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双相不锈钢既具有优良的耐腐蚀性能,同时又具有较好的力学性能,即具有优异的综合性能,因此被越来越多的应用于石油、化工、海洋工程等领域中,以代替普通的不锈钢板。在实际应用中,为了节约价格相对较高的双相不锈钢材料,以降低整体生产成本,提高经济效益,最大限度地发挥不同材料的性能,经常会遇到双相不锈钢与低合金钢等异种金属的焊接。然而,由于异种金属的化学成分和物理、化学性能等存在较大差异,使得异种材料的焊接较为困难,如工艺控制不当,在焊接过程中存在焊缝稀释率大,且易在接头焊缝中产生气孔和微裂纹等焊接缺陷,严重降低接头的使用性能。基于此,本文对2205双相不锈钢与16MnR低合金钢的焊接工艺及焊接性进行研究。采用三种不同的焊接方法与填充材料组合进行接头焊接工艺实验,分别为:(1)采用ER2209焊丝的钨极氩弧焊(GTAW);(2)采用ER309焊丝的钨极氩弧焊(GTAW);(3)采用E2209焊条的焊条电弧焊(SMAW)。对在不同工艺条件下获得接头进行力学性能测试、微观组织分析以及耐腐蚀性能测试等,以确定试验条件下的最佳焊接工艺,并对异种金属接头的形成机理进行探讨,以期为双相不锈钢异种金属结构在实际生产中的推广应用提供理论指导与技术支持。利用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电镜(TEM)及X射线衍射仪(XRD)对焊接接头的不同区域进行组织观察、成分分析及相结构分析。结果表明,在接头16MnR-WM界面,由于碳原子的扩散,在熔合线附近的16MnR一侧存在一层“脱碳层”,而在焊缝金属一侧存在一层厚度为20~50μm的凝固过渡层。通过对凝固过渡层进行分析,发现Ni、Cr元素在该区域呈一定浓度梯度分布,并未发现有Cr的碳化物或者马氏体等有害组织存在;而在DSS-WM界面,双相不锈钢一侧热影响区至焊缝金属的组织过渡较为缓和,没有明显突变的界面,并且在热影响区内奥氏体相的含量控制在35%~65%的范围内,保证了获得接头具有良好的力学性能和耐腐蚀性能。焊缝金属的组织为铁素体和奥氏体双相组织,且奥氏体组织占优,对保证焊缝金属的性能有利。力学性能测试表明,采用GTAW焊获得接头的拉伸断裂位置均发生在16MnR母材一侧,而采用SMAW焊获得接头的拉伸断裂位置发生在16MnR一侧的热影响区,三种工艺获得接头的抗拉强度分别为582.4MPa、579.7MPa、564.6MPa,均超过了强度相对较低的16MnR母材本身的抗拉强度,表明接头的强度完全能够满足实际使用要求。冲击韧性试验表明,尽管焊缝金属的缺口冲击韧性均低于双相不锈钢母材本身的冲击韧性,但与低合金钢母材和低合金钢侧热影响区的冲击韧性相比,仍然具有相对较高的冲击韧性值,并且采用ER309焊丝GTAW焊获得的接头具有最佳的冲击韧性。通过化学浸泡法及电化学测试方法来评价接头的耐腐蚀性能,结果表明,在三种工艺下所获得的接头耐晶间腐蚀性能优异,点蚀是焊缝金属的主要腐蚀方式,采用ER2209焊丝的GTAW接头具有最佳的耐点蚀性能。综上所述,采用GTAW焊方法并选用ER309焊丝的焊接工艺获得了力学性能最优的焊接接头,在耐腐蚀性要求不高的工程结构中推荐使用该焊接工艺。而采用GTAW焊方法并选用ER2209焊丝获得接头的整体力学性能较好,抗腐蚀性能最优,因此采用钨极氩弧焊并选用ER2209焊丝的工艺较适合于要求耐腐蚀性强的工程结构中。