1Cr12Ni3MoVN不銹鋼板材TIG焊接工藝及接頭性能

1Cr12Ni3MoVN（S/SJ2）是中國從英國羅爾斯-羅伊斯公司引進(jìn)的材料。主要用于英國“斯貝”MK202發(fā)動機(jī)高溫部件的制造。該材料擁有良好的強(qiáng)度、韌性和抗氧化性能，已經(jīng)在多種航空發(fā)動機(jī)上用于制造高壓導(dǎo)向葉片、高壓進(jìn)氣匣、壓氣機(jī)盤、壓氣機(jī)葉片、渦輪軸等零部件。

　　馬氏體不銹鋼在焊后塑性、韌性降低，而強(qiáng)度與硬度增高，殘余應(yīng)力大，加上材料本身的淬硬傾向大，易導(dǎo)致冷裂紋的出現(xiàn)。因此，有必要對這類合金的相關(guān)焊接工藝及焊接機(jī)理展開深入研究。南昌航空大學(xué)航空制造工程學(xué)院的研究者們采用TIG焊焊接2.5mm厚1Cr12Ni3MoVN馬氏體不銹鋼板材，研究不同焊接工藝參數(shù)對焊接接頭性能的影響規(guī)律，優(yōu)化工藝參數(shù)。此項(xiàng)研究將有利于降低該材料構(gòu)件的制造成本和難度，擴(kuò)展1Cr12Ni3MoVN合金的應(yīng)用。

　　試驗(yàn)用材料為1Cr12Ni3MoVN馬氏體不銹鋼板材，調(diào)質(zhì)狀態(tài)供貨，厚度為2.5mm，尺寸規(guī)格為100mm×300mm。為了保證獲得均一的馬氏體組織，并且在調(diào)整成分時不出現(xiàn)δ相，因此必須用奧氏體化元素加以平衡，即應(yīng)有適量的C、Mn、Ni、N。故選擇具有耐高溫和抗氧化性能的ER410NiMo焊絲作為填充材料，焊絲直徑選擇2.0mm。試驗(yàn)保護(hù)氣體選擇純氬氣。

　　試驗(yàn)焊接設(shè)備為林肯SQUAREWAVETIG-355，水冷式焊槍。試驗(yàn)采用自動填絲TIG焊，接頭形式為對接焊，接頭坡口形式為Ⅰ形坡口，單面焊雙面成形。為了更好地保護(hù)焊縫，該試驗(yàn)焊槍焊前提前5s通保護(hù)氣，焊后延時5s斷氣。

　　試驗(yàn)設(shè)計(jì)主要考慮焊接電流與焊接速度對接頭的影響。采用直流正接焊接電流，通過預(yù)試驗(yàn)初步確定焊接參數(shù)范圍：焊接電流80～130A，氣體流量8～16L/min，弧長1～3mm，噴嘴與工件的距離為10～12mm，接頭對接間隙為0.1～0.5mm。焊接速度分別取0.95mm/s和2.33mm/s。試驗(yàn)結(jié)果如下：

　?。?）用ER410NiMo焊絲焊接2.5mm1Cr12Ni3MoVN馬氏體不銹鋼板材時，采用焊接電流為96A，焊接速度為0.95mm/s，送絲速度為1mm/s工藝參數(shù)所獲接頭力學(xué)性能最好，接頭抗拉強(qiáng)度達(dá)到989MPa，與母材相當(dāng)。

　?。?）1Cr12Ni3MoVN馬氏體不銹鋼接頭熱影響區(qū)回火區(qū)軟化，強(qiáng)度、硬度低于母材和焊縫，拉伸試驗(yàn)時斷裂均發(fā)生在熱影響區(qū)的回火區(qū)。硬度最高值位于焊縫處，約為611HV；最低硬度處于熱影響區(qū)的回火區(qū)，約為292HV；母材硬度值約為321HV。

　　（3）焊縫組織為鑄態(tài)的板條馬氏體，熱影響區(qū)中的完全淬火區(qū)組織為粗大的板條馬氏體組織，不完全淬火區(qū)組織為板條馬氏體-鐵素體組織，回火區(qū)組織為高溫回火索氏體，母材組織為回火索氏體。