不同保护气体下的超级双相不锈钢焊接工艺研究

作者:叶益民;马伟民;张应龙;马鹏飞 刊名:焊接技术 上传者:袁彩勇

【摘要】研究了不同保护气体下双相不锈钢焊接接头的各种特性如:力学性能、显微组织观察等。试验结果表明,使用不同比例的混合气体作为保护气,所得到的焊接接头的强度不同,其中φ(Ar)75%+φ(N2)25%的混合气体保护的接头强度最高。

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0引言双相不锈钢用途广泛,常常被应用于化学、石油运输、电力输送等领域,这一切都是因为双相不锈钢有着良好的性能,主要是强度高、抗腐蚀[1]。工业中常常需要对不锈钢进行连接,需要采用焊接工艺。众所周知,焊接接头才是影响整个材料应用的关键。因此有必要研究2205双相不锈钢的焊接接头的组织及性能,并通过试验中多种混合保护气体的对比得到最优的保护气体的组成。钨极氩弧焊(GTAW)常常是可以得到高品质的根部焊道,而且通常用于管对管焊接。焊接接头的耐腐蚀性是极其···············································重要的,但是焊后的接头往往不能够进行酸洗,所以焊后需要良好的背面保护气体进行吹扫。纯氩气是最常见的保护气体,还可以作为背面保护气体。通入一定量的氮气,可以控制双相不锈钢的热影响区双相比例,以此来影响双相不锈钢的性能。有人认为加入氮气作为保护气体会导致氮的吸收[2],这会导致奥氏体大量出现在热影响区,并减少氮化物的析出,以此影响双相不锈钢的焊接接头的耐腐蚀性。1试验介绍试验用母材为芬兰奥托昆普不锈钢公司的2507超级双相不锈钢。所采用的焊条为E2209,焊丝为ER2209,其化学成分见表1。2焊接工艺本试验不仅仅是要考虑保护气体,并考虑了背衬气体对焊接接头的耐腐蚀的影响。试验分为两部分:试验1先将母材加工成300 mm×150 mm×6mm,300 mm×150 mm×8 mm这2种规格的试样。采用焊条电弧/氩弧焊机进行焊接,其中厚度为8 mm的母材试样采用焊条电弧焊,厚度为6 mm的母材试样采用钨极气体保护焊。焊前要对待焊区域进行清洗,焊后接头不进行热处理。为了保证焊透,要考虑焊接热循环的影响,采用多层多道焊,这样焊接每层时可对上一层焊道起到热处理的作用,能够一定程度促进焊接接头热影响区中的铁素体向奥氏体的转变。具体焊接工艺参数见表2。试验2研究无缝隙对接时,不同背衬气体对焊接接头组织耐腐蚀的影响,具体焊接参数见表3。3试验结果3.1力学性能3.1.1硬度测试焊接接头显微硬度的测量条件为负荷1 N,加载时间16 s。依次从母材—热影响区—焊缝金属测量,每点测3次,取平均值,测量结果如图1所示。分析图1后发现,氮的硬化作用突出表现在双相不锈钢焊接接头上,双相不锈钢硬度很高,并未出现因碳含量低所引起的软化现象。其中的原因是混合气体里氮气被吸收产生硬化作用,使得焊接接头硬度大幅度提高。保护气体中含有一部分氮气,增加了保护气体的分压,抑制了接头中氮元素的析出,不仅如此,熔池还能从电弧解离的氮气中吸收一部分氮元素,通过此方法可以获得0.1%或者更多的氮元素[3]。所以说氮元素对接头有良好的硬化作用。3.1.2抗拉强度按照TB 4708—2000标准从接头部位截取试样进行拉伸试验,拉伸试验分2次进行,分别测试试验1和试验2中的焊接接头,得到试验结果见表4和表5。表1双相不锈钢和填充焊材的化学成分(质量分数)(%)型号C Mn P S Si Cr Ni Mo N母材0.014 0.75 0.022 0.001 0.34 24.85 6.90 3.81 0.29ER2209 0.013 1.54 0.018 0.007 0.49 22.92 8.61 3.18 0.17E2209 0.026 0.90 0.025 0.002 0.90 22.10 10.00 2.84 0.18表2试验1的焊接工艺参数焊接方法保护气体电弧电压/V焊接电流/A焊速/(mm·s-1)焊条电弧焊—21 100 1.43φ(Ar)100%12 90 1

参考文献

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