2205双相不锈钢和304不锈钢及Q235A碳钢焊接方法及异种接头分析
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发布时间：2022-11-30 08:59
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时间：2023-11-03 01:35
系统分析了在不同工艺条件下获得接头的微观组织结构，并对焊接接头的力学性能和抗腐蚀性能进行了评价。试验研究中取得的主要成果和结论如下：
（1）异种接头界面微观分析表明，对于2205双相不锈钢和304不锈钢接头，在焊缝与母材304不锈钢的界面，存在一个宽度大约为70~120um 的过渡区，过渡区的组织形貌为细小的铁素体(α)呈不连续且无方向性地分布在奥氏体(γ)基体上，形成α+ γ双相组织。合金元素在整个熔合区都是均匀分布，并未发现有明显的偏聚现象。而在2205双相不锈钢与焊缝的界面，双相不锈钢侧热影响区的宽度较窄，约为200~500μm，奥氏体主要以条块状、细小的块状断续、独立地分布在铁素体晶界和晶内。金相显微镜观察发现，接头热影响区中奥氏体相的含量要低于2205双相不锈钢母材，采用网格法测得三种接头热影响区中奥氏体相含量分别为44.5%，42.7%，43.6%，虽然热影响区中奥氏体相的含量较母材中有所减少，但是热影响区中的双相比例仍控制在所要求的范围内，能够满足对接头显微组织的要求；对于2205双相不锈钢/Q235A碳钢接头，在接头Q235A-WM界面，由于焊缝金属和Q235A钢中含碳量和合金元素不同，引起碳原子的扩散，在熔合线附近的Q235A碳钢一侧形成了铁素体的脱碳层而软化，而在不锈钢焊缝一侧则形成了硬度较高的黑色增碳层。通过对该界面进行元素线扫描分析发现，Cr、Ni等合金元素的浓度在熔合区发生了明显的变化，即在靠近熔合线处突然降低，在该区域内呈梯度变化，但并未出现合金元素偏聚现象。
（2）金相组织分析表明，接头焊缝金属都是由奥氏体相(γ) 和铁素体相(α)双相组成。采用网格法测得双相不锈钢与304不锈钢的接头焊缝组织中的奥氏体相含量分别64.3%、67.5%、65.1%，保证了获得接头具有较好的塑韧性。测得双相不锈钢与Q235A接头焊缝组织中的铁素体相含量分别为32.8%、37.3%，基本符合焊缝组织对铁素体相含量的要求。对接头焊缝金属进行X射线衍射分析，结果表明，获得的接头焊缝相结构组成均为铁素体相和奥氏体相，并未发现有M23C6、Cr2N和M等有害相在接头中生成。进一步的透射电镜观察显示，接头组织中存在有大量的位错型胞状亚结构，位错的产生、滑移运动、位错塞积等微观亚结构使焊接接头的强度、硬度和韧性在一定程度上有所提高。
（3）拉伸实验表明，接头拉伸断裂位置均发生在强度相对较低的304不锈钢母材侧和Q235A母材一侧，表明接头完全能够满足工程结构对其强度要求。对拉伸断口进行扫描电镜分析，其扫描形貌均为典型的等轴状韧窝断口，呈韧性断裂特征。异种接头不同区域的显微硬度测试结果表明，在本文中工艺条件下所获得的接头硬度分布变化规律基本一致，对于2205/304接头，在2205-WM界面，热影响区的硬度值高于焊缝金属与母材；对304-WM界面来说，304母材侧熔合区的硬度值突升，最高达252HV，这是因为过渡层的组织细小，且无方向性，因此较母材和焊缝金属的硬度值要高。对2205双相不锈钢和Q235A碳钢接头的显微硬度测试表明，在Q235A-WM界面，整体而言焊缝金属的硬度值逐渐升高，并且在焊缝金属侧熔合区的显微硬度值最高，这是由于碳元素发生迁移的结果。
（4）采用化学浸泡法测试2205双相不锈钢与304奥氏体不锈钢焊接接头的耐点蚀性能，结果表明，在6%FeCl3+H2O和6%FeCl3+12.5%HCl+H2O溶液腐蚀条件下，几种接头试样的焊缝表面均未观察到点蚀坑的存在，表明获得接头具有良好的耐点腐蚀性能。但在6%FeCl3+25%HCl+H2O溶液腐蚀条件下，三种接头均存在不同程度的腐蚀现象，相比较而言，其中接头A的腐蚀速率较小，说明采用ER2209焊丝钨极氩弧焊获得的接头具有较好的耐点蚀性能。采用电化学腐蚀方法对接头的耐蚀性进行分析，动电位极化试验结果表明，在3.5%NaCl溶液中，母材及接头的抗腐蚀能力由大到小的顺序为：2205双相不锈钢母材 > 接头A > 接头C > 接头B > 304母材。采用交流阻抗（EIS）技术对母材和焊缝表面的阻抗进行测试，获得的结果与极化试验结果相一致，表明采用ER2209焊丝钨极氩弧焊获得接头具有较好的耐腐蚀性能。
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