浙江至德鋼業(yè)有限公司在生產(chǎn)雙相不銹鋼管時(shí)，所用原材料均來自于瑞典三特維克和阿維斯坦公司,母材為SAF2205(ASTM240200,UNSS31803)、所采用的焊條為E2209、焊絲為ER2209,其化學(xué)成分見表。2205不銹鋼在常溫下的力學(xué)性能:屈服強(qiáng)度Rs>550MPa,抗拉強(qiáng)度Rb>750MPa,維氏硬度HV>220。雙相不銹鋼的母材的力學(xué)性能如下:抗拉強(qiáng)度Rb=860MPa,HV=280。

  將母材試樣分別加工成尺寸為300mm×150mm×6mm和300mm×150mm×8mm兩種規(guī)格。采用山大奧太有限公司生產(chǎn)的IXT2400STG型逆變式手弧/氬弧焊機(jī)進(jìn)行接頭試樣的焊接，其中厚度為8mm的試樣采用手工電弧焊，厚度為6mm的試樣采用鎢極氣體保護(hù)焊。焊接前先用丙酮對(duì)焊接區(qū)進(jìn)行嚴(yán)格清洗，焊接后接頭不進(jìn)行熱處理。為了保證焊透,并考慮到焊接熱循環(huán)的影響，采用多層多道焊，這樣進(jìn)行每層焊接的同時(shí)又對(duì)上一層焊道起到熱處理的作用，可在一定程度上促進(jìn)接頭熱影響區(qū)中的鐵素體向奧氏體轉(zhuǎn)變。為避免脆性相的析出,層間溫度應(yīng)控制在150℃以下，以減少焊接時(shí)在脆性溫度區(qū)間停留的時(shí)間。具體焊接工藝參數(shù)和坡口形式分別見圖和表。由表可知,在采用的焊接工藝參數(shù)中,GTAW和GTAW所采用的焊接熱輸入量相差很小,這樣可降低兩種不同焊接方法因熱輸入量不同所帶來的影響。

  浙江至德鋼業(yè)有限公司按照TB4708-2000標(biāo)準(zhǔn)從接頭部位截取試樣進(jìn)行拉伸實(shí)驗(yàn)，每種焊接工藝分別取五個(gè)試樣進(jìn)行拉伸實(shí)驗(yàn),三種不同工藝獲得接頭的抗拉強(qiáng)度平均值分別為838、884、824MPa。接頭拉伸斷裂位置依次為熱影響區(qū)、母材、焊縫。分析可知，雙相不銹鋼具有優(yōu)異的力學(xué)性能源于其具有特殊的化學(xué)成分以及合理的雙相比例,尤其是氮元素的加入,更是起到了舉足輕重的作用。與奧氏體不銹鋼相比,雙相不銹鋼具有導(dǎo)熱性好,熱膨脹系數(shù)小等特點(diǎn),因此不會(huì)產(chǎn)生很大的殘余應(yīng)力,具有更高的抵抗熱裂紋能力。接頭殘余應(yīng)力受焊接線能量變化的影響不大,同時(shí)多層焊的殘余應(yīng)力會(huì)不同程度的降低。

  至德鋼業(yè)工程師通過對(duì)雙相不銹鋼焊接試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)當(dāng)鐵素體體積分?jǐn)?shù)小于50%時(shí),焊縫金屬對(duì)氫致裂紋不敏感,當(dāng)鐵素體含量大于50%后,隨著鐵素體含量的增加,氫致裂紋的敏感性將顯著增加。當(dāng)?shù)馁|(zhì)量分?jǐn)?shù)超過012%時(shí),由于氮的間隙固溶強(qiáng)化使得奧氏體的強(qiáng)度大于鐵素體。至德鋼業(yè)工程師認(rèn)為,氮以間隙固溶的形式彌散分布在奧氏體內(nèi),可在一定程度上彌補(bǔ)不銹鋼因碳含量低而造成的接頭低強(qiáng)度,氮含量增加0.11%,材料的屈服強(qiáng)度可提高10MPa。所以,保護(hù)氣體中氮的加入,可促進(jìn)兩相的平衡,有利于2205不銹鋼接頭獲得滿意的抗拉強(qiáng)度。但是,由于接頭受到多次熱循環(huán)的影響,易造成鐵素體晶粒粗大,在一定程度上降低了接頭的抗拉強(qiáng)度。所以本工作中GTAW接頭斷裂在熱影響區(qū),而對(duì)于GTAW接頭和SMAW接頭因其熱影響區(qū)內(nèi)的鐵素體含量較高反而具有較高的抗拉強(qiáng)度,但對(duì)于SMAW接頭焊縫金屬區(qū)在焊接過程中得不到保護(hù)易形成焊接缺陷,這樣接頭在拉伸實(shí)驗(yàn)中可能斷在不同的位置。