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俘掳生产应用 锄。 １ Ｃｒ１３与１ Ｃｒｌ８Ｎｉ９Ｔｉ不锈钢焊接 接头组织及性能研究 内蒙古科技大学材料与冶金学院（包头市０１４０１０） 内蒙古工业大学材料科学与工程学院（呼和浩特市０１００５１） 包头钢铁集团公司炼钢厂（０１４０１０） 摘要赵勇桃董俊慧 周军伟 赵莉萍麻永林 通过钨极氩弧焊方法，在一定工艺条件下对１Ｃｒｌ８Ｎｉ９Ｔｉ与１Ｃｒｌ３实施焊接，并采用ＬＯＭ、ＳＥＭ对１Ｃｒｌ３ 马氏体型与１Ｃｒｌ８Ｎｉ９Ｔｉ奥氏体型不锈钢焊接接头进行金相组织、断口形貌观察及分析，利用显微硬度计、电子万能 拉伸机测量了焊接接头的力学性能。结果表明，通过手工钨极氩弧焊，采用直流正接法（焊接电流为８０ Ａ，焊接速 度为１ １０ ｍｍ／ｍｉｎ）能够获得外观平整、组织均匀，力学性能满足要求的焊接接头。 关键词：１Ｃｒｌ３钢１Ｃｒｌ８Ｎｉ９Ｔｉ钢焊接接头组织性能 中图分类号：ＴＧ４０７ ０前 言 的残余应力较大，裂纹倾向很大，焊接性较差［２］。因 此，文中研究了在一定焊接工艺条件下，１ Ｃｒｌ８Ｎｉ９Ｔｉ奥 近年来，随着各类不锈钢在汽车、火车、摩托车和 自行车及生活产品中的广泛应用，使不锈钢的用量大 幅度增加，这对不锈钢材料的焊接技术也提出了更高 的要求¨ 。不同的两种金属焊接在一起时，必定会产 氏体不锈钢与１ Ｃｒｌ３马氏体不锈钢焊接接头的组织及 性能，对１Ｃｒｌ８Ｎｉ９Ｔｉ奥氏体型与１Ｃｒｌ３马氏体型不锈 钢的焊接提供了试验数据。 １ 试验材料与方法 生与母材基体不同的过渡区，由于不同金属在元素性 质、物理性能、化学性能等方面有着显著差异，与同种 材料相比，焊接过程更加复杂。 １．１试验用母材 试验采用１Ｃｒｌ８Ｎｉ９Ｔｉ奥氏体不锈钢与１Ｃｒｌ３马氏 体不锈钢板作母材，其中马氏体不锈钢经过淬火＋高 温回火处理，两块钢板的尺寸（长×宽×高）为２５ ｍｍ ｘ２５ ｍｍ ｘ２ ｍｍ，其化学成分见表１。 奥氏体不锈钢与马氏体不锈钢焊接时，突出的问 题是在马氏体不锈钢一侧焊接接头有淬硬倾向。加之 奥氏体与马氏体钢各自的膨胀系数相差较大，焊接区 表１试验材料的化学成分（质量分数。％） １．２试验用焊接材料 密、性能良好、焊缝外观美观的焊接接头。而且钨极氩 弧焊选用氩气保护，保护效果良好，特别是适合于 ６ ｍｍ以下厚度材料的焊接。试验采用手工钨极氩弧焊 试验选用较高铬镍含量的１Ｃｒｌ８Ｎｉ９Ｔｉ奥氏体不锈 钢焊丝，以防止由于母材的稀释在焊缝中产生过多的 马氏体。 １．３焊接工艺的制定 （直流正接）。焊接工艺参数见表２。 １．４试验方法 采用钨极氩弧焊时，焊接易操作，能得到组织致 收稿日期：２００７—０９—３０ ５６ ２００８年第２期 试验采用ＺＥＩＳＳ蔡司光学显微镜观察焊接接头的 金相组织；ＬＥＩＣＡ显微硬度计测定焊接接头的显微硬 度；把焊接接头、两种母材分别制成拉伸的标样 维普资讯 http://www.cqvip.com
生产应用ｒ蜉掳 表２焊接工艺参数 （ＧＢ２９７５－－８２），利用ＣＳＳ一８８５００万能拉伸机测量焊 接接头的力学性能，并通过ＱＵＡＮＴＡ ４００扫描电镜观 察焊接接头的断口形貌。 ２试验结果及分析 ２．１试验母材的显微组织 对原始状态下的１Ｃｒｌ８Ｎｉ９Ｔｉ奥氏体不锈钢与 １ Ｃｒｌ３马氏体不锈钢进行显微组织观察，其结果如图１ 所示： （ａ）１Ｃｒｌ３马氏体不锈钢 （ｂ）１Ｃｒｌ８Ｎｉ９Ｔｉ奥氏体不锈钢 图１ 不锈钢母材的金相组织 由图１ａ可以看出，经过淬火＋高温回火处理的 １Ｃｒｌ３马氏体不锈钢为回火索氏体组织，组织中的马氏 体还保留着马氏体板条的特征，属于正常调质组织ｌ３ ； 由图１ｂ可以看出，１Ｃｒｌ８Ｎｉ９Ｔｉ奥氏体不锈钢母材的晶 粒基本为等轴晶，平均晶粒度约１５ Ｉｘｍ，组织中的内部 亚结构为孪晶。使用状态下的１Ｃｒｌ８Ｎｉ９Ｔｉ奥氏体不锈 钢母材经过１ ０５０—１ １００ ｃＣ固溶处理，室温组织是单 相的奥氏体组织。 ２．２焊接接头组织观察及分析 对采用上述焊接工艺焊接的异种不锈钢焊接接头 进行宏观观察，焊接接头的外观没有裂纹、咬边、下塌 等缺陷，焊缝纹路整齐，外观平整。对焊接接头进行显 微组织观察，如图２所示： 图２ １Ｃｒｌ８Ｎｉ９Ｔｉ奥氏体不锈钢和１Ｃｒｌ３马氏体 不锈钢焊接接头焊缝组织 由图２可以看出，在靠近奥氏体区，焊缝金属从熔 融液态冷却时，虽然含有很高的铬，但因为镍的含量也 高，镍是扩大奥氏体区的元素，所以在靠近奥氏体一侧 的焊缝区得到奥氏体组织，甚至在室温都保持奥氏体 组织。在马氏体一侧，马氏体不锈钢含铬量高，淬透性 好，在焊缝金属从液态降温时，越接近母材，冷却速度 越快，空冷时形成了马氏体组织。在焊接接头的熔合 区得到典型的柱状凝固组织。 ２．３断口ＳＥＭ观察及分析 把焊接接头制成拉伸试件，进行拉伸试验，并对拉 伸断口进行扫描电镜观察，如图３所示。 图３ａ为１Ｃｒｌ８Ｎｉ９Ｔｉ奥氏体不锈钢母材拉伸断口 微观形貌照片。可见，母材拉伸微观断口为韧窝和撕 裂棱混合型韧性断Ｅｌ＿４ Ｊ。从断Ｅｌ的形貌看出有共晶界 的存在，在奥氏体母材中存在孪晶，这与金相显微镜组 织观察相吻合。图３ｂ为１Ｃｒｌ３马氏体不锈钢母材拉 伸断口微观形貌照片，从断口形貌上看，拉伸断裂属于 韧性断裂，断口中韧窝小且多。图３ｃ为１Ｃｒｌ８Ｎｉ９Ｔｉ奥 氏体不锈钢和１ Ｃｒｌ３马氏体不锈钢焊接接头拉伸断口 微观形貌照片，断裂的部位在奥氏体不锈钢一侧的热 ２００８年第２期 ５７ 维普资讯 http://www.cqvip.com 俘慈生产应用 ． 影响区，部分韧窝较粗大，并且韧窝和撕裂棱混合共 存，但撕裂棱在断口中所占的比例较小，仍属于韧性断 裂。 （ａ）１Ｃｒｌ８Ｎｉ９Ｔｉ不锈钢母材 （ｂ）１Ｃｒｌ３不锈钢母材 （ｃ）１Ｃｒｌ８ＮｉｇＴｉ和ｌＣｒｌ３焊接接头 图３断口ＳＥＭ形貌 ３焊接接头的力学性能 ３．１ 焊接接头的显微硬度 为对比母材基体与焊接接头的力学性能，对焊接 接头整体区域进行显微硬度测定，以焊缝中心为坐标 原点，两边对称取硬度点，直到进入两边相应的母材 区，测定的硬度曲线如图４所示。 由图４可知，在母材一热影响区一焊缝区域显微 硬度呈波动式变化，且在焊缝和两侧热影响区交界部 分显微硬度分别达到峰值，原因是马氏体不锈钢母材 经过７５０℃回火处理，得到回火索氏体组织，母材的硬 ５８ ２００８年第２期 ＞ 整 Ⅲ 距焊缝中心距离／ｒａｍ 图４ １Ｃｒｌ８Ｎｉ９Ｔｉ奥氏体不锈钢和１Ｃｒｌ３ 马氏体不锈钢焊接接头显微硬度 度低；奥氏体不锈钢母材经过１ ０５０～１ １００ ｏＣ固溶处 理，硬度低。在焊接过程中由于１Ｃｒｌ３马氏体不锈钢 的淬透性好，焊后的空冷过程中在靠近马氏体侧的热 影响区形成了马氏体组织，特别是在马氏体热影响区 和焊缝的交界处，由于冷却速度快，形成了大量的马氏 体组织束状分布，较大地提高了硬度，是焊接接头中显 微硬度最高的区域，硬度值约１ １５０ ＨＶ。在奥氏体侧 热影响区，同样是在焊缝和热影响区交界硬度达到最 高值，约８００ ＨＶ，这是由于焊接冷却过程中熔合线附 近冷却速度快，首先凝固结晶，形成细小等轴状晶粒， 硬度高于焊缝区的粗大树枝晶。 ３．２焊接接头的拉伸性能 经过拉伸试验，１Ｃｒｌ８Ｎｉ９Ｔｉ奥氏体不锈钢母材的 抗拉强度为５４７ ＭＰａ，１ Ｃｒｌ３马氏体不锈钢母材的抗拉 强度为６５９ ＭＰａ，１Ｃｒｌ８Ｎｉ９Ｔｉ奥氏体不锈钢和１Ｃｒｌ３马 氏体不锈钢组成的焊接接头的抗拉强度是５３５ ＭＰａ。 根据文献［５］查阅：１Ｃｒｌ８Ｎｉ９Ｔｉ奥氏体不锈钢的抗拉强 度ｔ＞５５０ ＭＰａ，１Ｃｒｌ３马氏体不锈钢的抗拉强度≥６００ ＭＰａ，试验数据符合要求。 由数据可知，马氏体不锈钢和奥氏体不锈钢不同 组织的焊接接头抗拉强度与奥氏体不锈钢母材相接 近。与奥氏体不锈钢母材相比，抗拉强度下降了 ２．０４％；与马氏体不锈钢母材相比，抗拉强度下降了 １２．９％，断裂部位发生在奥氏体不锈钢一侧热影响区， 说明焊缝的力学性能较好。 ４结 论 （１）２ ｍｍ厚１Ｃｒｌ８Ｎｉ９Ｔｉ奥氏体不锈钢和１Ｃｒｌ３ 马氏体不锈钢板材，采用ＴＩＧ焊，直流正接，焊接电流 为８０ Ａ，焊接速度为１１０ ｒａｍ／ｒａｉｎ，能够获得组织均匀、 力学性能良好的焊接接头。 维普资讯 http://www.cqvip.com 不锈钢薄板（ ≤０．３ ｍｍ）的焊接工艺 沈阳仪表科学研究院（１１００４３） 摘要关长江李伟罗淑芬张文良 研究了不锈钢薄板（６≤Ｏ．３ ｍｍ）的ＴＩＧ焊工艺，焊接电流为ｌＯ一３５ Ａ，焊接速度为１２０—１８０ ｃｍ／ｍｉｎ。 通过力学性能试验，分析了焊缝的抗拉强度和断后伸长率与焊接工艺参数之间的关系，在焊接电流和焊接速度匹 配的条件下，厚０．１５ ｍｍ、０．２ ｍｍ、０．３ ｍｍ不锈钢薄板焊缝均可获得优良的抗拉强度和断后伸长率，性能指标与母 材基本持平。金相检验表明，焊缝的金相组织为铸态奥氏体，组织粗大会导致焊缝的力学性能下降。ｘ射线探伤 表明，主要焊接缺陷是内凹，在焊接工艺参数合适的条件下，焊缝的一次探伤合格率超过９５％。 关键词： 不锈钢薄板中图分类号：ＴＧ４４ 焊接工艺抗拉强度 断后伸长率 ０前 言 验方法对焊缝质量进行了检验，取得了比较满意的研 究成果。 １焊接工艺研究 金属波纹管是一种弹性元件，广泛应用于机械、仪 表、航空、航天等许多工业领域。由于制造金属波纹管 用的管坯极薄（一般 ≤０．３ ｍｍ），能否制造各种规格 目前，波纹管管坯的焊接主要采用ＴＩＧ焊、微束等 的极薄壁管坯，是决定能否制造所需金属波纹管的关 键因素。 离子弧焊及激光焊等工艺方法＿１ｊ。文中研究的是ＴＩＧ 焊工艺。 目前，用焊接方法制造的管坯因其壁厚精度高，不 受管径规格，制造周期短，正逐步取代机械拉伸方 法制造的管坯，成为金属波纹管管坯制造的主要方法。 试验材料为３０４不锈钢板，厚度为０．１５ ｍｍ、０．２ ｍｍ、０．３ ｍｍ三种规格，试板尺寸为２００ ｍｍ×８０ ｍｍ。 焊接设备采用美国产“ＬＳｗ一３６Ｚ”纵缝焊机，钨极直径 １．６ ｍｍ，钨极伸出长度２ ｍｍ，氩气流量正面７ Ｌ／ｍｉｎ， 反面５ Ｌ／ｍｉｎ，压板压力２４０ ｋＰａ。 为此，探讨不锈钢极薄板（４０．３ ｍｍ）的焊接工艺是非 常迫切和实用的。文中对０．１５ ｍｍ、０．２ ｍｍ、０．３ ｍｍ 三种厚度不锈钢板的焊接工艺进行了比较系统的研 究，并通过力学性能试验、金相分析、ｘ射线探伤等试 ６４０．３ ｍｍ不锈钢薄板的焊接，要求焊接过程一 次完成，保证全焊透，焊缝成形美观，同时要防止气孔、 裂纹等表面缺陷的产生。焊接质量主要由焊接电流和 焊接速度决定。经过反复试验，取得了符合标准要求 收稿日期：２００７—０５—１７ 的焊缝，焊接工艺参数见表１ 。 ｗｅｌｄ ａｂｉｌｉｔｙ ｉｎ ｄｉｆｕｓｉｏｎ ｗｅｌｄｉｎｇ ｏｆ ｍａｒｔｅｎｓｉｔｅ（ＡＩＳＩ ４２０） （２）１Ｃｒｌ８Ｎｉ９Ｔｉ奥氏体不锈钢和１Ｃｒ１３马氏体不 锈钢的焊缝组织为典型凝固态组织。 ｓｔａｉｎｌｅｓｓ ｓｔｅｅｌ ｗｉｔｈ ｄｕｃｔｉｌｅ ｅａｓｔ ｉｒｏｎ［Ｊ ．Ｊｏｕｍａｌ ｏｆ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００７，１８６：３３—３６． （３）１Ｃｒｌ８Ｎｉ９Ｔｉ奥氏体不锈钢和１Ｃｒ１３马氏体不 锈钢焊接接头，显微硬度呈波动式变化，在焊缝与马氏 体母材的交界处硬度达到最大；焊接接头抗拉强度与 奥氏体不锈钢母材相接近。 参［１］ 卫［３］ 黄振东．钢铁金相图谱（二）［Ｍ］．北京：中国科技文化出 版社，２００５．４４７—４７３． ［４］ 束德林．金属力学性能［Ｍ］．北京：机械工业出版社， １９９４．２３—３０． 考文献 ［５］ 崔忠圻、金属学与热处理［Ｍ］．北京：机械工业出版社， ２０００．３７６—３７８． 星．铁素体不锈钢在汽车排气系统的应用日益广泛 ［Ｊ］．上海金属，２００５（３）：６３． ［２］ Ｓｅｄａｔ Ｋｏｌｕｋｉｓａ．Ｔｈｅ ｅｆｅｃｔ ｏｆ ｔｈｅ ｗｅｌｄｉｎｇ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｏｎ ｔｈｅ 作者简介：赵勇桃，１９７４年出生，工学硕士，讲师。主要从事金 属材料的组织转变、质量控制及焊接工艺的研究。 ２００８年第２期 ５９
