1. 不同電弧焊焊接方法的試驗(yàn)


   選用寶鋼生產(chǎn)的15mm厚退火酸洗態(tài)2205雙相不銹鋼,采用焊條電弧焊(SMAW)、鎢極氬弧焊(TIG)和埋弧焊(SAW)的焊接接頭進(jìn)行性能比較。焊材分別采用Avesta的2205AC/DC焊條、ER2209-TIG焊絲和ER2209-SA焊絲。焊條直徑為3.2mm和4.0mm兩種,TIG焊絲φ2.4mm,SAW焊絲φ3.2mm。埋弧焊劑為 Avesta805型。材料的主要成分及性能見表4-24和表4-25。其中,材料點(diǎn)蝕當(dāng)量按公式PREN=Cr%+3.3×Mo%+16×N%計(jì)算。


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   焊接試板加工成400mm×200mm×15mm,平板拼焊,不同焊接方法的X形坡口設(shè)置見表4-26。焊件坡口焊前均經(jīng)過丙酮去油污處理。SMAW采用雙面多層焊,正反面各4道,每層熱輸入在1.0~1.5kJ/mm之間。TIG焊正面5道、反面4道,焊接保護(hù)氣為Ar+1.5%N2,每層熱輸入均在1.1~1.8kJ/mm之間。SAW采用正反面單道焊,每道熱輸入均在2.0kJ/mm左右。各種焊接方法的層間溫度都小于150℃。


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2. 試驗(yàn)結(jié)果與評估


  a. 焊接接頭微觀組織 


     利用上述焊接方法得到的焊接接頭宏觀形貌如圖4-7所示,其中,SAW反面焊接因?yàn)榫植繀^(qū)域未填滿,用焊條電弧焊進(jìn)行了少量填補(bǔ)。不過從圖中可以看出,焊縫成形均較完好,沒有發(fā)現(xiàn)咬邊、夾渣等缺陷。取焊縫中上部大致相同部位及熱影響區(qū)組織進(jìn)行對比分析,如圖4-8所示,焊縫金屬都含有奧氏體和鐵素體的混合組織。在不同焊縫中,發(fā)現(xiàn)有三種形態(tài)的奧氏體,但由于焊縫中不同部位合金成分和冷卻速度的差異,三種形態(tài)的奧氏體比例也有所不同。對于焊縫區(qū)的相比例,由于焊條電弧焊焊條所含奧氏體形成元素Ni、N含量較高,同時(shí)受多道焊上層對下層再熱的影響,其焊縫區(qū)中上部奧氏體相比例較高,達(dá)到61.8%;而TIG與SAW焊縫區(qū)兩相比例相差不大,在50%左右。對于焊縫熱影響區(qū)(HAZ),三者的鐵素體相所占比例相差不大,均在55%~60%。但TIG焊縫因累積熱輸入較大,熱影響區(qū)鐵素體平均晶粒尺寸較SAW要大,而鐵素體晶粒尺寸將是影響雙相不銹鋼焊縫熱影響區(qū)沖擊性能的一個(gè)因素。另外,三者焊縫熱影響區(qū)均未發(fā)現(xiàn)金屬間相,說明三種焊接方法的熱輸入均在合理的范圍之內(nèi)。


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  b. 焊接接頭力學(xué)性能 


     接頭力學(xué)拉伸結(jié)果:SMAW 焊接接頭抗拉強(qiáng)度為780MPa,在熱影響區(qū)斷裂;而TIG與SAW接頭強(qiáng)度分別為790MPa和785MPa,斷在母材區(qū)。三者接頭的抗拉強(qiáng)度與母材相當(dāng)。圖4-9所示為SMAW和TIG焊接接頭焊縫區(qū)(WM)、熱影響區(qū)(HAZ)與母材在-196~-20℃溫度區(qū)間的沖擊吸收能量的對比,結(jié)果表明母材具有較高的沖擊吸收能量,且韌脆轉(zhuǎn)變溫度較低。從圖4-10中可以看出:-40℃時(shí),TIG焊與SAW焊縫的沖擊吸收能量分別為133J和78J,明顯高于SMAW的37J;對于熱影響區(qū),SAW 接頭熱影響區(qū)因累積熱輸入最小,晶粒尺寸長大情況最小,沖擊吸收能量最高,為207J,高于TIG的122J和SMAW的109J。上述結(jié)果對于不同三種焊接方法均滿足ASTM A923-06(B)標(biāo)準(zhǔn)對2205雙相不銹鋼焊縫區(qū)34J(-40℃)和熱影響區(qū)54J(-40℃)的沖擊吸收能量的要求。


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  c. 接頭腐蝕性能


     圖4-11所示為三種焊接方法得到的焊接接頭點(diǎn)腐蝕速率比較。SMAW接頭由于焊縫中含有一些硅、錳氧化物夾雜,焊縫中氧位較高,耐蝕性較差,腐蝕速率在9mg/(d㎡d)左右,仍能滿足ASTMA923-06(C)標(biāo)準(zhǔn)的小于10mg/(d㎡·d)要求。而TIG和SAW焊縫耐蝕性較好,失重速率均小于1mg/(d㎡·d)。根據(jù)經(jīng)驗(yàn),改善焊條電弧焊焊縫腐蝕和沖擊性能,可采用短弧焊和減少弧焊過程焊條擺動(dòng)的方法。


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  總之,通過對于中厚2205雙相不銹鋼板的整體評估,可以認(rèn)為:TIG接頭綜合性能最好,SAW其次,SMAW較差。但SAW效率較高,焊接雙相不銹鋼中厚板時(shí),該焊接方法將是一種不錯(cuò)的選擇。






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