研究了各種氬弧焊工藝參數(shù)對(duì)304L不銹鋼管焊縫成形的影響，分析了焊縫的顯微組織，測(cè)試了焊縫的力學(xué)性能。結(jié)果是對(duì)焊時(shí)焊接電流為50A時(shí)，焊縫成形較好，焊縫結(jié)構(gòu)為柱狀晶，熱影響區(qū)結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，焊縫強(qiáng)度和硬度為拉伸斷裂基材的位置。

自上世紀(jì)初發(fā)明不銹鋼管以來，其優(yōu)異的耐腐蝕性能在經(jīng)濟(jì)建設(shè)中發(fā)揮了舉足輕重的作用，包括船舶、汽車、汽車、航空航天、橋梁、建筑、壓力容器、儲(chǔ)罐和工程機(jī)械等。管道和家用電器等行業(yè)。在不銹鋼管的加工工藝中，焊接是最重要也是必不可少的加工工藝。焊接件的數(shù)量、品種和規(guī)格不斷增加，對(duì)焊接技術(shù)和質(zhì)量的要求也越來越高。此外，隨著技術(shù)的引進(jìn)，國(guó)外不銹鋼管品種和牌號(hào)、焊接新材料、焊接新工藝、焊接新工藝在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上逐漸增多，因此也提出了很多國(guó)內(nèi)焊接技術(shù)人員。鎢極電弧焊因其焊接質(zhì)量好、無飛濺而備受關(guān)注。準(zhǔn)確合理地選擇工藝參數(shù)是最大限度提高設(shè)備效率、防止焊接缺陷、保證焊接質(zhì)量的重要因素。所以它被廣泛用于焊接不銹鋼管。

本文研究了不同焊接工藝中焊縫的形成，觀察了焊縫的顯微組織，同時(shí)研究了焊縫的力學(xué)性能。

1 試驗(yàn)設(shè)備和方法

測(cè)試中使用的焊機(jī)為WSE-200交直流焊機(jī)，在電源外具有突降特性。電極采用直徑1mm的鈰鎢電極，氬氣流量為10L/min，具有層流保護(hù)。試驗(yàn)采用填絲法，所用焊絲為直徑2mm的H0Cr19Ni9Ti不銹鋼管焊絲。試板為304L不銹鋼管，尺寸為100mm100mm2mm和50mm200mm2mm。焊前必須將試板表面打磨干凈，防止銹蝕和油污影響焊縫質(zhì)量。

焊接后，用維氏硬度計(jì)測(cè)量不同零件的硬度，用光學(xué)顯微鏡觀察結(jié)構(gòu)，用拉伸試驗(yàn)機(jī)測(cè)試焊接試樣的力學(xué)性能。

2 測(cè)試結(jié)果與討論

2.1 焊接工藝參數(shù)對(duì)焊縫形成的影響

本試驗(yàn)采用平面焊和工字槽對(duì)焊，電弧電壓為11V，平面操作焊接電流為30A和36A，對(duì)焊焊接電流為50A和60A。焊接后的焊縫形狀見如圖1。

如圖1所示，可以看出，在焊接平面時(shí)，焊接電流為36A時(shí)，焊接成型更美觀，焊接電流為30A時(shí)。焊縫均勻，呈波紋狀，焊縫長(zhǎng)這樣：更好的。如果對(duì)焊的焊接電流為50A，焊縫比60A的焊接電流更美觀，焊縫更均勻。當(dāng)焊接電流增大時(shí)，流入母材的熱量增加，母材的熔化速度增加，在相同的焊接速度下容易出現(xiàn)熔深等焊接缺陷。

焊透直接影響焊縫的承載能力。焊縫成形系數(shù)是標(biāo)準(zhǔn)焊縫的重要參數(shù)。焊縫成形因子的大小影響熔池脫氣的難易程度、熔體的結(jié)晶方向。分離的嚴(yán)重程度，焊縫的形成系數(shù)越大，焊縫發(fā)生熱裂紋的趨勢(shì)就越小。未熔合、咬邊和層間夾渣等缺陷較少?？梢愿菀椎乜刂坪缚p成形性能。如表1所示，平面焊的焊接電流為30A，對(duì)焊的焊接電流為50A時(shí)，焊縫形成系數(shù)較大，焊縫不易夾雜。氣孔和熔渣。

2.2 焊縫結(jié)構(gòu)及形狀分析

基材為304L不銹鋼管，即0Cr18Ni9，金相組織見如圖2。由于Cr含量高，304L不銹鋼管在常溫下為奧氏體不銹鋼管，基體為奧氏體雙晶和少量碳化物。

焊接工藝同“特殊熱處理工藝”。由于距熔池的距離不同，焊縫和熱影響區(qū)被加熱到不同的溫度。焊后冷卻時(shí)，按以下溫度冷卻：不同的冷卻速度使組織復(fù)雜化。

通過切割、研磨、拋光、腐蝕和其他步驟從焊接區(qū)制備金相樣品。光鏡下觀察到的組織形態(tài)見如圖3。

在圖3 中，母材為奧氏體組織，焊縫區(qū)為柱狀結(jié)構(gòu)，含有一些碳化物。焊縫呈柱狀結(jié)構(gòu)主要是因?yàn)楹缚p的結(jié)晶從熔池底壁向中心生長(zhǎng)，結(jié)晶過程中各個(gè)方向的散熱速率不同?？焖俸纳⒎较虻木w優(yōu)先沿相反方向生長(zhǎng)成柱狀晶體。焊縫部位主要由奧氏體和少量鐵素體和碳化物組成，高鐵素體含量使組織粗糙。熱效應(yīng)分為熔化區(qū)、過熱區(qū)、再結(jié)晶區(qū)和不完全再結(jié)晶區(qū)。

在焊縫中，從靠近熔合線的區(qū)域到基體結(jié)構(gòu)的過渡就是熔合區(qū)。熔合區(qū)的溫度介于液相線和固相線之間。焊縫和母材會(huì)產(chǎn)生規(guī)則的熔合，因此界面是不均勻的。雖然晶粒很粗，化學(xué)成分和組織很不均勻，冷卻后的組織是過熱奧氏體組織，面積很窄，金屬組織觀察實(shí)際上很難分辨清楚，但強(qiáng)度該區(qū)域的焊縫塑性影響很大，在熔合線附近往往會(huì)產(chǎn)生裂紋和脆性裂紋。

過熱區(qū)也稱為粗晶區(qū)，該區(qū)的溫度范圍從固相線以下到1100。加熱溫度高，金屬過熱，奧氏體晶粒長(zhǎng)大。粗奧氏體以更快的速度冷卻形成特殊結(jié)構(gòu)——-Widmanite 結(jié)構(gòu)。 Widmanite 組織本質(zhì)上是粗大的奧氏體晶粒和先共析鐵素體薄片，這些Widmanite 組織不僅晶粒粗大，而且晶粒中還含有脆性鐵素體薄片。由于表面的原因，韌性低。威曼氏體組織的形成與焊縫熱影響區(qū)的過熱程度有關(guān)，與金屬在高溫下的停留時(shí)間有關(guān)。

再結(jié)晶區(qū)也稱為正火區(qū)或細(xì)晶區(qū)，該區(qū)被加熱到從Ac3峰值溫度到晶粒開始快速生長(zhǎng)之前的溫度范圍的溫度范圍。奧氏體化。奧氏體晶粒在尚未長(zhǎng)大的狀態(tài)下被冷卻，以獲得均勻、精細(xì)、少量的鐵素體+奧氏體組織，相當(dāng)于熱處理中的正火組織。結(jié)構(gòu)、塑性和韌性都比較好，比母材好很多。

不完全再結(jié)晶區(qū)也稱為部分相變區(qū)或不完全再結(jié)晶區(qū)，該區(qū)域加熱至最高溫度Ac1Ac3，低碳鋼約750900，只有一部分金屬發(fā)生再結(jié)晶相變。其余為未發(fā)生相變的原始奧氏體晶粒，因此該區(qū)域是粗細(xì)晶粒混合的區(qū)域。在粗大的原始奧氏體晶粒中，有一組再結(jié)晶的原始細(xì)小鐵素體和奧氏體，由于該區(qū)域晶粒尺寸不均勻，力學(xué)性能也不均勻。

2.3 焊接接頭力學(xué)性能檢測(cè)

2.3.1 焊縫顯微硬度分析

焊縫硬度試驗(yàn)采用維氏顯微硬度計(jì)進(jìn)行，結(jié)果見表2。

焊絲應(yīng)按“等強(qiáng)度匹配原則”選擇。所選焊絲的強(qiáng)度必須大于或等于母材的強(qiáng)度，使焊縫的硬度高于母材的硬度。熱影響區(qū)晶粒面積大，強(qiáng)度低。

2.3.2 拉伸性能測(cè)試

焊后進(jìn)行焊縫拉伸性能試驗(yàn)，按GB/T2649-1989切割試樣，按如圖4和表3制備試樣形狀和尺寸。

將制備好的樣品用拉伸試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，試驗(yàn)所用的最大拉力為3.643 kN，拉伸強(qiáng)度為734.54 MPa。拉伸斷裂部分在母材內(nèi)，說明焊縫的抗拉強(qiáng)度高于母材的抗拉強(qiáng)度，符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

3 結(jié)論

(1)比較不同焊接電流對(duì)焊縫成形的影響。結(jié)果是在對(duì)焊中，焊接電流為50A時(shí)，焊縫成型更美觀，焊縫成型系數(shù)越大，生產(chǎn)缺陷越少。

(2)焊后焊縫顯微組織觀察分析，焊縫為柱狀晶體，熱影響區(qū)顯微組織較為復(fù)雜。

(3)焊縫硬度試驗(yàn)和拉伸力學(xué)性能試驗(yàn)表明，焊縫的強(qiáng)度和硬度均優(yōu)于母材，斷裂位置在母材內(nèi)。