不锈钢同种焊接接头组织及性能

不锈钢同种焊接接头组织及性能

Stainless Steel and Same Welding Joint Organization and Performance

供稿|万焱/ WAN Yan

750 C×2 h 空冷的回火工艺。

焊接工艺参数

试验采用纯度为 99.99%的高纯度氩气作保护气体，氩气流量为 10 L min-1。不锈钢板材两端采用夹具固定以防止焊件变形。试验采用的钨电极直径为 1.6~2.0 mm，焊前在砂轮上将其端部磨成半球形。试验在 YC-300WP5HGE直流两用脉冲焊机上采用手工焊，单面焊双面成形，分别进行无焊丝和加焊丝焊接，通过改变焊接工艺参数来获得性能良好的焊接接头。两种厚度不锈钢板钨极氩弧焊的焊接工艺参数见表2。

试验材料及方法

试验材料

试验采用1Cr18Ni9Ti奥氏体和1Cr13马氏体不锈钢板。采用板厚为0.8 mm的材料，标准化学成分见表1，填充材料采用与母材主要合金元素Cr, Ni相近含量的1Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢焊丝，焊丝直径为 φ2.0 mm。

焊前热处理

1Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢板采用的是太钢使用状态下的不锈钢板，经过固溶处理。1Cr13所选择的热处理工艺参数为960 C×0.5 h 油冷的淬火工艺，

试验结果及分析

微观组织分析

对于加1Cr18Ni9Ti焊丝TIG焊接区域在显微镜下观察的结果见图1（a），与不加焊丝的焊缝相比，组织变化不大，都是以树枝晶为主，存在部分奥氏体和铁素体。

如图1（b），加焊丝的1Cr13马氏体不锈钢焊缝区的马氏体带明显地分布于母材和焊缝金属之间。其宽度从几十μm至上百μm不等。与其相邻的母材一侧是过热区的粗晶板条马氏体组织。可以看到：马氏体带上大量分布的是束状的马氏体，束与束之间具有60°角特征，其间夹杂着针片状特征。仔细观察还可发现，马氏体的分布在数量和形态上都是

钨极直径/mm

1.6

喷嘴至焊件长度/

mm

10

氩气流量/( L/min)

10

表1 不锈钢焊接材料化学成分 (质量分数) %

材料1Cr18Ni9Ti1Cr13

C≤0.030.003

Ni0.49

Cr0.011

Cu≤0.814.02

Fe0.009

Ti0.023

Mn0.19

8.0~11.017.0~19.0

≤0.0120.02~0.80≤2.000

表2 不锈钢板焊接工艺参数

焊机型号硅整流

工件厚度/mm

0.8

焊接速度/( mm/min)

50

电流/A40~50

焊丝直径/mm

5

电源接法直流正接

喷嘴直径/mm

10

作者单位： 唐钢中厚板材有限公司轧钢部，河北 唐山 063600

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2011年第5期

(a)

(b)

且1Cr13马氏体不锈钢交界处的晶粒要比1Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢大，出现以上现象可能与焊接时的热输入有关（熔焊时，由焊接能源输入给单位长度焊缝上的热量称为热输入[6]）。

焊接接头拉伸性能

对0.8 mm马氏体不锈钢和奥氏体不锈钢在不同焊接工艺下焊缝区的力学性能性能进行了测定，比较不同焊接工艺条件下焊接接头的拉伸性能，通过试验发现，不同焊接工艺条件下，焊接接头抗拉强度存在差别，试验结果如表3所示。

20 μm

(a)　A-A

(c)

(d)

20 μm

(b)　M-M

50 μm

(c)　A-A

(d)　M-M

50 μm

可以看出加焊丝的拉伸强度比不加焊丝的要高。另外，拉伸试验时接头多断裂于焊缝，表明焊接焊缝区是焊接接头力学性能的薄弱区域，但从表中可以看出，焊缝与母材的抗拉强度相差不大，这说明焊缝的抗拉性能已经接近母材，完全可以使用，只是可能由于某些原因使得性能还达不到母材强度要求。试验过程还发现，马氏体不锈钢的抗拉强度比奥氏体不锈钢要高。

焊接接头拉伸断口扫描分析从宏观断面上看，1Cr18Ni9 Ti奥氏体不锈钢母材试样的断裂发生在试样中部，断口处有明显颈缩，属于韧性断裂。加焊丝焊接接头的试样的断裂大多发生在

图1 焊接接头金相组织

不均匀的。从熔合线向焊缝延伸，马氏体逐渐减少。在形态上，靠近熔合线的马氏体为板条束特征，而靠近焊缝的马氏体带不同程度地夹杂着板条状马氏体。

众所周知，焊缝区是焊接时在电弧的搅拌作用下，填充金属与母材熔化后均匀混合而成的。从Fe-Cr-Ni三元相图和Schea e图

[1]

缝中δ-铁素体晶核中的Cr含量更高，冷却时更难以转变为奥氏体，因而其占δ-铁素体比1Cr13重熔焊缝中的更粗大。

与焊缝区相反，母材受热温度在1150℃以下的热影响区中，除了少数晶界上以外，没有δ-铁素体析出，主要是通过过热长大和再结晶等使原奥氏体晶粒大小发生变化[3-5]。

从图1（c）（d）可以看出，母材、焊缝及热影响区三个区域界限较为明显。焊接接头热影响区宽度相对较窄，而母材和焊缝区相对于热影响区都比较宽，并

可以看出，1Cr18Ni9Ti接

头和加焊接材料1Cr18Ni9Ti 的1Cr13重熔焊接接头，焊缝区凝固时均首先析出δ-铁素体，然后通过δ→γ固态转变形成奥氏体。由于焊接的快速冷却过程，部分富Cr，贫Ni的δ-铁素体晶核因来不及转变被留下来，形成所谓的骨架状或蠕虫状δ-铁素体+柱状奥氏体双相组织，这样形成的δ-铁素体粗大且完整。但是由于这两种接头焊缝中的Cr、Ni含量不同，1Cr18Ni9Ti焊

[2]

表3 拉伸试验结果

试样0.8 mm A母材A-A焊缝（不加焊丝）A-A焊缝（加焊丝）0.8 mm M母材M-M焊缝（不加焊丝）M-M焊缝（加焊丝）

σb/MPa560.210485.235500.791600.440588.236600.430

断裂位置焊缝焊缝焊缝焊缝焊缝焊缝

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实验研究

企业论坛

在拉伸过程中具有良好的变形能力，表现出韧性断裂；而2（b）图中呈现河流花样，主要以脆性断裂为主，但也有一些个别部位韧窝存在。在采用1Cr18Ni9Ti焊丝的断口中可以发现较多的塑性变形特征，韧窝较多，撕裂棱明显。

焊接接头的显微硬度从图3中可以看出：（1）由母材—热影响区—焊缝显微硬度波动式提高，焊缝区的硬度高于或等于母材的硬度；

（2）并且两图对比可以看出，马氏体焊接硬度明显比奥氏体焊接显微硬度高出许多，因为马氏体组织的硬度要高于奥氏体；

（3）在焊缝与母材交界的地方显微硬度有所提高，使得曲线呈现M型。

焊缝内部，断裂前有颈缩，断口与拉力方向亦呈一定角度，但大于45°，属于韧－脆混合断裂。断裂发生在热影响区靠近焊缝一侧，说明在采用合理的焊接参数下，焊接热影响区的晶粒长大和宽度都可以得到控制，使得热影响区不再是接头的薄弱环节。而有焊丝焊接的接头的试样的断裂多发生在焊缝区靠近热影响区一侧，由于1Cr18Ni9Ti焊丝的加入，使得塑韧性提高，焊缝组织更加均匀，使性能接近于母材而优于热影响区，因此断裂发生靠近热影响区部分。为了更好地认识接头的断裂机制，进一步对断口的微观形貌进行SEM分析，如图2所示。

如图2（a）所示，可以观察到断面存在较多韧窝，说明该区

(a)

结论

（1） 采用1Cr18Ni9Ti焊丝焊接奥氏体及马氏体不锈钢板材，焊接接头的组织分析表明，焊缝区与母材的交界由于冷却速度快，产生的晶粒较细小，而热影响区近缝区的晶粒则由于受热而有所长大。

（2） 对两种材料焊接接头拉伸性能测试表明，采用1Cr18Ni9Ti填丝焊接方法可以获得高质量的焊缝，其强度可以达到母材强度下限。

（3） 焊 …… 此处隐藏：2320字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……