雙相不銹鋼(gang)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，制取拉伸試(shi)樣、沖擊試(shi)樣進行(xing)(xing)焊接接頭力(li)學分析，金相試(shi)樣則利用光學顯微鏡、掃描電鏡和鐵素體儀進行(xing)(xing)微觀分析及兩相比例測定。

2. 試驗(yan)結果與評(ping)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(ge)區的顯(xian)微組(zu)織(zhi)如圖4-14所示，其中焊(han)縫(feng)及(ji)熱影響(xiang)區深色部分為γ相(xiang)，淺色部分為α相(xiang)；母材則相(xiang)反(fan)。這種現象(xiang)產生的原因可能與母材、焊(han)縫(feng)區域(yu)α和γ相(xiang)不同耐蝕性(xing)相(xiang)關。

   b. 鐵(tie)素(su)體測定母材區(qu)(qu)(qu)(qu)的α相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)和(he)(he)γ相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)的比(bi)(bi)(bi)例(li)(li)分(fen)(fen)(fen)別(bie)為45％和(he)(he)55％；焊(han)縫(feng)區(qu)(qu)(qu)(qu)上部(bu)(bu)α和(he)(he)γ兩(liang)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)比(bi)(bi)(bi)例(li)(li)分(fen)(fen)(fen)別(bie)為49％、51％，中下(xia)(xia)部(bu)(bu)α和(he)(he)y兩(liang)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)比(bi)(bi)(bi)例(li)(li)分(fen)(fen)(fen)別(bie)為56％、44％；焊(han)縫(feng)熱影響區(qu)(qu)(qu)(qu)α相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)和(he)(he)γ相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)比(bi)(bi)(bi)例(li)(li)分(fen)(fen)(fen)別(bie)為66％、34％。可見，各區(qu)(qu)(qu)(qu)域的鐵(tie)素(su)體相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)比(bi)(bi)(bi)例(li)(li)雖有(you)差異(yi)，但均在(zai)30％～70％的合(he)理(li)范圍內。這是(shi)由于焊(han)縫(feng)區(qu)(qu)(qu)(qu)和(he)(he)熱影響區(qu)(qu)(qu)(qu)因填(tian)(tian)(tian)充(chong)(chong)金屬(shu)及焊(han)后冷卻速度的影響，而造(zao)成(cheng)兩(liang)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)比(bi)(bi)(bi)例(li)(li)的區(qu)(qu)(qu)(qu)別(bie)。Ni元(yuan)素(su)是(shi)奧(ao)氏體強烈形(xing)成(cheng)及穩定元(yuan)素(su)，焊(han)縫(feng)區(qu)(qu)(qu)(qu)因填(tian)(tian)(tian)充(chong)(chong)Ni元(yuan)素(su)含(han)量較高(gao)ER2209焊(han)絲(si)，熔(rong)池快速凝固后產生(sheng)焊(han)縫(feng)區(qu)(qu)(qu)(qu)的γ相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)比(bi)(bi)(bi)例(li)(li)比(bi)(bi)(bi)焊(han)縫(feng)熱影響區(qu)(qu)(qu)(qu)的要高(gao)，而焊(han)縫(feng)區(qu)(qu)(qu)(qu)上、下(xia)(xia)部(bu)(bu)因填(tian)(tian)(tian)充(chong)(chong)金屬(shu)熔(rong)合(he)比(bi)(bi)(bi)的影響，γ相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)比(bi)(bi)(bi)例(li)(li)和(he)(he)形(xing)貌產生(sheng)差異(yi)。焊(han)縫(feng)區(qu)(qu)(qu)(qu)上部(bu)(bu)熔(rong)融的填(tian)(tian)(tian)充(chong)(chong)金屬(shu)較多，γ相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)比(bi)(bi)(bi)例(li)(li)較高(gao)，在(zai)較快冷卻的條(tiao)件下(xia)(xia)，產生(sheng)二(er)次(ci)(ci)奧(ao)氏體主要分(fen)(fen)(fen)布在(zai)初始(shi)鐵(tie)素(su)體晶間，呈鏈狀密(mi)排相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)連，少(shao)量二(er)次(ci)(ci)奧(ao)氏體分(fen)(fen)(fen)布在(zai)晶內，如圖4-14a所示；而焊(han)縫(feng)區(qu)(qu)(qu)(qu)中、下(xia)(xia)部(bu)(bu)，填(tian)(tian)(tian)充(chong)(chong)金屬(shu)進(jin)入較少(shao)，γ相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)比(bi)(bi)(bi)例(li)(li)較低，快冷條(tiao)件下(xia)(xia)，二(er)次(ci)(ci)奧(ao)氏體相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)主要為細小顆粒，彌散分(fen)(fen)(fen)布在(zai)柱狀晶內，晶間二(er)次(ci)(ci)奧(ao)氏體相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)較少(shao)，在(zai)晶界處還(huan)發現(xian)有(you)鋸(ju)齒(chi)狀的魏氏二(er)次(ci)(ci)奧(ao)氏體產生(sheng)，如圖4-14b所示。

   c. 焊接(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)頭力學性能復合(he)焊焊接(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)頭的(de)力學性能見(jian)表(biao)4-29。接(jie)(jie)(jie)頭拉伸時，斷裂(lie)位(wei)置發生在(zai)雙相(xiang)不銹鋼母材部分，斷裂(lie)強度為810MPa。在(zai)-40℃環境條件(jian)下，接(jie)(jie)(jie)頭焊縫區的(de)沖擊(ji)韌度仍較(jiao)高，為73J／c㎡，但遠(yuan)低于熔(rong)合(he)線與熱影響區，這可能與焊縫區彌(mi)散分布的(de)二次奧(ao)氏體(ti)相(xiang)及柱狀的(de)凝固組織有關。

    由于激光(guang)-MIG電弧復合焊接(jie)熱(re)輸入集中，焊縫熱(re)影(ying)響區(qu)(qu)很窄，硬度過(guo)渡區(qu)(qu)不明顯，焊縫區(qu)(qu)的顯微硬度最(zui)大值為(wei)292HV1，比母材高30左右，這可能是焊縫區(qu)(qu)彌散分布的晶內(nei)二(er)次奧氏體相強化(hua)的結果(guo)。

    可見，利用激光-MIG復合(he)焊(han)(han)接方法得到的2205雙相不銹(xiu)鋼焊(han)(han)接接頭(tou)具有較好(hao)的力(li)學性(xing)能。

   d. 焊(han)接(jie)接(jie)頭腐蝕性能2205 雙(shuang)相(xiang)不銹鋼母材(cai)(cai)及復合(he)焊(han)焊(han)接(jie)接(jie)頭的(de)臨(lin)界(jie)點蝕溫度測試(shi)如圖4-15所示，焊(han)接(jie)接(jie)頭的(de)臨(lin)界(jie)溫度為49℃，與(yu)母材(cai)(cai)的(de)臨(lin)界(jie)點蝕溫度50℃相(xiang)近。激光-MIG復合(he)焊(han)接(jie)得到的(de)雙(shuang)相(xiang)不銹鋼焊(han)接(jie)接(jie)頭的(de)耐(nai)點蝕能力與(yu)母材(cai)(cai)相(xiang)近。

  總之，激光-MIG復合焊接可對雙相不銹鋼中厚(hou)板實現高效率焊接。