焊接方法对2205不锈钢焊接接头组织与力学性能的影响

juan1988

双相不锈钢的金相组织是由铁素体与奥氏体两相组织构成的，决定了其具有优良的综合性能，如高强度、低温高韧性、耐蚀性、对应力腐蚀裂纹不敏感等，且其焊接性能优良，并有竞争力的市场价格。2205型不锈钢约占双相不锈钢产量的80%，被广泛应用于石油、天然气、化工等大型的容器、管道以及造纸、海洋工程等环保控制领域中。鉴此，本文对比了焊条电弧焊（SMAW）和钨极氩弧焊（GTAW）两种焊接方法对2205钢焊接接头力学性能的影响，并采用金相显微镜和扫描电镜（SEM）分析焊接接头的铁素体和奥氏体两相比例及微观结构，以期为2205型双相不锈钢在工程中的应用提供必要的依据。

母材为瑞典Sandvik公司生产SAF2205钢管，规格为Φ168mm×7mm。采用管/管对接单面焊双面成形，开60°V型坡口，钝边1mm,间隙2.5mm。分别采用手工电弧焊（SMAW）和钨极氩弧焊（GTAW）两种方法焊接，其中SMAW选用Φ3.2mm的E22.9.3LR焊条，焊前焊条经350℃×2h烘干，并置于保温桶内；GTAW选用Φ2.0mm的E22.8.3L焊丝。其母材和焊材的化学成分见表1。

表1 母材及焊材的化学成分(质量分数，%)

	C	Si	Mn	P	S	Ni	Cr	Mo	N
SAF2205	0.03	0.50	1.45	0.020	0.010	5.0	22.0	3.2	0.18
E22.9.3LR	0.03	0.93	0.87	0.021	0.011	8.9	22.3	2.9	0.16
E22.8.3 L	0.02	0.50	1.60	0.020	0.012	7.7	22.5	3.0	0.14

焊接时，两种焊接方法均采用多层多道焊，层间温度小于150℃，并均采用钨极惰性气体保护焊焊丝打底，以保证良好的焊道根部，SMAW用手工电弧焊填充盖面，而GTAW采用焊丝填充盖面，保护气体为98%Ar+2%N2。两种焊接方法的工艺参数见表2。焊接接头的金相试样观察面经研磨、抛光后，用85～95℃的8wt%K3Fe(CN)6溶液浸蚀约30s，利用显微镜观察其焊缝、热影响区（HAZ）和母材金相组织。依照标准ASTM/E562-95中网格交点计数法对焊缝区和HAZ进行两相比（α/γ）测定。

表2 SMAW及GTAW焊接工艺参数

焊接方法	焊道	焊接材料	电压/V	电流/A	线能量 /(kJ·cm-1)	焊接速度 /(cm·min-1)	气体流量 /(L·min-1)
SMAW	打底	E22.8.3 L	12	100	5.0	23	4
	填充	E22.9.3LR	25	120	6.3	24	-
	盖面	E22.9.3LR	27	100	6.25	24	-
GTAW	打底	E22.8.3 L	12	100	12	6	4
	填充	E22.8.3 L	12	110	8.28	10	4
	盖面	E22.8.3 L	12	120	9.6	9	4

GTAW和SMAW两种焊接方法所得金相比例(α/γ)都满足单相占35%～65%的比例，GTAW试样奥氏体相含量较SMAW要多，且在铁素体基体中的分布较均匀。GTAW接头的韧性要明显优于SMAW接头的韧性。GTAW焊接接头的低温韧性优于SMAW焊接接头，但两种焊接方法焊接接头的冲击功均小于母材的冲击功；GTAW较SMAW的焊接接头的硬度小。