为了使奥氏体不锈钢焊接接头具有良好的力学性能和耐腐蚀性能,需要奥氏体不锈钢焊接过程中保证焊接接头具有良好的微观组织。奥氏体不锈钢激光焊接的焊缝中一般由大量的奥氏体和少量的铁素体组成,焊缝中奥氏体与铁素体的含量会对力学性能和】腐蚀性能有重大影响。根据奥氏体不锈钢焊接理论:当焊缝组织具有一定含量的铁素体组织时,焊缝中奥氏体与铁素体形成的双相组织有利◥于减小抗裂纹倾向,因为SP等一些杂质元素在铁素体中有较大的溶解度,能够有效地减少熔池凝固时残余熔液中的杂质含量█,使焊接接头╲的抗裂纹能力大幅提升。采用传统电弧焊接的方法,获得奥氏体不锈钢焊接接头中,铁素体的含量在一个较为合理的︻范围。激光焊能量集中、焊接速度快,熔池冷却的时间短,获得焊接接头中铁素体组织含量较高,使焊接接头的耐腐√蚀性能下降。

奥氏体不锈钢焊接时,凝固裂纹是一个非常严重的问题,凝固裂纹的敏感性取决于化学成分和焊缝的凝固模式。奥氏体不锈钢的焊缝以F-A(铁素体-奥氏╳体结晶)模式ξ凝固时,凝固裂纹的敏感性最小。房菲等人指出,当18Mn18CrN奥氏体不锈钢中氮元素的含♀量从0.07%增加到0.72%时,熔池的凝固模式由F型(单相铁素体结▓晶)向F-A型和A-F(奥氏体-铁素体结晶)型转变,并增加了焊缝中奥氏体组织的比例。邓宝柱等人研究氮元素含量能对316 L不锈钢焊缝凝固模式和微观组织的影响,焊缝中氮元↘素含量从0.02%增加到0.09%时,焊缝的凝固模式由F-A型向A-F型转变,氮元素能够促进焊缝中奥氏体组织的形成。总之,氮是一㊣种有利于奥氏体组织形成的元素,在奥氏体不锈钢和双相不锈钢焊接过程中加入适量的氮元素,可以促进焊缝中奥氏体组织的形成,并且可以使焊接接头的力学性能和耐腐←蚀性能明显得到提升。

近年来,有学者尝试在不锈钢激光焊接过程中,采用氮气作为保护气体来提高焊缝中氮元素的含量,使焊缝中奥氏〖体与铁素体组织比例控制在合理的范围之内。Rui等人采用不同比例氩气与氮气作为保护气体♂对2205双相不锈钢进行光纤激光焊接。保护气体中氮气含量的增加,可以提升焊☆缝中氮元素含量,氮☆元素有利于提升奥氏体高温下的稳定性,使焊缝中奥氏体比例明显提高。Soon等人研究发现,在焊接过①程中,在氩气中加入一定比例的氮气以后,焊缝中氮元素含量有明显的提升,并增加焊缝中的奥氏体组织的比例,使焊缝的耐点蚀能力有一定程度的↘提高。Salazar等人研究采♂用不同比例的氮气/氩气作为保护气体对304奥氏体GTAW焊接接头的影响,保护气体中氮气的比例在3~5%最佳,焊缝与母材的耐腐蚀性能相接近。Wu等人研究了不同配比的氩气与氮气对奥氏体不锈钢光纤激光焊接和↑二氧化碳激光焊接的影响,结果表明,保护气体中氮气含量越高,焊缝中氮元素含量越高,并且越接近焊缝顶部效果越々明显,如图1.2所示;保◤护气体中氮气的加入,能够有效的降低了焊缝中铁素体含量,在焊缝中ζ 部和顶部的影响最为明显。

奥氏体不锈钢激光焊接过程中,不同保护气体因其物理及化学特性会影响□熔池能量的吸收,从而影响熔深◇。肖荣诗等人研究了氦气、氩气、氮气和二氧化◣碳四种不同保护气体对二氧化碳激光焊接304奥氏体∮不锈钢焊缝熔深的影响,研究表明,保护气体对焊缝熔深的影响从大到小的排列顺》序为氦气、氩气、氮气和二氧化碳。Sathiya等人将氦气、氩气、氮气和二氧化碳四种气体进行不同比例的混合,研究了304奥氏体二氧化碳激光-电弧复合焊接接头的力学性能,发现焊缝的显微硬度和抗拉强度均大于母材;当保护气体中加入氮气时,使焊缝中析出硬质氮化物,能够提升焊缝的显微硬度,但焊⌒ 接接头的冲击韧性降低。李耿等人研究了氦气、氩气、氮气三种气体和氦气/氩气不同比例的混合气体对304奥氏体激光焊』接焊缝熔深的影响,研究发现不同保护气体下焊○缝熔深从大到小的排列顺序为氦气、氮气、氩气,氦气/氩气混合气体中氦气比例越高或者保护气体流量ㄨ越大,对焊缝熔深的影响越大。Yadaiah等人研究不同比例的氮气/氩气混合保护气体对304奥氏体不¤锈钢电弧-激光焊接焊缝组织和性能的影响,研究结果表明,保护气体中氮气的加入,使焊缝截面面积增加,焊缝的显微硬度变大。樊宇等人研究在不同气压下的氩气、氮气和氩气/氮气混合气体作为保护气体ω,对304奥氏体薄板进行光纤激光焊接试验。试验结果表明,保护气体︾流量越大,焊缝熔深就越大;使用氩气/氮气混合气体作为保护气体时,氮气在保护气体中所占比例越大,焊缝的→熔深就越大。

已经有许多学者研究不同类型的保护气体对不锈钢焊接组织及性能的影响,根据↑焊接方法、焊接参数、焊接材料选择合适的保护气体,对焊接接头的组织和性能会有很大的提升。