304不銹鋼的TIG焊研究

程艷艷，雷智剛

（吉林化工學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院，吉林 吉林 132022）

近年來(lái)，不銹鋼在生產(chǎn)和消費(fèi)上的發(fā)展趨勢(shì)都比較快[1-3]。304不銹鋼是工業(yè)中應(yīng)用較多的不銹鋼牌號(hào)，產(chǎn)量占不銹鋼總量的三分之一。在工業(yè)、醫(yī)療等方面的應(yīng)用中，304不銹鋼主要是通過(guò)焊接來(lái)實(shí)現(xiàn)連接的[4-6]。它具有較好的焊接性，但是對(duì)熱裂紋敏感性高，容易產(chǎn)生晶間腐蝕[7-9]，因此，在合適的工藝條件下才能獲得優(yōu)良的焊接接頭。本研究以8 mm厚的304不銹鋼為母材進(jìn)行TIG焊研究，分析了不同焊接電流條件下的焊縫組織和焊接接頭硬度分布。

1 試驗(yàn)方案及設(shè)備

1.1 試驗(yàn)方案

對(duì)304不銹鋼進(jìn)行TIG焊試驗(yàn)，母材的化學(xué)成分如表1所示。由于母材厚度為8 mm，為保證焊透，需要開坡口。為了加工方便，坡口形式為V形，坡口角度為60°，鈍邊為1.5 mm[10]。由于母材厚度較大，故需要焊接打底、填充和蓋面層3層焊縫。選用3組不同的焊接電流進(jìn)行TIG焊，如表2所示。

表1 304不銹鋼的化學(xué)成分

表2 打底、填充和蓋面層的焊接電流（A）

將焊接試樣進(jìn)行線切割，用砂紙粗磨試樣后，再用拋光機(jī)精磨，最后用腐蝕液將磨好的焊接接頭試樣進(jìn)行腐蝕。使用金相顯微鏡觀察焊縫的組織組成，再對(duì)焊縫、熔合區(qū)和熱影響區(qū)進(jìn)行硬度測(cè)量，最后進(jìn)行分析，試驗(yàn)的工藝流程如圖1所示。

圖1 試驗(yàn)的工藝流程

1.2 試驗(yàn)設(shè)備

304不銹鋼的TIG焊接試驗(yàn)選用的設(shè)備為WS-315型交直流兩用氬弧焊機(jī)。選用MPC-422金相顯微鏡進(jìn)行焊縫組織觀察，如圖2所示。

圖2 MPC-422金相顯微鏡

焊接試樣的焊縫、熔合區(qū)和熱影響區(qū)的硬度測(cè)量，選用HVST-1000維氏硬度計(jì)，如圖3所示。

圖3 HVST-1000維氏硬度計(jì)

2 金相和硬度分析

2.1 金相分析

對(duì)304不銹鋼母材進(jìn)行金相觀察，如圖4所示，可以看出母材主要由奧氏體組成。

圖4 304不銹鋼母材的金相組織

3組不同焊接電流條件下的304不銹鋼TIG焊的打底層焊縫金相組織，如圖5所示，打底層焊縫由奧氏體+少量鐵素體組成。從圖5a、圖5b、圖5c可以看出3組焊縫的晶粒大小略有差別，這是因?yàn)?組試件打底層施焊電流都是60 A，但填充層施焊電流不同，對(duì)打底層焊縫的預(yù)熱作用有一定影響。

圖5 打底層焊縫的金相組織

3組填充層的施焊電流分別為95 A、85 A和75 A，如圖6所示為該層焊縫的金相組織。從圖中可以看出組織組成與打底層基本相同，第2組焊接電流的焊縫晶粒更細(xì)小、均勻。這是由該層的焊接電流、打底層的預(yù)熱作用以及蓋面層的后熱作用共同影響而成的。打底層的電流相同，因此，預(yù)熱作用影響基本一致。第1組填充層焊縫的焊接電流較大，且蓋面層的電流也較大，總熱量高，會(huì)使晶粒長(zhǎng)大變粗。第3組填充層焊縫的焊接電流較小，蓋面層的電流也較小，后熱作用不明顯，晶粒也大一些。

圖6 填充層焊縫的金相組織

3組蓋面層的施焊電流分別為90 A、80 A和70 A，如圖7所示為蓋面層焊縫的金相組織。蓋面層焊縫只受到填充層的預(yù)熱作用，沒(méi)有后熱作用，組織分布均勻性較填充層差些。

圖7 蓋面層焊縫的金相組織

從圖5、圖6、圖7的打底層、填充層和蓋面層焊縫的金相組織分布來(lái)看，第2組焊接電流的焊縫晶粒更細(xì)小、均勻。

2.2 硬度分析

打底層、填充層和蓋面層焊縫的硬度值是不同的，對(duì)表面性能影響最大的是蓋面層。因此，分析不同焊接電流的蓋面層維氏硬度，如圖8所示。

圖8 蓋面層維氏硬度

如圖8所示，總體來(lái)看，焊接接頭不同區(qū)域的維氏硬度值是不一樣的，隨著距焊縫距離的增大，硬度值先增大，再減小。焊接電流不同，會(huì)引起硬度的變化，這是因?yàn)樵诤附訒r(shí)熱的影響會(huì)造成組織變化。第2組焊接電流（打底焊60 A、填充焊85 A、蓋面焊80 A）的焊縫硬度較另兩組的焊縫硬度略高，這是因?yàn)榈?組蓋面焊焊縫的晶粒更為細(xì)小。

3 結(jié)論

綜上，對(duì)不同焊接電流條件下的304不銹鋼TIG焊焊縫組織和焊接接頭硬度進(jìn)行分析，得出如下結(jié)論：

1）不同焊接電流條件下的304不銹鋼TIG焊的焊縫組織均為奧氏體+鐵素體。由于電流不同，組織分布和晶粒大小略有不同。

2）第2組焊接電流（打底層60 A、填充層85 A、蓋面層80 A）條件下的焊縫晶粒更為細(xì)小，焊接接頭硬度更高，焊接質(zhì)量更好。