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摘 要针对2205不锈钢自身力学性能、结构特点,对2205不锈钢的焊接工艺进行优化,减少焊接过程中热循环对接头的影响.通过对不锈钢焊接接头的力学性能测试,分析不锈钢焊接接头的组织结构.分析结果显示：在2205不锈钢焊接过程中,采用混合气体（氩气+氮气）保护的钨极氩弧焊,可以提高不锈钢接头的力学性能,使其组织结构更加接近母材.
关 键 词不锈钢；焊接工艺；组织结构
中图分类号TG404文献标识码A文章编号1674-6708（2013）96-0161-02
2205是目前应用范围比较广泛的不锈钢材,其具有良好的力学性能和抗腐蚀性能,广泛应用于石油运输、航洋勘探、化学化工、电力发电等领域.焊接作为重要的钢材加工工艺,其对2205不锈钢焊接技术的发展具有十分重要的作用.从2205不锈钢焊接技术的发展速度来看,阻碍不锈钢在焊接工艺发展的主要问题是热影响问题.
在不锈钢焊接过程中,焊接区域处于快速冷却的非平衡状态,冷却后残留过多的铁元素,使得焊接接头的腐蚀倾向比较研究,容易出现裂缝.
在2205不锈钢焊接过程中,合理的焊接工艺可以降低热循环对接头力学性能和组织结构的影响,提高2205不锈钢接头的强度和耐腐蚀性.
因此,本文主要针对2205不锈钢的性能、特点,采用不同的焊接工艺,对不锈钢焊接接头的组织结构和性能进行研究,提高不锈钢焊接的实际应用性.
1实验材料和焊接工艺
1.1实验材料
本文选用瑞典生产的SAF2205不锈钢,运用E2209焊条和ER2209焊丝.2205不锈钢在常温下的力学性能：原材料为瑞典的阿维斯坦公司生产的SAF2205不锈钢材料、焊条为E2209、焊丝为ER2209.
在常温状态下,2205不锈钢的力学性能：屈服强度>550MPa,抗拉强度>750MPa,维氏硬度HV>220.本文选择材料是力学性能如下：抗拉强度等于860MPa,HV等于280[2].
1.2焊接工艺
材料加工成300mm×150mm×6mm,300mm×150mm×8mm两种,并采用IXT-400STG型逆变式手弧焊机进行不2205不锈钢接头焊接.厚度为8mm的材料进行手工电弧焊,厚度为6mm的材料进行钨极气体保护焊[3].
在对2205不锈钢材料进行焊接前,采用丙酮等液体对2205不锈钢材料进行清洗.采用多层多道焊接,保证接头焊透,减少热循环对焊头的影响.
在对每层进行焊接的时,可以对上层焊道进行热处理,使得焊头热区域中的铁元素向奥氏体转变.焊层的稳定应该控制在150摄氏度以下,避免出现脆性相的析出,减少焊接时脆性温度区间的停留时间.
从2205不锈钢焊接工艺的参数中,可以发现GTAW和GTAW*的焊接热输入量相差不大,可以有效降低两种焊接方法因为热输入量所带来的影响.
2结果及分析
2.1拉伸实验
从2205不锈钢焊接接头中取出试样对象,并依据TB4708-2000的标准对其进行拉伸试验.每种测试试样多要进行5种以上的拉伸试验,其中GTAW,GTAW*,AW焊接工艺的抗拉伸强度为标838.4,884.7,824.7MPa.从焊接接头断裂位置来看,断裂位置集中在热影响区、母材区和焊接缝区.由此可知,2205不锈钢具有很强的力学性能,这主要归咎于其特殊的化学成分和合理的元素比例.
相对于其他钢材来说,2205不锈钢具有良好的导热性,抗热膨胀性,所以其不会产生过大的残余应力,有效防止热裂纹的出现.焊接接头残余应力受焊接线能量变化的影响不大,同时多层焊接又可以减少接头的残余应力.
当铁元素的体积分数小于1/2,接头焊缝可以避免氢元素导致裂纹.当焊接接头中的铁素体积分数大于1/2,那么铁元素体积与氢致裂纹之间呈现正相关.
当氮的质量超过0.2%时,在氮元素间隙固溶的作用下奥氏体的强度大于铁素体.氮元素的间隙固溶作用分布于奥氏体内,可以有效地提高焊接接头的强度,弥补不锈钢因为碳含量低而造成强度不够的不足.
当氮含量每增加0.1%,不锈钢材料的屈服度就可以提高10MPa.在焊接过程中增加氮气,可以保持两相的平衡,提高2205不锈钢焊接接头出的力学性能.由于接头受到多次热循环的影响,容易出现铁元素晶体颗粒,影响焊接接头的力学性能.
2.2显微硬度测定
按照HVS-50型数显维氏硬度计对2205不锈钢焊接接头进行硬度测量,其测量条件为100g负荷,测量时间为16s.测量方法：对母材区域、热影响区、焊缝金属区进行分别测量,每次测量3次,计算总次数的平均值.
测量结果显示：氮在金属中起到了碳元素的用,两者的有效结合可以避免出现低碳导致的接头软化,又不能出现碳元素过渡导致的接头耐腐蚀性差.
通过能谱分析测得GTAW焊接接头中所含氮的质量为1.83%,这主要归咎于混合气体保护可以提高接头的硬度.保护气体中含有一定的氮气,增加了保护其中氮气的分压,防止氮元素析出.同时,焊接过程中产生的熔池中存在电离的氮气,使得焊接接头可以吸收部分氮元素.通过电离方式可以获得0.1%氮元素.通过拉伸结果显示,GTAW接头低于GTAW*接头的抗拉强度,但其硬度却高于GTAW*接头,这主要归咎于氮元素对接头的强化作用.
3结论
1）不锈钢在焊接过程中,采用混合气体（氩气+氮气）,并利用纯氩保护钨极氩弧焊的焊接工艺,减少热循环对2205焊接接头的影响,使得2205不锈钢焊接接头处出现保奥氏体和铁素体双相金属.通过对2205不锈钢焊接接头进行力学性能测试,发现GTAW和GTAW*焊接工艺可以提高焊接接头的抗拉强度.通过对2005不锈钢焊接接头进行电子扫描,可以发展采用混合气体保护焊接工艺,可以焊接接头具有韧性断裂的特性；
2）通过混合气体保护氩弧焊,即氩气+氮气保护氩弧焊,可以使得不锈钢焊接接头具有合理的相比例,焊接缝隙金属中的奥氏体相与母材中的奥氏体差别不大.焊接过程中比较难控制的热影响区中的奥氏体的含量为44.5%,并均匀地分布于不锈钢的铁素体中,其中晶体颗粒的大小与母材类似,所以不锈钢接头性能有很大提高；
3）尽管GTAW不锈铁接头与GTAW*不锈钢接头在抗拉强度方面类似,但是在硬度指标,抗弯强度,冲击韧性方面,前者都优于后者.