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 浙江宏盛特鋼有限公司通過拉伸和維氏硬度測(cè)試以及金相分析，對(duì)8mm厚的310S不銹鋼管焊接接頭的顯微組織和力學(xué)性能進(jìn)行研究。結(jié)果表明：采用準(zhǔn)2.5mmH0Cr26Ni21焊絲進(jìn)行TIG打底焊、準(zhǔn)4mmA402焊條進(jìn)行SWAW填充焊和蓋面焊的焊接接頭性能良好，焊縫區(qū)和熱影響區(qū)硬度都略高于母材；焊縫組織為奧氏體+少量鐵素體組織，熱影響區(qū)為粗大奧氏體組織；拉伸斷裂于母材區(qū)域，為韌性斷裂；并且焊接接頭的抗拉強(qiáng)度高于母材抗拉強(qiáng)度，能達(dá)到560MPa。

 310S不銹鋼管因鉻、鎳的含量較高，具有良好的耐氧化、耐腐蝕性、耐高溫性和高的蠕變強(qiáng)度，常用來制造在腐蝕性強(qiáng)、溫度高條件下工作的管道、閥體、燃?xì)廨啓C(jī)葉片等零部件。但其焊接接頭容易產(chǎn)生熱裂紋、氣孔、晶間腐蝕等[2]問題。本文采用TIG和SMAW兩種焊接方法對(duì)310S不銹鋼管進(jìn)行焊接，通過工藝試驗(yàn)、拉伸、硬度等力學(xué)試驗(yàn)和顯微組織分析等手段研究了其焊接接頭的組織和力學(xué)性能，為材料的實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用提供理論依據(jù)。

一、試驗(yàn)材料與方法

 母材為310S不銹鋼管，供貨狀態(tài)為固溶處理態(tài)，尺寸為內(nèi)壁準(zhǔn)100mm、管長(zhǎng)150mm、壁厚8mm。焊管機(jī)械加工60°V形坡口，清理坡口及附近污染物，然后用丙酮擦洗，再用清水沖凈及機(jī)械方法去除氧化膜。采用準(zhǔn)2.5mmH0Cr26Ni21焊絲進(jìn)行TIG(WSM-400型氬弧焊機(jī))打底焊、準(zhǔn)4mmA402焊條進(jìn)行SWAW填充焊和蓋面焊；試件不預(yù)熱，層間需清渣處理，層間溫度不大于120℃。焊接工藝參數(shù)見表。

 焊后,對(duì)焊接試樣進(jìn)行宏觀檢查和采用XXG-3005型X射線探傷儀進(jìn)行無損探傷；拉伸實(shí)驗(yàn)在WAW-300B試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行；焊接試樣經(jīng)砂紙打磨、拋光和稀釋的王水溶液(HCl:HNO3:H2O=3:1:2)腐蝕后，采用ZEISSAxioLabAlMat型光學(xué)顯微鏡觀察接頭顯微組織，用401MVDTM數(shù)顯顯微硬度計(jì)測(cè)試其硬度；用TescanVEGAII-LMH型掃描電鏡觀察斷口形貌。

二、試驗(yàn)結(jié)果及討論

1. 焊縫外觀與無損檢測(cè)

 宏觀檢查，焊縫成型良好，無咬邊、表面氣孔、裂紋、燒穿、焊瘤和弧坑等缺陷。用X射線進(jìn)行檢測(cè)，焊縫質(zhì)量符合JB/T4730.2-2005的Ⅱ級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。

2. 焊接接頭的顯微硬度

  焊接接頭的顯微硬度分布如圖所示。可見，焊縫區(qū)顯微硬度最高，熱影響區(qū)硬度略高于母材。這主要由于焊絲和焊條的碳、錳、硅等元素含量均高于母材，使得焊縫組織中生成的鐵素體含量增加，而鐵素體屬于脆性相，熱影響區(qū)硬度略低于焊縫主要由于受熱作用晶粒粗大的緣故；而硬度值又高于母材硬度值可能由于溶質(zhì)原子的擴(kuò)散。

3. 焊接接頭的顯微組織

  圖為焊接接頭的顯微組織。手工TIG打底的焊縫中部組織基本上傾向于胞狀組織，這主要由于保護(hù)氣體的冷卻作用，溫度梯度較大，雖受到下道焊縫熱循環(huán)的作用，最終仍得到胞狀組織，而采用SMAW填充得到的焊縫中部組織傾向于柱狀枝晶，這主要是由于310S不銹鋼管導(dǎo)熱系數(shù)小，線膨脹系數(shù)大，焊縫易得到沿?zé)崃鞣较蛲庋由�長(zhǎng)的柱狀晶組織；又因焊縫金屬的合金成分較復(fù)雜，而焊接凝固過程中的成分過冷，δ鐵素體主要分布在樹枝狀?yuàn)W氏體基體的枝晶間；熱影響區(qū)組織亦為奧氏體，但由于過熱和再結(jié)晶等原因其晶粒較粗大，母材區(qū)組織為奧氏體。因此，焊縫組織主要由胞狀和樹枝狀組成的奧氏體和少量鐵素體組織。焊縫金屬中少量的δ鐵素體，既能提高焊縫的抗熱裂性，又能保持較好的耐腐蝕性能。焊縫金屬結(jié)晶以奧氏體開始，由于鉻等鐵素體形成元素的偏析[5]，在奧氏體晶粒邊界生成共晶鐵素體，冷卻到室溫得到的是晶粒中心為奧氏體，而晶粒邊界為分散的球狀或棒狀的共晶鐵素體。

4. 拉伸性能與斷口形貌

   根本拉伸試驗(yàn)結(jié)果可知，3組拉伸試樣全部斷裂于母材基體上；焊接接頭抗拉強(qiáng)度值高于母材抗拉強(qiáng)度值520MPa，說明在上述工藝條件下焊接接頭具有良好的拉伸性能。拉伸斷口具有大而深的韌窩和撕裂棱，表明斷口處材料塑性良好，為韌窩斷裂。

三、結(jié)論

 1. 采用上述焊接工藝、選用準(zhǔn)2.5mmH0Cr26Ni21焊絲和準(zhǔn)4mm A402焊條對(duì)310S不銹鋼管焊接得到的焊縫未發(fā)現(xiàn)裂紋、氣孔等缺陷，焊接性能良好；焊接接頭的強(qiáng)度較高，拉伸試驗(yàn)斷裂部位在母材；焊縫區(qū)和熱影響區(qū)硬度都略高于母材。焊接接頭力學(xué)性能良好，符合相關(guān)規(guī)范要求。

 2. 焊縫區(qū)的顯微組織為胞狀和樹枝狀組成的奧氏體和少量鐵素體組織。熱影響區(qū)的顯微組織仍為奧氏體，但由于過熱和再結(jié)晶等原因其晶粒較粗大；拉伸斷裂于母材基體上，為韌性斷裂。