2205双相不锈钢与Q235A异种金属焊接接头的组织与性能

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1、万方数据2205双相不锈钢与Q235A异种金属焊接接头的组织与性能南京航空航天大学材料科学与技术学Ir．完(210016)李燕王少刚马启慧吴新强摘要采用钨极氲弧焊(GTAW)打底，焊条电弧焊(SMAW)填充和盖面的焊接方法，分别以ER2209焊丝和E2209焊条作为填充材料对2205双相不锈钢和Q235A异种金属的焊接进行了研究。对获得接头进行拉伸强度和显微硬度测试，发现拉伸试样断裂位于强度相对较低的Q235A母材一侧，在接头区域Q235A母材与焊缝金属交界面处的硬度值较高；金相组织观察显示，在接头的Q235A与焊缝金属侧分别存在脱碳层与增碳层，这

2、是由于焊接过程中碳元素发生迁移的结果；利用扫描电镜观察接头断口形貌，接头呈明显的韧性断裂；对接头焊缝金属区进行X射线衍射相结构组成测定，未发现焊缝金属区中存在有害相析出，表明获得接头的质量良好，完全能够满足实际工程结构的使用要求。关键词：双相不锈钢Q235A异种金属接头力学性能微观组织中图分类号：TG444．70前言1试验材料及方法2205双相不锈钢是目前工业生产中应用最广泛的钢种之一，它是一种典型的含氮、超低碳、铁素体一奥氏体双相不锈钢。双相不锈钢具有韧性高，脆性转变温度低，焊接性较好，同时钢中的Cr元素含量较高以及通过添加Mo、N等合金元素使其

3、具有更好的耐应力腐蚀、缝隙腐蚀、Cl一点蚀、晶界腐蚀以及高强度和耐高速泥沙冲刷等优点，因此在石油化工、海洋工程和制盐等许多领域有着广泛的应用前景¨。2j。在实际生产中，为了进一步节约金属、降低产品生产成本，双相不锈钢与异种金属的焊接零件(或构件)也得到了越来越广泛的应用。这是南于异种金属构件不但能同时满足不同工况对材质提出的性能要求，而且通过焊接方法制成的具有不同几何形状的零部件，使生产成本大幅度降低。但是，由于异种金属的化学成分和物理、化学性能等存在较大差异，使得异种金属材料的焊接较为困难∞j。在焊接过程中如果工艺控制不当，由于焊缝金属的稀释作用

4、，使获得接头的组织和性能不均匀，甚至在接头过渡区引发微裂纹，难以获得高质量的焊接接头Hj。冈此，文中拟对2205双相不锈钢与Q235A异种金属的焊接进行研究，以期为实际焊接生产提供理论指导与技术支持。收稿日期：2009—12一Ol文中试验母材为00Cr22NiSM03N双相不锈钢(SAF2205)和Q235A碳素结构钢，将母材试样加工成尺寸为300millX150mill×8mm。考虑到双相不锈钢在成形加丁后对组织和性能的要求及异种金属焊接的特殊性，要求焊后接头的焊缝组织为奥氏体和铁素体双相组织。因此，根据舍夫勒组织图，工艺试验中分别选用含Ni量较

5、高的ER2209焊丝(直径为2mm)和E2209焊条(直径为3．2ram)作为填充材料，试验母材和填充材料的化学成分见表1，试验母材的力学性能见表2。焊接接头的形式为对接接头，为了保证焊透，开V形坡口，预留问隙1～2mm，如图1所示。焊前先用丙酮、酒精对试样焊接Ⅸ进行严格清洗。焊接时，采用多层多道焊，焊接次序如图1中所示。由于钨极氩弧焊(GTAW)的热源和填充焊丝是分别控制的，热量调节方便，适用于各种坡口的打底焊，因此其是打底焊较理想的焊接方法，而焊条电弧焊操作方便灵活，效率高，常作为焊接的填充、盖面焊。因此试验选择用钨极氩弧焊(GTAW)打底、焊

6、条电弧焊(SMAW)盖面两者相结合的焊接方式。要求每焊完一层焊缝都应彻底清理打磨干净，再焊下一层焊缝。严格控制层间温度。以尽量减少焊缝在脆性温度区间内的停留时间，降低焊缝中脆性相析出的可能性，因此要求层间温度不得高于2010年第8期59万方数据150℃。试验中所用的焊接设备为ZX7—400型逆变式直流弧焊机，采用直流正接法，氩弧焊所用的保护气体为纯Ar气，纯度为99．99％。经过优化的焊接工艺参数见表3。表1母材和填充材料的化学成分(质量分数，％)材质CMnPSSiCrNi"bloNSAF22050．0160．820．0240．0010．3622．

7、485．463．120．16母材Q235A0．1800．500．4500．0500．30————————ER22090．0131．540．0180．0070．4922．928．613．180．17填充材料E22090．0260．900．0250．0020．9022．110．002．840．18表2试验母材的力学性能65。y—、材雨抗拉强度屈服强度断后伸长率＼—r／F2≥620／M≥506,／≥25AF22757’三7‘协幺徽专洲’卅图l敬U彤甄及尺可表3焊接工艺参数焊接层数焊接电流I／A电弧电压∥V焊接速度v／(em·min“)保护气体流量Q／(L

8、·min“)2试验结果及分析2．1力学性能测试2．1．1接头拉伸强度根据GB／T2651--2008《焊接接头拉伸试验法》