℃環境條件下(xia)，接(jie)頭(tou)焊(han)縫區的(de)沖(chong)擊(ji)韌度(du)(du)仍較高，為73J／c㎡，但(dan)遠低(di)于熔合(he)線與(yu)(yu)熱影(ying)響區，這可能與(yu)(yu)焊(han)縫區彌散分(fen)(fen)布的(de)二次(ci)奧氏(shi)體(ti)相(xiang)及(ji)柱(zhu)狀的(de)凝固(gu)組織有關。
由于激光-MIG電弧復合焊接熱(re)輸入集中，焊縫(feng)熱(re)影響區(qu)很(hen)窄(zhai)，硬度過渡區(qu)不明顯，焊縫(feng)區(qu)的(de)(de)(de)顯微硬度最大值為292HV1，比母材高30左(zuo)右，這可能是焊縫(feng)區(qu)彌散分布的(de)(de)(de)晶內(nei)二次(ci)奧氏體(ti)相強化的(de)(de)(de)結果。
可(ke)見(jian)，利用激光-MIG復合焊接(jie)方法得到的2205雙相不(bu)銹鋼焊接(jie)接(jie)頭(tou)具有較好的力學(xue)性能(neng)。
d. 焊(han)(han)接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭(tou)(tou)腐蝕(shi)性能2205 雙相(xiang)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)母(mu)材及復合焊(han)(han)焊(han)(han)接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭(tou)(tou)的臨界(jie)(jie)點蝕(shi)溫度(du)測試如圖4-15所(suo)示，焊(han)(han)接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭(tou)(tou)的臨界(jie)(jie)溫度(du)為49℃，與母(mu)材的臨界(jie)(jie)點蝕(shi)溫度(du)50℃相(xiang)近(jin)。激光-MIG復合焊(han)(han)接(jie)(jie)得到的雙相(xiang)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)焊(han)(han)接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭(tou)(tou)的耐點蝕(shi)能力(li)與母(mu)材相(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。
