S22053双相不锈钢等离...焊接接头的力学性能与耐蚀性_唐威.pdf

试验研究D O I:1 0.1 1 9 7 3/f s y f h-2 0 2 2 1 2 0 0 8S 2 2 0 5 3双相不锈钢等离子弧焊焊接接头的力学性能与耐蚀性唐 威1,郑 峰2(1.山西机电职业技术学院,长治 0 4 6 0 1 1;2.西安工业大学材料与化工学院,西安 7 2 0 0 2 1)摘 要:采用等离子弧焊(P AW)深熔焊工艺对1 0 mm厚的S 2 2 0 5 3双相不锈钢进行了焊接,采用显微组织观察、力学性能试验和腐蚀试验,研究了S 2 2 0 5 3双相不锈钢焊接接头的力学性能和耐蚀性。结果表明:焊接接头的强度达到8 1 4 MP a,焊缝及热影响区的-4 0 冲击吸收功分别为5 8 J和7 2 J;焊缝及热影响区的铁素体体积分数分别为6 9%和6 2%;A S TM A 9 2 3 A法腐蚀测试表明,焊接接头焊缝和热影响区的耐蚀性下降,A S TM A 9 2 3 C法检测表明,其未出现明显的点蚀现象,平均腐蚀速率为2.7 6 1 m g/(d m2d)。结果说明S 2 2 0 5 3双相不锈钢焊接接头具有良好的综合力学性能及耐蚀性,等离子深熔焊可用于S 2 2 0 5 3双相不锈钢的焊接制造。关键词:S 2 2 0 5 3双相不锈钢;等离子弧焊(P AW);显微组织;力学性能;耐蚀性中图分类号:T G 4 0 2 文献标志码:A 文章编号:1 0 0 5-7 4 8 X(2 0 2 2)1 2-0 0 4 8-0 6M e c h a n i c a l P r o p e r t i e s a n d C o r r o s i o n R e s i s t a n c e o f S 2 2 0 5 3 D u p l e x S t a i n l e s s S t e e l W e l d e d J o i n t b y P l a s m a A r c W e l d i n gT ANG W e i1,Z HE NG F e n g2(1.S h a n x i M e c h a n i c a l a n d E l e c t r i c a l V o c a t i o n a l a n d T e c h n i c a l C o l l e g e,C h a n g z h i 0 4 6 0 1 1,C h i n a;2.S c h o o l o f M a t e r i a l s a n d C h e m i c a l E n g i n e e r i n g,X i a n U n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y,X i a n 7 2 0 0 2 1,C h i n a)A b s t r a c t:T h e 1 0 mm t h i c k S 2 2 0 5 3 d u p l e x s t a i n l e s s s t e e l w a s w e l d e d b y p l a s m a a r c w e l d i n g(P AW).T h e m e c h a n i c a l p r o p e r t i e s a n d c o r r o s i o n r e s i s t a n c e o f S 2 2 0 5 3 d u p l e x s t a i n l e s s s t e e l w e l d e d j o i n t w e r e s t u d i e d b y m i c r o s t r u c t u r e o b s e r v a t i o n,m e c h a n i c a l p r o p e r t y t e s t a n d c o r r o s i o n t e s t.T h e r e s u l t s s h o w e d t h a t t h e s t r e n g t h o f w e l d e d j o i n t r e a c h e d 8 1 4 MP a,a n d t h e i m p a c t a b s o r p t i o n e n e r g y a t-4 0 o f w e l d a n d h e a t a f f e c t e d z o n e w a s 5 8 J a n d 7 2 J,r e s p e c t i v e l y.T h e v o l u m e f r a c t i o n o f f e r r i t e i n w e l d a n d h e a t a f f e c t e d z o n e w a s 6 9%a n d 6 2%,r e s p e c t i v e l y.C o r r o s i o n t e s t b y A S TM A 9 2 3 A m e t h o d s h o w e d t h a t t h e c o r r o s i o n r e s i s t a n c e o f w e l d a n d h e a t a f f e c t e d z o n e o f w e l d e d j o i n t d e c r e a s e d.A f t e r t e s t i n g b y A S TM A 9 2 3 C m e t h o d,t h e r e w a s n o o b v i o u s p i t t i n g c o r r o s i o n p h e n o m e n o n,a n d t h e a v e r a g e c o r r o s i o n r a t e w a s 2.7 6 1 m g/(d m2d).T h e r e s u l t s i n d i c a t e d t h a t S 2 2 0 5 3 d u p l e x s t a i n l e s s s t e e l w e l d e d j o i n t h a d g o o d c o m p r e h e n s i v e m e c h a n i c a l p r o p e r t i e s a n d c o r r o s i o n r e s i s t a n c e,a n d p l a s m a d e e p p e n e t r a t i o n w e l d i n g c o u l d b e u s e d i n t h e w e l d i n g m a n u f a c t u r e o f S 2 2 0 5 3 d u p l e x s t a i n l e s s s t e e l.K e y w o r d s:S 2 2 0 5 3 d u p l e x s t a i n l e s s s t e e l;p l a s m a a r c w e l d i n g(P AW);m i c r o s t r u c t u r e;m e c h a n i c a l p r o p e r t y;c o r r o s i o n r e s i s t a n c e p r o p e r t y 双相不锈钢是指室温下组织中大约含有5 0%铁素体和5 0%奥氏体的钢种1,该钢种自2 0世纪7 0年代研发成功后,在2 0世纪8 0年代之后发展迅速。为满足苛刻的工作环境要求,双相不锈钢在材料设计和可焊性方面均得到了显著提升2-3。由于收稿日期:2 0 2 1-0 3-0 1通信作者:唐 威(1 9 7 6-),副教授,硕士,主要从事焊接技术与工艺研究工作,1 3 4 0 3 5 5 7 2 0 9,t a n g w e i s x j d 1 6 3.c o m双相不锈钢具有双相组织,相比传统的奥氏体不锈钢具有更高的抗点蚀性能4。双相不锈钢在很多领域已逐渐替代传统的奥氏体不锈钢,成为应对腐蚀工况苛刻环境的理想材料5。焊接是双相不锈钢设备的重要加工手段,双相不锈钢的焊接接头性能取决于相的平衡,同时也受二次相的影响6-8。对于常规的电弧焊接方法,通常采用高镍的焊接材料,同时通过减小焊接热输入来84第4 3卷 第1 2期2 0 2 2年1 2月腐蚀与防护C O R R O S I ON&P R O T E C T I ONV o l.4 3 N o.1 2D e c e m b e r 2 0 2 2保证接头质量。国内外关于双相不锈钢焊接方面的研究报道较多,既有使用普通电弧焊接方法(如焊条电弧焊、钨极氩弧焊、药芯焊丝电弧焊、埋弧焊)的研究9-1 2,也有使用胶结点焊方法的报道1 3。焊接生产效率一直是焊接制造业的关键问题,随着双相不锈钢需求的增加,其焊接效率就变得更加重要。电子束焊、激光焊以及复合焊等高能束焊均能够提高焊接效率,但值得注意的是,这类焊接热源往往冷却速率较快,会增加显微组织不平衡的风险。等离子弧焊是依靠喷嘴小孔压缩电弧的高能束焊接方法,其焊枪通过特殊的设计将焊接电弧拘束在小范围区域,从而实现更快的焊接速率和更高的焊缝深宽比,减小焊接热影响区尺寸,并且其冷却速率相比电子束焊、激光焊的较低。因此,等离子弧焊接既能够提高焊接效率,又能够降低组织不平衡的风险,是理想、高效的焊接方法,已被广泛应用于不锈钢的焊接制造领域。目前,关于等离子弧焊在双相不锈钢的焊接制造方面的研究较少,相应的力学性能数据和耐蚀性尚没有足够的数据支撑。本工作以S 2 2 0 5 3双相不锈钢为研究对象,采用等离子弧焊深熔焊工艺对其进行了焊接,并对焊接接头的显微组织、力学性能、耐蚀性进行了分析,以期为等离子弧焊在双相不锈钢焊接制造领域的推广应用提供数据参考。1 试验试验用母材选用1 0 mm厚的S 2 2 0 5 3双相不锈钢板,其化学成分如表1所示。表1 S 2 2 0 5 3双相不锈钢的化学成分T a b.1 C h e m i c a l c o m p o s i t i o n o f S 2 2 0 5 3 d u p l e x s t a i n l e s s s t e e l%wCwN iwNwC rwM ow其他wF e0.0 1 35.5 40.1 62 2.6 03.1 11.9 6余量焊接前,将焊接试板加工成尺寸为5 0 0 mm1 5 0 mm的试样,焊接试板长度边缘直接铣平,无需开坡口,使用丙酮清洗后直接点焊组对,装配在固定夹具内,焊接方法选用小孔型等离子弧焊工艺,焊接工艺见表2。表2 等离子弧焊工艺参数T a b.2 P l a s m a a r c w e l d i n g p r o c e s s p a r a m e t e r s峰值电流Ia/A焊接电压U/V焊接速率v/(mmm i n-1)喷嘴直径dp/mm离子气流量LP/(Lm i n-1)钨极内缩量ds/m i n保护气体钨极直径/(d Wmm-1)保护气流量L/(Lm i n-1)2 2 03 2.51 8 037.02.5A r42 0 焊接后,依据N B/T 4 7 0 1 4-2 0 1 1 承压设备焊接工艺评定 标准,进行1 0 0%焊缝射线检测,检查无缺陷后按照标准规定,制备拉伸、弯曲、冲击试样(尺寸为5 5 mm1 0 mm7.5 mm)和金相试样,并进行常温拉伸、常温弯曲、-4 0 冲击、HV 1硬度检测试验,采用扫描电镜对冲击试样断口进行观察,全面考察焊接接头的力学性能。金相试样经研磨抛光后,采用偏重亚硫酸钠盐酸水溶液进行腐蚀,采用体视显微镜和金相显微镜对焊接接头的宏观形貌和显微组织进行观察,依据G B/