1. 不同電弧焊焊接方法的試驗
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，材料點蝕當(dāng)量按公式PREN=Cr％＋3.3×Mo％＋16×N％計算。
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℃。
2. 試驗結(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反面焊接因為局部區(qū)域未填滿，用焊條電弧焊進行了少量填補。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)。
b. 焊接接頭力學(xué)性能
接頭力學(xué)拉伸結(jié)果：SMAW 焊接接頭抗拉強度為780MPa，在熱影響區(qū)斷裂；而TIG與SAW接頭強度分別為790MPa和785MPa，斷在母材區(qū)。三者接頭的抗拉強度與母材相當(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，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。
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，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的方法。
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，該焊接方法將是一種不錯的選擇。
