1. 不同電弧焊焊接方法的試驗

   選用寶鋼生產的15mm厚退火酸洗態2205雙相不銹鋼，采用焊條電弧焊（SMAW）、鎢極氬弧焊（TIG）和埋弧焊（SAW）的焊接接頭進行性能比較。焊材分別采用Avesta的2205AC／DC焊條、ER2209-TIG焊絲和ER2209-SA焊絲。焊條直徑為3.2mm和4.0mm兩種，TIG焊絲φ2.4mm，SAW焊絲φ3.2mm。埋弧焊劑為 Avesta805型。材料的主要成分及性能見表4-24和表4-25。其中，材料點蝕當量按公式PREN=Cr％＋3.3×Mo％＋16×N％計算。

   焊接試板加工成400mm×200mm×15mm，平板拼焊，不同焊接方法的X形坡口設置見表4-26。焊件坡口焊前均經過丙酮去油污處理。SMAW采用雙面多層焊，正反面各4道，每層熱輸入在1.0～1.5kJ／mm之間。TIG焊正面5道、反面4道，焊接保護氣為Ar＋1.5％N₂，每層熱輸入均在1.1～1.8kJ／mm之間。SAW采用正反面單道焊，每道熱輸入均在2.0kJ／mm左右。各種焊接方法的層間溫度都小于150℃。

2. 試驗結果與評估

  a. 焊接接頭微觀組織 

     利用上述焊接方法得到的焊接接頭宏觀形貌如圖4-7所示，其中，SAW反面焊接因為局部區域未填滿，用焊條電弧焊進行了少量填補。不過從圖中可以看出，焊縫成形均較完好，沒有發現咬邊、夾渣等缺陷。取焊縫中上部大致相同部位及熱影響區組織進行對比分析，如圖4-8所示，焊縫金屬都含有奧氏體和鐵素體的混合組織。在不同焊縫中，發現有三種形態的奧氏體，但由于焊縫中不同部位合金成分和冷卻速度的差異，三種形態的奧氏體比例也有所不同。對于焊縫區的相比例，由于焊條電弧焊焊條所含奧氏體形成元素Ni、N含量較高，同時受多道焊上層對下層再熱的影響，其焊縫區中上部奧氏體相比例較高，達到61.8％；而TIG與SAW焊縫區兩相比例相差不大，在50％左右。對于焊縫熱影響區（HAZ），三者的鐵素體相所占比例相差不大，均在55％～60％。但TIG焊縫因累積熱輸入較大，熱影響區鐵素體平均晶粒尺寸較SAW要大，而鐵素體晶粒尺寸將是影響雙相不銹鋼焊縫熱影響區沖擊性能的一個因素。另外，三者焊縫熱影響區均未發現金屬間相，說明三種焊接方法的熱輸入均在合理的范圍之內。

  b. 焊接接頭力學性能 

     接頭力學拉伸結果：SMAW 焊接接頭抗拉強度為780MPa，在熱影響區斷裂；而TIG與SAW接頭強度分別為790MPa和785MPa，斷在母材區。三者接頭的抗拉強度與母材相當。圖4-9所示為SMAW和TIG焊接接頭焊縫區（WM）、熱影響區（HAZ）與母材在-196～-20℃溫度區間的沖擊吸收能量的對比，結果表明母材具有較高的沖擊吸收能量，且韌脆轉變溫度較低。從圖4-10中可以看出：-40℃時，TIG焊與SAW焊縫的沖擊吸收能量分別為133J和78J，明顯高于SMAW的37J;對于熱影響區，SAW 接頭熱影響區因累積熱輸入最小，晶粒尺寸長大情況最小，沖擊吸收能量最高，為207J，高于TIG的122J和SMAW的109J。上述結果對于不同三種焊接方法均滿足ASTM A923-06（B）標準對2205雙相不銹鋼焊縫區34J（-40℃）和熱影響區54J（-40℃）的沖擊吸收能量的要求。

  c. 接頭腐蝕性能

     圖4-11所示為三種焊接方法得到的焊接接頭點腐蝕速率比較。SMAW接頭由于焊縫中含有一些硅、錳氧化物夾雜，焊縫中氧位較高，耐蝕性較差，腐蝕速率在9mg／(d㎡d）左右，仍能滿足ASTMA923-06（C）標準的小于10mg/（d㎡·d）要求。而TIG和SAW焊縫耐蝕性較好，失重速率均小于1mg／（d㎡·d）。根據經驗，改善焊條電弧焊焊縫腐蝕和沖擊性能，可采用短弧焊和減少弧焊過程焊條擺動的方法。

  總之，通過對于中厚2205雙相不銹鋼板的整體評估，可以認為：TIG接頭綜合性能最好，SAW其次，SMAW較差。但SAW效率較高，焊接雙相不銹鋼中厚板時，該焊接方法將是一種不錯的選擇。