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不同保护气体下双相不锈钢焊接接头属性研究分析

来源:至德钢业 日期:2020-09-23 06:49:31 人气:47

 随着我国现代化建设的大力推进,不锈钢也得到了极大的发展,关于不锈钢焊接的研究也越来越深入。现主要研究不同保护气体下,双相不锈钢焊接接头的各种属性,如其力学性能、组织结构等。实验研究结果表明,使用不同比例的混合气体作为保护气,所得到的焊接接头强度不同,其中使用氩气+25%氮气的混合气体接头强度最高。焊接是一种极其重要的材料连接工艺,由于工业中对不锈钢的具体使用常常需将其进行连接,于是焊接工艺变得十分重要。焊接接头是影响整个材料应用的关键,所以我们有必要研究双相不锈钢的焊接接头属性,比如其组织结构、性能等。本文旨在通过对多种混合保护气体进行实验对比,得到最优保护气体。


一、实验介绍


 1. 实验材料


  本次实验所采用的母材是来自芬兰奥托昆普不锈钢公司的2507超级双相不锈钢,所采用的焊条为E2209、焊丝为ER2209。


 2. 焊接工艺


  实验一:先将母材实验加工成300mm×150mm×6mm及300mm×150mm×8mm两种规格的试样。采用手弧/氩弧焊机进行实验焊接,厚度为8mm的母材试样采用手工电弧焊(SMAW),厚度为6mm的母材试样采用钨极气体保护焊(GTAW)。为了保证焊透,本次实验采用了分层分焊道的方式,从而既保障了焊接接头受热影响区中的铁素体能够有效转化为奥氏体,同时也对上层焊道起到了一定的保护作用。


  实验二:我们研究无缝隙对接时不同保护气体对焊接接头组织耐腐蚀性的影响。


二、实验结果


  1. 力学性能


 a. 硬度测试


  本次实验将测试焊接接头的显微硬度,测量条件为负荷100g、加载时间16秒。依次从母材(PM)一热影响区(HAZ)一焊缝金属(WM)测量,每点测3次,取平均值。由测量结果发现,氮的硬化作用突出表现在双相不锈钢焊接接头上,双相不锈钢硬度很高,并未出现因碳含量低所引起的软化现象。保护气体中含有一部分氮气,增加了保护气体分压,抑制了接头中氮元素析出,不仅如此,熔池还能从电弧解离的氮气中吸收一部分氮元素,通过此方法可以获得0.1%或更多的氮元素。


  b. 拉伸强度


  按照JB4708-2000标准从接头部位截取试样进行拉伸实验,本次实验分为两次进行,并分别得到实验结果:双相不锈钢具有良好的力学性能,这是因为双相不锈钢具有特殊的化学成分以及合理的双相比例,而氮元素的加入更是会产生质的变化。与奥氏体不锈钢相比,双相不锈钢耐腐蚀性能更好、导热性更好、热膨胀系数较小,这样一来,在进行后续焊道处理之后,焊缝中原本存在的铁素体会转化为奥氏体,同时受到热作用的影响,临近焊缝的组织中奥氏体数量会相对增加,从而达到了改善焊接接头整体性能与内部结构组织的目的。


  2. 耐腐蚀性


  a. 耐应力腐蚀


  相对来说,双相不锈钢的屈服强度较高,相应地必须增加表面滑动所需的应力,这也是应力腐蚀性裂纹难以形成的重要原因。另外,双相不锈钢中铬、钼合金元素含量较高,而铬、钼合金元素又能延长孔蚀的衍生期,这样一来,不锈钢的耐腐蚀性就会增强,也不会因为点腐蚀而发展成为应力腐蚀。


  b. 耐点蚀性能


  双相不锈钢中含有铬、钼、氮等元素,这些元素的存在能增大值,提高耐点蚀性能,大大降低点蚀速率。对焊接接头进行腐蚀实验,并采用控制变量的方法,分别对焊后无处理和焊后酸洗的接头进行腐蚀实验,称量实验后的重量减少量并记录腐蚀位置。实验结果表明,当保护气体含有氮气时,腐蚀实验完后接头损失量较大,大于2g/m2;而保护气体纯粹为氩气时,焊接接头金属损失量小。这表明合理控制氮元素含量有利于耐腐蚀性的提高。


  另外,通过对图进行分析我们发现,对于采用3种不同焊接工艺获得的接头热影响区显微组织,GTAW与母材最为接近,奥氏体组织的分布最为均匀,特别是在焊缝处,奥氏体的分布、大小以及数量等等与母材都比较接近。


三、实验讨论


  查资料可知,实验前双相不锈钢拉伸强度为860MPa、硬度HV为280,而经过实验一焊接后接头的抗拉强度及硬度均有了明显的变化,其中经过无保护气体的手工电弧焊和保护气体中无氮气的钨极氩弧焊后,双相不锈钢焊接接头抗拉强度及硬度明显下降,而保护气体含有氮元素的钨极氩弧焊后接头抗拉强度和硬度则上升。这主要是因为氮元素渗透进入接头组织中,平衡了双相比例,硬化了组织。


四、实验结论


  1. 保护气体中有一定量的氮气,可以平衡奥氏体相和铁素体相的比例,并使两相分布均匀,从而获得抗拉强度接近母材的焊接接头。


  2. 要合理控制保护气体中的氮气含量,以提高焊接接头的耐腐蚀性能。


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本文标签:双相不锈钢 

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