不锈钢以其独特的耐腐蚀性能,在现代工业发展中具有举足轻重的作用。其中奥氏体不锈钢又以其良好的耐蚀、耐热及生物相容性,加之优良的综合力学性能、工艺性能和焊接性能,在常压容器如酒罐、发酵设备以及石油化工、食品机械等多领域、多行业上广泛应用。而SUS304不锈钢(牌号:06Cr18Ni9,即美国ASTM304奥氏体不锈钢)作为奥氏体不锈钢的一种,因其铬含量优势而表现出优异的焊接性和力学性能。但是,其导热系数(Thermal Conductivity)小、线膨胀系数(Coefficient of Linear Expansion)大等因素易导致焊接时存在残余应力,在接头中产生热裂纹、析出脆化等缺陷。当前,压力容器正向轻量化发展,使得不锈钢薄板的应用越来越多。因此,研究SUS304不锈钢薄板的焊接性,优化现有的焊接工艺,对奥氏体钢焊接结构的发展具有重大的经济意义。SUS304不锈钢的很多应用,都会涉及到一种重要的加工方法——焊接。相对于传统的焊接方法,TIG焊一方面具有热输入低、能量密度高、加热范围小优点,能较好地控制线能量;另一方面,其保护气流具有冷却作用,可降低熔池表面温度,提高熔池表面张力,故能获得高质量的SUS304不锈钢焊接接头。由于接头质量与组织性能密切相关,所以很有必要对SUS304不锈钢TIG焊焊接接头的形貌和组织性能进行研究。本文通过施用焊丝ER308L和不添加填充物两种方式对SUS304不锈钢薄板进行TIG焊,旨在探究合适的焊接工艺参数以获得令人满意的焊接接头。在此基础上,采用OM、SEM观察SUS304不锈钢焊接接头的组织形貌,详细分析了奥氏体组织的形貌变化,检测了两种焊接方式下得到的焊接接头的力学性能(显微硬度、拉伸、弯曲)和耐腐蚀性能(点蚀),并对各阶段出现的和可能出现焊接缺陷进行了机理分析和评价。研究结果如下:(1)通过多次优化试验得出TIG焊焊接的最佳参数:焊接电压18~25V,焊接电流(直流正接)130~140A,基值电流75~80A,焊接速度1.83~2.00mm/s,氩气流量15L/min。基于此,采用TIG焊接能实现3mm厚SUS304不锈钢板材的焊接,可以在不开坡口和双面焊的条件下达到成形。在宏观层面上,焊接表面光滑平整,无毛边、飞溅等缺陷;焊缝熔合良好,无气孔、塌陷、咬边等缺陷,故所获焊接接头的质量较好。(2)通过金相显微组织观察,分析结果表明:当采用ER308L奥氏体不锈钢焊丝做填充材料时,由于其化学成分与母材SUS304不锈钢基本一致,所以焊缝显微组织致密,并由奥氏体和少量蠕虫状铁素体组成,且在焊缝的不同区域组织的形貌和含量存在明显的差异;而不采用任何填充物直接进行对接焊时,所得焊缝也是由奥氏体+铁素体组织所组成,但在焊缝熔合区等轴晶(焊缝中心)和柱状晶(界面)分布明显。(3)通过显微硬度测试、拉伸和弯曲性能测试对焊接接头的力学性能进行综合研究分析,发现:接头不同区域的显微硬度分布与显微组织分布一致,当采用ER308L奥氏体不锈钢焊丝做填充材料时,由于蠕虫状δ-铁素体的出现对显微硬度有很大影响,故所得焊缝的显微硬度变化较大,最高显微硬度值出现在焊缝中心,为392HV,明显高于母材;对于焊缝自熔形成的焊件,虽接头的显微硬度也有所提高,但最大硬度368HV并未在焊缝中心,而是出现在焊缝边缘的界面区域,这也与界面细小等轴晶结果相吻合,两侧热影响区的显微硬度较母材有所降低,但并未大幅度降低。与未加填充材料的焊接接头相比,ER308L做填充材料的焊接接头的平均屈服强度、抗拉强度和伸长率分别提高了71.30%、16.67%和2.33%,其断裂发生在远离焊缝的未受影响的母材区域,而自熔焊件的断裂发生在熔合区,但两种焊件的拉伸断口扫描显示均为韧窝状的典型塑性断裂。焊接接头横向弯曲的正弯和背弯(近似U型)宏观检测结果未出现裂纹或缺陷尺寸大于1.5mm的情况,根据相关评定标准,所得两种接头质量合格。(4)用电化学测试方法评价SUS304不锈钢和所获TIG焊接头过渡层焊缝在3.5%NaCl中的耐点蚀性能,经综合分析,结果表明,在3.5%NaCl中,母材的抗电化学腐蚀能力最强,填充接头次之,自熔合的焊接接头最差。综上所述,在TIG焊接工艺条件下,选用匹配合理的焊接参数和φ1.6mmER308L焊丝可实现对3mmSUS304不锈钢板材的高质量焊接。