摘要
DSS2507双相不锈钢有着优异的力学性能、耐腐蚀性能和加工性能，广泛应用于船舶、海洋、桥梁、压力容器等领域。目前，DSS2507双相不锈钢常用的焊接方法包括激光焊（LaserBeamWelding,LBW）、等离子弧焊（PlasmaWelding,PW）、钨极氩弧焊（GasTungstenArcWelding,GTAW）、熔化极气体保护焊（GasMetalArcWelding,GMAW）等。但是，DSS2507双相不锈钢焊接时一方面由于快速冷却容易使焊缝组织中铁素体相和奥氏体相的双相比例发生改变，另一方面由于DSS2507双相不锈钢内含有大量的合金元素使焊缝组织中容易析出金属间化合物相，两者相结合将导致焊接接头的力学性能和腐蚀性能下降。特别是在采用激光焊时，高度集中的激光热源会严重改变焊缝组织内双相比例和加重析出相的产生，从而阻碍了激光焊这一高效焊接方法的应用。本文采用钨极氩弧焊、激光焊以及激光-GMAW复合焊（Laser-GMAWHybridWelding,LGHW）三种焊接方式，对DSS2507双相不锈钢进行了焊接，首先研究了工艺参数对焊缝成形的影响，进行工艺参数优化并得到最佳焊接工艺参数；其次，研究了焊缝组织及其微区力学性能和焊接接头性能，并对焊接接头进行固溶处理，研究固溶处理对焊接接头组织内双相比例和接头力学性能的影响；最后，对比分析了三种焊接接头的腐蚀性能及固溶处理影响。 （1）LBW、LGHW和GTAW均成功实现了5mm厚度DSS2507双相不锈钢的对接焊。在LBW和LGHW过程中得到了离焦量、激光功率和焊接速度对焊接接头外观与成形的影响规律；LGHW过程中还得到了热源相对位置、热源间距和GMAW焊接电流对热源耦合效果和接头外观与成形的影响规律。通过焊接工艺参数优化，LBW和LGHW均获得了外观成形优异的焊接接头，并分别得到了最佳焊接工艺参数。 （2）研究了不同焊接方法下DSS2507双相不锈钢焊缝的微观组织形貌和组成，探讨了焊接工艺对焊缝组织分布的影响规律。LBW焊接由于相对较低的热输入量但较快的冷却速度，焊缝组织具有较高的铁素体含量，在最佳焊接工艺和良好焊缝成形条件下，焊缝中铁素体相含量与奥氏体相双相比例达到7:3，远超过DSS2507母材组织的1:1。LBW焊接的快速冷却有助于焊缝合金元素的均匀化和组织细化。LGHW时激光功率决定了焊缝熔深，GMAW焊接电流决定了焊缝熔宽，焊缝组织中生成了含量更高和晶粒尺寸更大的奥氏体相，特别是魏氏奥氏体和晶界奥氏体，与LBW焊缝相比降低了铁素体和奥氏体的双相比例。GTAW时由于较慢的焊接速度和焊缝冷却速度，凝固过程中铁素体相得以充分转变为奥氏体相，得到铁素体相和奥氏体相双相比例接近1:1的焊缝组织。1050℃的固溶处理有助于降低LBWDSS2507接头焊缝的双相比例，但也会导致LGHW和GTAW接头中析出金属间化合物σ相。 （3）研究了DSS2507双相不锈钢接头的焊缝微区力学性能和接头的宏观力学性能，探讨了焊接工艺对焊缝力学性能的影响规律。显微硬度表明LBW和LGHW接头焊缝区的显微硬度均高于母材，而GTAW接头焊缝区则相对较低，主要是因为GTAW与LBW和LGHW焊缝相比有着更高的奥氏体含量。固溶处理可以显著降低LBW和LGHW接头下部焊缝区的显微硬度，主要是因为固溶处理促进了焊缝两相组织的均衡。反过来，固溶处理又会加速复合焊接头上半部区域及GTAW接头内σ相的析出，从而导致显微硬度分布不均。接头冲击韧性表现为GTAWgt;复合焊gt;激光焊，断裂模式均为韧性断裂。固溶处理则对接头冲击韧性和断裂模式有着不同程度的影响：激光焊接头内，固溶处理帮助组织内两相比例的均衡，可以显著提升冲击韧性；LGHW接头和GTAW接头则由于σ相的析出导致冲击韧性下降。焊接接头均具有优异的拉伸性能和抗弯性能。 （4）研究了三种焊接方法下接头的耐腐蚀性能，揭示了焊接热输入对DSS2507双相不锈钢焊接接头腐蚀性能的影响机制。通过极化曲线和电化学阻抗测试得出三种接头均具有优异的耐蚀性，耐蚀性表现为LBWgt;LGHWgt;GTAW。固溶处理后，LGHW复合焊和GTAW接头内会析出σ相，导致耐蚀性下降；LBW则由于两相比例的均衡，提升了接头的耐蚀性。钝化膜中稳态电流密度和载流子浓度的增加表明，随着焊接热输入的增加，在焊接接头表面形成的钝化膜的结构和性能发生了变化，因此腐蚀敏感性增加。随着焊接热输入的增加，钝化膜中Cr2O3含量的减少，Cr(OH)3含量的增加，是导致焊接接头耐腐蚀性能下降的主要原因。
NETL