304不銹鋼P(yáng)AW+GTAW組合焊接頭組織性能及應(yīng)變強(qiáng)化特性.pdf

1、奧氏體不銹鋼具有良好的耐蝕性和低溫韌性等，被應(yīng)用于石化管道、核電建設(shè)、船舶及機(jī)械制造等行業(yè)。但其導(dǎo)熱系數(shù)小、線脹系數(shù)大，采用一般電弧焊工藝時(shí)易造成較大殘余應(yīng)力、接頭熱裂紋及晶粒粗化等，厚板件的焊接質(zhì)量問題尤為突出。因此，有必要對(duì)不銹鋼中厚板的高效焊接進(jìn)行深入研究。應(yīng)變強(qiáng)化能提高奧氏體不銹鋼的屈服強(qiáng)度，有節(jié)能降耗的特點(diǎn)，在各類低溫液化氣體的儲(chǔ)運(yùn)容器中有廣泛的應(yīng)用前景。目前，奧氏體不銹鋼應(yīng)變強(qiáng)化的研究主要針對(duì)母材，接頭強(qiáng)化的報(bào)道較少，特別是

2、焊縫、熱影響區(qū)、母材等不同區(qū)域微觀強(qiáng)化效應(yīng)和低溫強(qiáng)韌性的分析不足。
　　本文針對(duì)如何實(shí)現(xiàn)奧氏體不銹鋼中厚板的高效焊接及接頭應(yīng)變強(qiáng)化后的低溫強(qiáng)韌性等問題進(jìn)行了研究。采用不同焊接熱輸入的等離子弧焊和氬弧焊的組合焊方法（PAW+GTAW）對(duì)12mm厚304不銹鋼板進(jìn)行直Y坡口對(duì)接試驗(yàn)，并對(duì)接頭進(jìn)行室溫9％預(yù)拉伸強(qiáng)化試驗(yàn)。通過組合焊接頭組織性能的分析，建立焊接熱輸入與組織、拉伸、沖擊及耐蝕性之間的內(nèi)在聯(lián)系;利用預(yù)拉伸強(qiáng)化試驗(yàn)探討應(yīng)變量對(duì)接

3、頭組織、強(qiáng)度及-196℃低溫沖擊韌性的影響，并分析低溫沖擊后試樣的顯微組織變化和顯微硬度分布。
　　304不銹鋼P(yáng)AW+GTAW組合焊工藝試驗(yàn)表明，焊縫截面呈T字型。焊縫組織是奧氏體與鐵素體，存在骨骼狀及板條狀的6-鐵素體。熱影響區(qū)由奧氏體和短板狀鐵素體組成，鐵素體沿晶界自熔合區(qū)向母材延伸生長(zhǎng)。隨焊接熱輸入(20.0～24.2kJ/cm)的增加，焊縫枝晶方向性更明顯，枝晶大小及間距變化不大;焊道交界區(qū)的羽毛狀鐵素體消失，析出細(xì)長(zhǎng)條

4、狀的奧氏體;組合焊接頭顯微硬度從焊縫中心向母材鋸齒狀遞減，22.5kJ/cm熱輸入時(shí)最高;接頭室溫抗拉強(qiáng)度由700MPa增至709MPa;焊縫室溫沖擊吸收功由281J降至269J，熱影響區(qū)表現(xiàn)不同，最小值接近母材205J。GTAW側(cè)焊縫的耐蝕性最優(yōu)，熱影響區(qū)最差;PAW側(cè)焊縫的耐蝕性隨熱輸入的增加而略增加。
　　焊接熱輸入為21.7kJ/cm的組合焊接頭經(jīng)9％預(yù)拉伸應(yīng)變強(qiáng)化試驗(yàn)表明，接頭各區(qū)域的形變率呈非均質(zhì)變化，焊縫約4％～5％

5、，熱影響區(qū)約12％。應(yīng)變強(qiáng)化接頭焊縫晶粒細(xì)化，熱影響區(qū)生成少量形變馬氏體。應(yīng)變強(qiáng)化接頭焊縫顯微硬度較未強(qiáng)化的降低，熱影響區(qū)及母材提高，即應(yīng)變強(qiáng)化使接頭顯微硬度的分布均勻化。應(yīng)變強(qiáng)化接頭室溫抗拉強(qiáng)度是804MPa，比未強(qiáng)化提高100MPa;強(qiáng)化接頭-196℃低溫抗拉強(qiáng)度為1677MPa，是強(qiáng)化接頭室溫值的兩倍多。應(yīng)變強(qiáng)化接頭焊縫-196℃低溫沖擊吸收功比未強(qiáng)化的降低21J，熱影響區(qū)降低31J。應(yīng)變強(qiáng)化不僅能提高組合焊接頭的強(qiáng)度，還能保持良

6、好的低溫韌性。
　　由應(yīng)變強(qiáng)化接頭20℃室溫、-196℃低溫沖擊和拉伸斷口的形貌分析知，焊縫低溫沖擊斷口以大韌窩為主，韌窩較淺，存在二次裂紋，熱影響區(qū)有臺(tái)階及河流花樣。即應(yīng)變強(qiáng)化降低了接頭的低溫韌性，斷裂機(jī)制由韌窩向韌窩+解理轉(zhuǎn)變。應(yīng)變強(qiáng)化接頭室溫拉伸斷口有頸縮現(xiàn)象，低溫?cái)嗫谄教?，且隨拉伸試驗(yàn)溫度的降低，韌窩深度和尺寸均隨之減小。
　　304不銹鋼母材、組合焊接頭及應(yīng)變強(qiáng)化接頭經(jīng)-196℃低溫沖擊試驗(yàn)后的組織分析表明，焊縫無(wú)