隨著我國現(xiàn)代化建設(shè)的大力推進，不銹鋼也得到了極大的發(fā)展，關(guān)于不銹鋼焊接的研究也越來越深入?，F(xiàn)主要研究不同保護氣體下，雙相不銹鋼焊接接頭的各種屬性，如其力學性能、組織結(jié)構(gòu)等。實驗研究結(jié)果表明，使用不同比例的混合氣體作為保護氣，所得到的焊接接頭強度不同，其中使用氬氣＋25％氮氣的混合氣體接頭強度最高。焊接是一種極其重要的材料連接工藝，由于工業(yè)中對不銹鋼的具體使用常常需將其進行連接，于是焊接工藝變得十分重要。焊接接頭是影響整個材料應(yīng)用的關(guān)鍵，所以我們有必要研究雙相不銹鋼的焊接接頭屬性，比如其組織結(jié)構(gòu)、性能等。本文旨在通過對多種混合保護氣體進行實驗對比，得到最優(yōu)保護氣體。

一、實驗介紹

 1. 實驗材料

  本次實驗所采用的母材是來自芬蘭奧托昆普不銹鋼公司的2507超級雙相不銹鋼，所采用的焊條為E2209、焊絲為ER2209。

 2. 焊接工藝

  實驗一：先將母材實驗加工成300mm×150mm×6mm及300mm×150mm×8mm兩種規(guī)格的試樣。采用手弧/氬弧焊機進行實驗焊接，厚度為8mm的母材試樣采用手工電弧焊（SMAW），厚度為6mm的母材試樣采用鎢極氣體保護焊（GTAW）。為了保證焊透，本次實驗采用了分層分焊道的方式，從而既保障了焊接接頭受熱影響區(qū)中的鐵素體能夠有效轉(zhuǎn)化為奧氏體，同時也對上層焊道起到了一定的保護作用。

  實驗二：我們研究無縫隙對接時不同保護氣體對焊接接頭組織耐腐蝕性的影響。

二、實驗結(jié)果

  1. 力學性能

 a. 硬度測試

  本次實驗將測試焊接接頭的顯微硬度，測量條件為負荷100g、加載時間16秒。依次從母材（PM）一熱影響區(qū)（HAZ）一焊縫金屬（WM）測量，每點測3次，取平均值。由測量結(jié)果發(fā)現(xiàn)，氮的硬化作用突出表現(xiàn)在雙相不銹鋼焊接接頭上，雙相不銹鋼硬度很高，并未出現(xiàn)因碳含量低所引起的軟化現(xiàn)象。保護氣體中含有一部分氮氣，增加了保護氣體分壓，抑制了接頭中氮元素析出，不僅如此，熔池還能從電弧解離的氮氣中吸收一部分氮元素，通過此方法可以獲得0.1%或更多的氮元素。

  b. 拉伸強度

  按照JB4708-2000標準從接頭部位截取試樣進行拉伸實驗，本次實驗分為兩次進行，并分別得到實驗結(jié)果：雙相不銹鋼具有良好的力學性能，這是因為雙相不銹鋼具有特殊的化學成分以及合理的雙相比例，而氮元素的加入更是會產(chǎn)生質(zhì)的變化。與奧氏體不銹鋼相比，雙相不銹鋼耐腐蝕性能更好、導熱性更好、熱膨脹系數(shù)較小，這樣一來，在進行后續(xù)焊道處理之后，焊縫中原本存在的鐵素體會轉(zhuǎn)化為奧氏體，同時受到熱作用的影響，臨近焊縫的組織中奧氏體數(shù)量會相對增加，從而達到了改善焊接接頭整體性能與內(nèi)部結(jié)構(gòu)組織的目的。

  2. 耐腐蝕性

  a. 耐應(yīng)力腐蝕

  相對來說，雙相不銹鋼的屈服強度較高，相應(yīng)地必須增加表面滑動所需的應(yīng)力，這也是應(yīng)力腐蝕性裂紋難以形成的重要原因。另外，雙相不銹鋼中鉻、鉬合金元素含量較高，而鉻、鉬合金元素又能延長孔蝕的衍生期，這樣一來，不銹鋼的耐腐蝕性就會增強，也不會因為點腐蝕而發(fā)展成為應(yīng)力腐蝕。

  b. 耐點蝕性能

  雙相不銹鋼中含有鉻、鉬、氮等元素，這些元素的存在能增大值，提高耐點蝕性能，大大降低點蝕速率。對焊接接頭進行腐蝕實驗，并采用控制變量的方法，分別對焊后無處理和焊后酸洗的接頭進行腐蝕實驗，稱量實驗后的重量減少量并記錄腐蝕位置。實驗結(jié)果表明，當保護氣體含有氮氣時，腐蝕實驗完后接頭損失量較大，大于2g/m2；而保護氣體純粹為氬氣時，焊接接頭金屬損失量小。這表明合理控制氮元素含量有利于耐腐蝕性的提高。

  另外，通過對圖進行分析我們發(fā)現(xiàn)，對于采用3種不同焊接工藝獲得的接頭熱影響區(qū)顯微組織，GTAW與母材最為接近，奧氏體組織的分布最為均勻，特別是在焊縫處，奧氏體的分布、大小以及數(shù)量等等與母材都比較接近。

三、實驗討論

  查資料可知，實驗前雙相不銹鋼拉伸強度為860MPa、硬度HV為280，而經(jīng)過實驗一焊接后接頭的抗拉強度及硬度均有了明顯的變化，其中經(jīng)過無保護氣體的手工電弧焊和保護氣體中無氮氣的鎢極氬弧焊后，雙相不銹鋼焊接接頭抗拉強度及硬度明顯下降，而保護氣體含有氮元素的鎢極氬弧焊后接頭抗拉強度和硬度則上升。這主要是因為氮元素滲透進入接頭組織中，平衡了雙相比例，硬化了組織。

四、實驗結(jié)論

  1. 保護氣體中有一定量的氮氣，可以平衡奧氏體相和鐵素體相的比例，并使兩相分布均勻，從而獲得抗拉強度接近母材的焊接接頭。

  2. 要合理控制保護氣體中的氮氣含量，以提高焊接接頭的耐腐蝕性能。