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不同焊条对双相不锈钢焊接接头微观组织的影响
发布者: 发布时间:2020/7/20 阅读:353

 轧制态的双相不锈钢中奥氏体相呈长条状均匀分布在铁素体基体中,两相占比约为1:1,这样的组织形态分布及含量比例保证双相不锈钢具有优异的力学性能和耐腐蚀性能,所以焊接过程中确保接头各区域得到铁奥两相合理比例变得非常重要。不同焊条中铬、镍等合金元素含量差异会对奥氏体相析出产生影响,此外焊接热输入对焊缝及热影响区奥氏体相析出也有很大影响。焊接时,如果选用的热输入较低,那么接头奥氏体相就不会有足够的时间析出,造成接头各区域产生较多的铁素体相,从而降低焊接接头性能;而热输入较高时,就会降低冷却速度,使冷却时间延长,这可能使接头析出有害次生相,尤其危害最大的相,所以需要选择合适的焊接热输入。

 

 浙江宏盛特钢有限公司主要对不同焊条、不同焊接位置以及不同热输入下焊接接头微观组织进行研究分析。对接头进行金相观察、EDS测试以及焊缝区X射线衍射试验,通过这些数据来分析焊条、热输入对接头微观组织的影响。通过两种焊条合金元素含量的差异,可以研究焊材中合金元素对接头焊缝区两相组织分布的影响规律;研究焊接热输入的异同,就可以研究合金元素在热循环作用下扩散迁移的规律,以及对接头各区域两相组织分布的影响。焊接热输入作为接头微观组织成型最重要的影响因素,研究热输入在不同焊条、不同位置下对接头两相比的影响规律显得尤为重要,通过对比分析以得到焊条、焊接位置与焊接工艺参数的最佳匹配,从而保证接头得到合理的两相比例。


 
 焊接完成后对得到的接头首先检测其是否存在缺陷。对于焊接缺陷的认知可从两方面入手观察:


 
 1. 宏观观察

 

   表面可直接观察得出的缺陷可以分为裂纹、未熔合、未焊透、夹渣、气孔、飞溅、麻点等。其中危害最大的是焊接裂纹,裂纹分多种,但都是在接头内部首先出现裂纹源,这些缝隙随着焊缝内部的应力作用而不断扩展直至在表面出现裂纹。冶金方面磷、硫等有害合金元素会导致接头产生热裂纹,接头随着冷却,热裂纹即会表现出来,然而力学方面的因素却并不容易直接体现,快热快冷作用下接头会产生不均匀分布的的组织,造成接头存在复杂应力状态。这种复杂应力状态会随着时间逐渐体现,危害较大。

 

 2. 微观观察

 

   通过微观组织观测,可以检测接头截面中是否存在点缺陷,线缺陷以及面缺陷。微观缺陷不易通过表面直接观察得到,这些缺陷往往会随着焊件使用而逐渐发展成为宏观缺陷,隐患较大。


 
   图为焊接完成后接头宏观形貌图,从图中可看到接头宏观没有出现咬边、未焊透、气孔、夹渣等缺陷。根据宏观金相图还可看出接头角变形的程度,试样采用平焊刚性固定,焊缝两侧的母材基本保持平直,角变形量可忽略,而试样采用平焊位置,板材焊接时处于自由态,在焊接热循环的作用下由于坡口缘故,板材上下表面冷热收缩不均,导致板材向上翘起呈“V”字型,形成焊接变形,后边章节会讨论焊接变形矫正问题。

 

 3. 接头合金元素与相变分析

 

  从图中可以看出Cr/Ni为2.0-3.0时为双相不锈钢。结合试验可知沿着焊缝往外其对应相变温度逐渐降低,接头经过相变后依次会形成焊缝区、熔合区、高温热影响区、低温热影响区以及母材等区域。其中热影响区由于距离熔合线的远近不同而分为高温热影响区和低温热影响区两个部分。

 

  跟据相图可以看到温度降低时首先从液态中析出高温铁素体δ。焊缝区的热循环最高温度将近3000°C,组织全部溶解为液态,由于合金元素的添加,且温度在相变以上时间极短,这些液态中的合金元素并未有充分的时间均匀扩散,但是随着冷却铁素体化元素铬、钼和奥氏体化元素镍、碳、氮仍会分别迁移偏聚。铁素体从液态析出后晶粒粗大,晶界也无序,这些交错杂乱的晶界阻止了奥氏体晶粒继续长大,打乱了奥氏体晶粒的方向性,增加了晶界面积。奥氏体化元素在铁素体晶界偏聚,冷却过程中,铁素体晶界达到形核条件就会析出奥氏体晶核,奥氏体晶粒形核后会沿着铁素体晶界迅速长大呈细长的针状或柱状,如果冷却时间足够长,这些条状的奥氏体晶粒就会在铁素体晶界连接成网状,条状的奥氏体晶粒连贯形成闭合的环状,这些封闭的环就能表征铁素体晶粒的形貌。热影响区中只有高温热影响区的组织达到的最高温度能够超过As线,从而发生相变,相变前后并不平衡,导致两相含量差距显著。
 

 

 

 
 

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