【摘要】：奧氏體不銹鋼和馬氏體高強(qiáng)鋼的焊接常用于許多大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)的制造,主體采用韌性較好的奧氏體不銹鋼,復(fù)雜的結(jié)構(gòu)件、連接件或者有強(qiáng)度要求的部件采用馬氏體高強(qiáng)鋼,由于這兩種鋼的熱膨脹系數(shù)和熱導(dǎo)率等物化性能差距較大,焊接時(shí)易出現(xiàn)焊接應(yīng)力較大等問(wèn)題,而且馬氏體鋼的裂紋敏感性較大,常選擇韌性較好奧氏體鋼作為焊接材料,本課題所采用的高氮奧氏體不銹鋼作為近些年來(lái)發(fā)展迅速的新型鋼種,在強(qiáng)度、抗腐蝕性、生物相容性、抗沖擊性能上都超過(guò)以鎳元素為主要奧氏體化元素的傳統(tǒng)不銹鋼,應(yīng)用前景十分廣泛,但是高氮鋼在焊接過(guò)程中易出現(xiàn)氮元素的聚集和逸出,就要適當(dāng)?shù)叵蚝缚p中增氮,這也就是本文的重點(diǎn)研究?jī)?nèi)容。首先以?shī)W氏體焊絲為成分基礎(chǔ)開(kāi)發(fā)了三種不同含氮量的藥芯焊絲,與定制的三種氮-氧-氬三元保護(hù)氣相匹配,研究這兩種增氮方法的增氮效果以及重點(diǎn)分析氮元素的增加對(duì)焊接接頭微觀組織和力學(xué)性能的影響,發(fā)現(xiàn)焊縫中氮元素的增加可以使焊接接頭抗拉強(qiáng)度有一定的提高,但是也使焊縫中氣孔含量明顯增加,導(dǎo)致接頭沖擊功和斷后伸長(zhǎng)率有所下降,并通過(guò)分析證明了含氮保護(hù)氣不適合適用于本次高氮鋼和高強(qiáng)鋼異種材料的焊接,且認(rèn)為焊接過(guò)程中大量的焊接飛濺等問(wèn)題與開(kāi)發(fā)的藥芯焊絲成分比較粗糙有關(guān)。在之前焊縫增氮研究的基礎(chǔ)上,借助熱力學(xué)計(jì)算軟件開(kāi)發(fā)了三種不同含氮量的實(shí)心焊絲且對(duì)母材和焊絲熱力學(xué)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析得到焊接過(guò)程中的敏感溫度區(qū)間:550C-900C,因此焊接過(guò)程要嚴(yán)格控制層間溫度,為便于與高氮焊絲進(jìn)行對(duì)比且從不同焊材的角度表征高氮鋼-高強(qiáng)鋼異種材料的焊接性,還選擇了馬氏體焊絲、雙相不銹鋼焊絲以及不含氮的奧氏體鋼焊絲從焊絲使用性能、焊接氣孔、焊接裂紋、焊接接頭微觀組織及力學(xué)性能多個(gè)方面進(jìn)行分析,選擇表現(xiàn)較好的一種含氮焊絲對(duì)非對(duì)稱(chēng)角度坡口進(jìn)行了探索,建議在坡口設(shè)計(jì)時(shí)高氮鋼的坡口角度略小于高強(qiáng)鋼。對(duì)不同種類(lèi)焊絲進(jìn)行焊接性分析,不含氮焊絲存在氮元素聚集逸出等問(wèn)題,含氮焊絲焊縫的氣孔傾向較大,因此將兩種焊絲組合起來(lái),采用向熔化極氣體保護(hù)焊填絲的方法進(jìn)行焊接,當(dāng)焊絲成分差異較大時(shí)在焊縫中形成了團(tuán)狀組織,與同等含氮量焊接接頭相比,氣孔完全消失,焊接接頭沖擊功提高了62.7%,斷后伸長(zhǎng)率提高了81.1%,但是由于磁偏吹的存在,背面清根后的打底焊道高氮鋼一側(cè)存在熔合不良的現(xiàn)象,采用了含氦40%的保護(hù)氣對(duì)該問(wèn)題進(jìn)行改善,沒(méi)有取得明顯的效果,建議今后研究采用不對(duì)稱(chēng)異形坡口或者磁控電弧對(duì)該問(wèn)題進(jìn)行解決。