焊接工艺对2205不锈钢焊接接头组织与力学性能影响研究

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1、焊接工艺对2205不锈钢焊接接头组织与力学性能影响研究　　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）96-0161-022205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

2、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。6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

3、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=860MPa，HV=280[2]。1.2焊接工艺材料加工成300mm×150mm×6mm，300mm×150mm×8mm两种，并采用

4、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]。6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

5、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*，SMAW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

6、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。6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

7、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%，6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。