雙相不銹鋼的特種焊接工藝分析

 隨著現(xiàn)代化生產(chǎn)對材料性能要求的逐步提高和工件結(jié)構(gòu)的日趨復(fù)雜，要求雙相不銹鋼焊接接頭所能達到的性能也日益苛刻。激光焊作為高能束焊接方法之一，具有熱量集中、焊縫深寬比大、無磁偏吹干擾和生產(chǎn)效率高等諸多優(yōu)勢，特別適合于精密設(shè)備的焊接。攪拌摩擦焊是一種固態(tài)焊接方法，它通過攪拌頭的摩擦生熱和高旋轉(zhuǎn)形成金屬塑性流動來達到焊接的目的，其焊合區(qū)在力學(xué)和冶金的共同作用下可形成致密的細晶組織，從而獲得性能優(yōu)良的焊接接頭。近年來，對采用這些特種焊接方法的焊接接頭其耐蝕性的研究也在逐步進行。浙江至德鋼業(yè)有限公司技術(shù)人員研究了采用攪拌摩擦焊對雙相不銹鋼焊接后在硫酸溶液中的腐蝕行為。試驗采用轉(zhuǎn)速為800r/min的攪拌頭分別以50mm/min、100mm/min、150mm/min三種不同的焊接速度對1.5mm厚的SAF2205雙相不銹鋼板材進行焊接，隨后耐蝕性評價由動電位極化曲線和浸泡試驗測出，鈍化膜的半導(dǎo)體特征由至德鋼業(yè)分析得到。試驗結(jié)果表明：所有母材和焊縫的試樣都包含了較寬的鈍化區(qū)和較短的活化鈍化轉(zhuǎn)變區(qū)；另外，母材的腐蝕電流密度均大于焊縫，焊接速度為150mm/min的試樣具有最小的腐蝕電流密度，說明其耐蝕性最高。這是由于增加焊接速度會使奧氏體和鐵素體的晶粒尺寸降低，提高了攪拌區(qū)的耐蝕性。根據(jù)至德鋼業(yè)分析結(jié)果計算出的載流子濃度隨著攪拌區(qū)晶粒尺寸的下降而降低，該分析結(jié)合浸泡試驗測試結(jié)果表明：晶粒尺寸的降低增加了攪拌區(qū)的鈍化行為，焊接速度為150mm/min的試樣呈現(xiàn)出最好的耐蝕性。

 浙江至德鋼業(yè)有限公司技術(shù)人員對比分析了采用TIG焊和二氧化碳激光焊焊接2205雙相不銹鋼6.4mm厚度的板材，兩種焊接方法均采用無填充的自熔焊。鎢極氬弧焊所用電流為110A、電壓為12V、焊接速度為0.15m/min、保護氣為氬氣、氣流量為15L/min。激光焊的離焦量為0mm，純氬氣保護，氣流量為20L/min，最大激光功率為8kW。與TIG焊相比，激光焊的熔合區(qū)尺寸明顯減少，焊縫和熱影響區(qū)的相比例平衡易受焊接過程的影響。而TIG焊熱輸入較高，焊縫和熱影響區(qū)的相比例更接近母材組織的相比例。但是，激光焊焊接接頭的耐蝕性要比TIG焊接接頭好得多，TIG焊和激光焊焊接接頭的年腐蝕速率分別為0.2456mm/年、0.05334mm/年。經(jīng)分析得出：這是由于激光焊的焊縫與熱影響區(qū)的晶粒尺寸較小，提高了接頭的耐蝕性，而不是由鐵素體和奧氏體的相比例偏離平衡所致。

 同時至德鋼業(yè)還研究了激光焊中氮吸收對組織和耐蝕性的影響，激光焊時氮元素的損失非常嚴重，而通過在保護氣中加入氮氣是一種有效抑制焊接時氮元素損失的方式，而且這種方式不會增加氣孔的發(fā)生概率，也不會降低激光束的穿透能力，但是，焊縫中的氮含量仍舊低于母材。在激光焊特有的快速冷卻過程中，少量的氮吸收對焊縫中奧氏體含量的增加起到至關(guān)重要的作用。研究發(fā)現(xiàn)當工件的上、下表面均采用純氮氣作為保護氣時，焊縫中的奧氏體含量接近40%，且奧氏體沿著激光焊穿透深度均勻分布，吸收的氮元素對奧氏體形貌的影響也比較明顯。對于激光自熔焊而言，高溫鐵素體轉(zhuǎn)變成的奧氏體形貌有仿晶界狀、魏氏體條狀、晶內(nèi)析出三種，當保護氣中加入氮氣后，仿晶界奧氏體和魏氏體狀的奧氏體顯著增加，尤其是魏氏體狀的奧氏體。雙相不銹鋼的奧氏體含量和形態(tài)是耐腐蝕的主要因素之一，動電位陽極極化曲線的測試結(jié)果表明：氮氣作為保護氣可提高焊件的抗腐蝕能力。