高鉻鎳奧氏體焊絲焊接10Ni5CrMoV鋼接頭組織性能分析

10Ni5CrMoV低合金高強(qiáng)度鋼的屈服強(qiáng)度高于700MPa，憑借其高的屈服強(qiáng)度、良好的塑韌性和耐蝕性能，應(yīng)用于船舶、壓力容器等大型設(shè)備的制造。10Ni5CrMoV鋼焊接時(shí)接頭產(chǎn)生冷裂紋傾向嚴(yán)重，尤其在大拘束度條件下焊接時(shí)，氫致裂紋問題十分突出，嚴(yán)重影響大型結(jié)構(gòu)件的正常使用與安全。

在實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中，采用等強(qiáng)匹配工藝焊接厚度大、拘束度高的10Ni5CrMoV鋼結(jié)構(gòu)，即使采取預(yù)熱、后熱、嚴(yán)格控制焊接材料氫含量等常規(guī)減少冷裂紋傾向的措施，冷裂紋也無法避免。因此有必要尋找一種新的抑制冷裂紋的方法，以滿足大拘束狀態(tài)下10Ni5CrMoV高強(qiáng)度鋼大厚板結(jié)構(gòu)焊縫致密性的需要。

相關(guān)研究表明，氫在奧氏體組織中的溶解度較大，同時(shí)奧氏體組織具有良好的塑韌性，高強(qiáng)鋼結(jié)構(gòu)件在高拘束度條件下，焊接時(shí)若采用比母材10Ni5CrMoV鋼強(qiáng)度低的奧氏體鋼材料作為填充金屬，即“低強(qiáng)匹配”工藝，則可以在犧牲少許焊縫強(qiáng)度的情況下，提高接頭韌性，減小接頭組織淬硬傾向，降低焊接接頭的應(yīng)力水平，從理論上說可以達(dá)到減少和抑制冷裂紋的效果。

哈爾濱工業(yè)大學(xué)先進(jìn)焊接與連接國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的研究者研制了一種強(qiáng)度低于母材的高鉻鎳奧氏體不銹鋼焊絲，利用該焊絲作為填充金屬進(jìn)行10Ni5CrMoV高強(qiáng)度厚板對接試驗(yàn)，檢驗(yàn)焊縫質(zhì)量，分析對接接頭的組織和性能，以期滿足實(shí)際工程中的技術(shù)要求，抑制10Ni5CrMoV鋼傳統(tǒng)工藝下焊接冷裂紋的產(chǎn)生。

采用的母材為10Ni5CrMoV高強(qiáng)鋼，填充金屬為自制的高鉻鎳奧氏體焊絲。此類接頭在管板結(jié)構(gòu)中的拘束度最大，故模擬管板結(jié)構(gòu)角焊縫坡口形式，板厚約50mm，開K形坡口，一側(cè)為直邊，一側(cè)為50°斜邊坡口。對接試驗(yàn)采用立焊方式，先進(jìn)行脈沖TIG填絲工藝打底焊，正反面焊接兩層三道，打底焊完成后再使用MIG焊分別對正反面進(jìn)行填充蓋面。TIG焊和MIG焊所用的焊絲成分基本相同，焊絲直徑分別為2.4、1.0mm。TIG焊工藝采用的保護(hù)氣體為純氬，MIG焊工藝采用的保護(hù)氣體為50%Ar+2%N2+48%He。研究結(jié)果表明：

（1）采用新研制的低強(qiáng)匹配的奧氏體焊絲焊接10Ni5CrMoV高強(qiáng)鋼焊縫成形良好，焊接接頭未發(fā)現(xiàn)焊接缺陷，焊縫金屬均為奧氏體等軸晶組織，熔合區(qū)為嵌入式的奧氏體與馬氏體的混合，熱影響區(qū)的粗晶區(qū)為馬氏體組織。

（2）焊接接頭顯微硬度以焊縫金屬最低，熱影響區(qū)最高，未出現(xiàn)硬度過高區(qū)域和軟化區(qū)；接頭拉伸強(qiáng)度約800MPa。滿足技術(shù)要求；彎曲試驗(yàn)未出現(xiàn)開裂，焊接接頭具有良好的抗變形能力。

（3）焊縫金屬系列溫度沖擊吸收功隨溫度變化不大，在-80℃時(shí)Akv仍在90J以上，熔合線及熔合線外2mm的沖擊韌性良好，滿足技術(shù)要求。