雙相不銹(xiu)鋼在實際應用過程中，不僅要求雙相不銹鋼母材有優良的性能，對焊接接頭性能也有著同樣的嚴格的要求。雙相不銹鋼(gang)焊接接頭在使用時主要缺陷為脆性和耐蝕性下降，具體原因是焊縫及熱影響區兩相比例失調，二次相析出（金屬間相、氮化物等）和α相脆化等。采用常規的熔焊方法，如焊條電弧焊焊接中厚板，需要往復多道焊，效率較低，同時焊縫及熱影響區焊接熱循環經歷時間較長，容易產生金屬間相使接頭脆化，耐蝕性下降。而利用激光、電子束等高能焊時，因焊后冷速較快，不易填充金屬、焊縫及熱影響區的α和γ兩相比例不易控制，接頭沖擊和腐蝕性能會發生惡化。激光-MIG電弧復合焊能將復合熱源擴大作用范圍，降低焊接冷卻速度，同時容易使焊絲填充到焊接熔池形成焊縫。因此，應用于雙相不銹鋼焊接將是一種比較理想的方法，國內外卻少有這方面的研究。
1. 試驗方(fang)法
試驗母材選用2205（UNS31803）雙相不銹鋼，板厚8mm。焊材采用ER2209焊絲，=ф1.0mm。材料主要成分及性能見表4-27和表4-28，材料點蝕當量（PREN）按式PRENCr％＋3.3×Mo％＋16×N％計算。
焊件加工成I形坡口，焊前用丙酮擦拭坡口及附近表面以去除油污，坡口間隙設置為0.5mm。焊接裝配示意如圖4-12所示。采用YAG激光器，焦距長300mm，焊接時激光功率7kW，離焦量為0；電弧電壓為27.5V，送絲速度為12m／min，焊槍傾角60°，焊槍高度14mm。利用Ar＋2％N2混合氣體作為MIG焊槍正面保護氣，氣體流量為30L／min，以防雙相不銹鋼焊縫表面因擴散而損失氮。焊件背面保護氣為純氬，流量為5L／min。激光與電弧熱源之間距離2mm，焊接速度為3m／min，激光引導電弧。
焊后(hou)，制取(qu)拉伸試樣(yang)、沖擊試樣(yang)進行焊接接頭(tou)力學分析(xi)，金(jin)相試樣(yang)則利(li)用光(guang)學顯微鏡、掃描(miao)電鏡和鐵素體儀進行微觀分析(xi)及兩相比例測定。
2. 試驗結果與評估
a. 焊接接頭宏觀形貌及顯微組織激光-MIG電弧復合焊接8mm厚2205雙(shuang)相不(bu)銹鋼的焊縫接頭如圖4-13所示。從圖中可以看出，焊縫完全熔透，呈“丁”字形，上部有輕微凹陷，焊縫及熱影響區狹窄，成形良好。焊接接頭宏觀上分為三個區域：母材、熱影響區及焊縫。
焊(han)接(jie)接(jie)頭各區的(de)(de)顯(xian)微組織如(ru)圖4-14所示，其中焊(han)縫(feng)及熱影(ying)響區深色部分為(wei)γ相(xiang)，淺(qian)色部分為(wei)α相(xiang)；母材(cai)則(ze)相(xiang)反。這種現象產生的(de)(de)原(yuan)因可能與(yu)母材(cai)、焊(han)縫(feng)區域α和γ相(xiang)不同耐蝕性相(xiang)關。
b. 鐵素體(ti)(ti)測定(ding)母材區(qu)的(de)(de)α相(xiang)和(he)γ相(xiang)的(de)(de)比(bi)(bi)(bi)(bi)例(li)分(fen)(fen)別(bie)(bie)為45％和(he)55％；焊(han)(han)(han)縫(feng)區(qu)上部(bu)α和(he)γ兩相(xiang)比(bi)(bi)(bi)(bi)例(li)分(fen)(fen)別(bie)(bie)為49％、51％，中下(xia)部(bu)α和(he)y兩相(xiang)比(bi)(bi)(bi)(bi)例(li)分(fen)(fen)別(bie)(bie)為56％、44％；焊(han)(han)(han)縫(feng)熱(re)(re)影(ying)(ying)響(xiang)區(qu)α相(xiang)和(he)γ相(xiang)比(bi)(bi)(bi)(bi)例(li)分(fen)(fen)別(bie)(bie)為66％、34％。可見，各區(qu)域(yu)的(de)(de)鐵素體(ti)(ti)相(xiang)比(bi)(bi)(bi)(bi)例(li)雖有差異，但均在(zai)30％～70％的(de)(de)合理范圍內。這是由于(yu)焊(han)(han)(han)縫(feng)區(qu)和(he)熱(re)(re)影(ying)(ying)響(xiang)區(qu)因(yin)填(tian)(tian)充(chong)(chong)金(jin)屬及焊(han)(han)(han)后冷(leng)卻速度的(de)(de)影(ying)(ying)響(xiang)，而造成兩相(xiang)比(bi)(bi)(bi)(bi)例(li)的(de)(de)區(qu)別(bie)(bie)。Ni元(yuan)(yuan)素是奧(ao)(ao)(ao)氏體(ti)(ti)強烈形成及穩定(ding)元(yuan)(yuan)素，焊(han)(han)(han)縫(feng)區(qu)因(yin)填(tian)(tian)充(chong)(chong)Ni元(yuan)(yuan)素含量較(jiao)高(gao)(gao)ER2209焊(han)(han)(han)絲，熔池快(kuai)(kuai)速凝固后產(chan)生(sheng)焊(han)(han)(han)縫(feng)區(qu)的(de)(de)γ相(xiang)比(bi)(bi)(bi)(bi)例(li)比(bi)(bi)(bi)(bi)焊(han)(han)(han)縫(feng)熱(re)(re)影(ying)(ying)響(xiang)區(qu)的(de)(de)要高(gao)(gao)，而焊(han)(han)(han)縫(feng)區(qu)上、下(xia)部(bu)因(yin)填(tian)(tian)充(chong)(chong)金(jin)屬熔合比(bi)(bi)(bi)(bi)的(de)(de)影(ying)(ying)響(xiang)，γ相(xiang)比(bi)(bi)(bi)(bi)例(li)和(he)形貌產(chan)生(sheng)差異。焊(han)(han)(han)縫(feng)區(qu)上部(bu)熔融的(de)(de)填(tian)(tian)充(chong)(chong)金(jin)屬較(jiao)多，γ相(xiang)比(bi)(bi)(bi)(bi)例(li)較(jiao)高(gao)(gao)，在(zai)較(jiao)快(kuai)(kuai)冷(leng)卻的(de)(de)條件下(xia)，產(chan)生(sheng)二(er)次(ci)(ci)奧(ao)(ao)(ao)氏體(ti)(ti)主要分(fen)(fen)布在(zai)初始鐵素體(ti)(ti)晶間，呈鏈(lian)狀密(mi)排相(xiang)連，少(shao)量二(er)次(ci)(ci)奧(ao)(ao)(ao)氏體(ti)(ti)分(fen)(fen)布在(zai)晶內，如圖4-14a所(suo)示；而焊(han)(han)(han)縫(feng)區(qu)中、下(xia)部(bu)，填(tian)(tian)充(chong)(chong)金(jin)屬進入(ru)較(jiao)少(shao)，γ相(xiang)比(bi)(bi)(bi)(bi)例(li)較(jiao)低，快(kuai)(kuai)冷(leng)條件下(xia)，二(er)次(ci)(ci)奧(ao)(ao)(ao)氏體(ti)(ti)相(xiang)主要為細小顆粒，彌(mi)散分(fen)(fen)布在(zai)柱狀晶內，晶間二(er)次(ci)(ci)奧(ao)(ao)(ao)氏體(ti)(ti)相(xiang)較(jiao)少(shao)，在(zai)晶界處還(huan)發現有鋸齒(chi)狀的(de)(de)魏氏二(er)次(ci)(ci)奧(ao)(ao)(ao)氏體(ti)(ti)產(chan)生(sheng)，如圖4-14b所(suo)示。
c. 焊(han)接(jie)接(jie)頭力(li)學性(xing)能(neng)復(fu)合焊(han)焊(han)接(jie)接(jie)頭的(de)力(li)學性(xing)能(neng)見表4-29。接(jie)頭拉伸時，斷(duan)裂位(wei)置發生在(zai)(zai)雙(shuang)相不銹鋼母材(cai)部分，斷(duan)裂強度(du)為810MPa。在(zai)(zai)-40℃環境條件下，接(jie)頭焊(han)縫區的(de)沖(chong)擊韌(ren)度(du)仍較高，為73J／c㎡，但遠低于熔合線與熱影(ying)響區，這(zhe)可能(neng)與焊(han)縫區彌(mi)散分布的(de)二次奧氏體相及(ji)柱(zhu)狀(zhuang)的(de)凝固組織有關(guan)。
由于激光-MIG電弧復合焊(han)(han)接熱輸入集中，焊(han)(han)縫(feng)熱影響區(qu)很窄(zhai)，硬(ying)(ying)度過渡區(qu)不明顯，焊(han)(han)縫(feng)區(qu)的(de)顯微硬(ying)(ying)度最大值(zhi)為292HV1，比母材高(gao)30左右，這可能是焊(han)(han)縫(feng)區(qu)彌散分布的(de)晶內二(er)次奧氏體(ti)相強化的(de)結果。
可見，利用激光(guang)-MIG復合焊接(jie)方法得到的2205雙相不(bu)銹鋼焊接(jie)接(jie)頭具有較好(hao)的力學性能。
d. 焊(han)(han)接(jie)接(jie)頭(tou)腐蝕性能(neng)2205 雙(shuang)相(xiang)(xiang)不銹鋼(gang)母材及復合(he)焊(han)(han)焊(han)(han)接(jie)接(jie)頭(tou)的臨(lin)(lin)界(jie)點(dian)蝕溫(wen)度測試如(ru)圖4-15所示，焊(han)(han)接(jie)接(jie)頭(tou)的臨(lin)(lin)界(jie)溫(wen)度為49℃，與母材的臨(lin)(lin)界(jie)點(dian)蝕溫(wen)度50℃相(xiang)(xiang)近。激光-MIG復合(he)焊(han)(han)接(jie)得到的雙(shuang)相(xiang)(xiang)不銹鋼(gang)焊(han)(han)接(jie)接(jie)頭(tou)的耐點(dian)蝕能(neng)力與母材相(xiang)(xiang)近。
總之，激光-MIG復合焊接可對雙相不銹鋼中(zhong)厚板實現高效率焊接。
