摘要
2205双相不锈钢由于其出色的耐腐蚀性能、良好的塑韧性和焊接性，在化工管道、建筑结构和石油运输等众多领域得到广泛的应用。采用传统的焊接方法焊接双相不锈钢厚板时会出现焊接道次多、热输入大、效率低、焊后接头两相比例失衡等问题。通过窄间隙坡口结合激光-MIG复合焊的方式，可以减少焊缝金属的填充，降低焊接热输入，提高焊接效率以及接头的综合性能。但窄间隙坡口会带来侧壁熔合不良，单道焊缝的深宽比较大，熔池内的气体很难溢出，从而导致气孔及侧壁未熔合缺陷敏感性高，限制了该技术的应用。本文将交变磁场引入到2205双相不锈钢厚板窄间隙激光-MIG复合焊中，研究了交变磁场对等离子体行为及窄间隙坡口内焊缝成形的影响，阐明了交变磁场对等离子体的作用机理，对25mm厚的双相不锈钢在不同磁场参数下进行多层单道激光-MIG复合焊对接试验，探究了交变磁场对接头微观组织转变的影响，测试并分析了激光-MIG复合焊接头的力学性能和耐腐蚀性能，建立“交变磁场-微观组织-性能”之间的内在联系，主要结论如下： 通过高速摄像的方法观察和分析了交变磁场下的等离子体行为，结果表明：在交变磁场作用下，电弧出现横向摆动，摆动幅度随着磁场强度的增强而增大。在磁场频率为17Hz时电弧摆动幅度最大，当磁场频率达到50Hz时，电弧旋转速度加快，摆动频率加快。电弧在窄间隙坡口内左右摆动，能够增加对侧壁的热输入，减少坡口内侧壁未熔合缺陷的产生。研究了不同交变磁场参数下的窄间隙内各焊道焊缝成形，研究结果表明：施加交变磁场后，窄间隙坡口内侧壁与焊缝之间过渡变得平滑，焊缝铺展更好，焊缝表面更加平整。在25mm2205双相不锈钢窄间隙激光-MIG复合焊对接试验中，在磁场强度为20mT，频率为50Hz时，接头无未熔合和气孔缺陷。 利用OM、SEMamp;EDS、XRD、EBSD测试手段，研究了交变磁场对焊缝微观组织转变的影响，结果表明：交变磁场可以促进焊缝中奥氏体的析出与长大，改善接头两相比例，在磁场强度为30mT，磁场频率为50Hz时，打底焊道、填充焊道、重叠焊道、盖面焊道和热影响区的奥氏体占比相对于无磁场分别提高了22.4%、19.6%、25.4%、15.4%和6.3%。施加交变磁场会使合金元素扩散更加充分，在两相分布更加均匀，Mo元素含量在两相中差异随磁场频率增加逐渐减小。电子背散射衍射试验表明，交变磁场增加了焊缝中奥氏体含量，晶粒细化；施加30mT磁场后铁素体中大角度晶界增多，织构强度增强，奥氏体相由Cu织构向Brass织构、Cube织构、Rotated Cube织构转移。铁素体和奥氏体的取向分布最大密度与无外加磁场相比有一定提升。 通过拉伸、冲击、硬度及电化学测试的方法研究了交变磁场对双相不锈钢接头力学性能及耐腐蚀性能的影响，结果表明：拉伸试样均断裂于母材，焊缝的抗拉强度高于母材；交变磁场提高了焊缝各个焊道的硬度，并且使硬度的分布更加均匀；在磁场强度为30mT，磁场频率为50Hz时，冲击吸收功达到最大，为168J，与未加磁场时相比冲击功提高了29.2%。通过动电位扫描测试和电化学阻抗谱测试发现随着磁场强度的增加，试样的自腐蚀电位正移，点蚀电位增高，试样表面极化电阻Rp、焊缝容抗弧半径逐渐增大，说明交变磁场的加入改善了焊缝组织的均匀性，提高了焊缝的耐腐蚀性能。
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