高铬镍奥氏体焊丝焊接10Ni5CrMoV钢接头组织性能分析

10Ni5CrMoV低合金高强度钢的屈服强度高于700MPa，凭借其高的屈服强度、良好的塑韧性和耐蚀性能，应用于船舶、压力容器等大型设备的制造。10Ni5CrMoV钢焊接时接头产生冷裂纹倾向严重，尤其在大拘束度条件下焊接时，氢致裂纹问题十分突出，严重影响大型结构件的正常使用与安全。

在实际工业生产中，采用等强匹配工艺焊接厚度大、拘束度高的10Ni5CrMoV钢结构，即使采取预热、后热、严格控制焊接材料氢含量等常规减少冷裂纹倾向的措施，冷裂纹也无法避免。因此有必要寻找一种新的抑制冷裂纹的方法，以满足大拘束状态下10Ni5CrMoV高强度钢大厚板结构焊缝致密性的需要。

相关研究表明，氢在奥氏体组织中的溶解度较大，同时奥氏体组织具有良好的塑韧性，高强钢结构件在高拘束度条件下，焊接时若采用比母材10Ni5CrMoV钢强度低的奥氏体钢材料作为填充金属，即“低强匹配”工艺，则可以在牺牲少许焊缝强度的情况下，提高接头韧性，减小接头组织淬硬倾向，降低焊接接头的应力水平，从理论上说可以达到减少和抑制冷裂纹的效果。

哈尔滨工业大学先进焊接与连接国家重点实验室的研究者研制了一种强度低于母材的高铬镍奥氏体不锈钢焊丝，利用该焊丝作为填充金属进行10Ni5CrMoV高强度厚板对接试验，检验焊缝质量，分析对接接头的组织和性能，以期满足实际工程中的技术要求，抑制10Ni5CrMoV钢传统工艺下焊接冷裂纹的产生。

采用的母材为10Ni5CrMoV高强钢，填充金属为自制的高铬镍奥氏体焊丝。此类接头在管板结构中的拘束度最大，故模拟管板结构角焊缝坡口形式，板厚约50mm，开K形坡口，一侧为直边，一侧为50°斜边坡口。对接试验采用立焊方式，先进行脉冲TIG填丝工艺打底焊，正反面焊接两层三道，打底焊完成后再使用MIG焊分别对正反面进行填充盖面。TIG焊和MIG焊所用的焊丝成分基本相同，焊丝直径分别为2.4和1.0mm。TIG焊工艺采用的保护气体为纯氩，MIG焊工艺采用的保护气体为50%Ar+2%N2+48%He。研究结果表明：

（1）采用新研制的低强匹配的奥氏体焊丝焊接10Ni5CrMoV高强钢焊缝成形良好，焊接接头未发现焊接缺陷，焊缝金属均为奥氏体等轴晶组织，熔合区为嵌入式的奥氏体与马氏体的混合，热影响区的粗晶区为马氏体组织。

（2）焊接接头显微硬度以焊缝金属最低，热影响区最高，未出现硬度过高区域和软化区；接头拉伸强度约800MPa。满足技术要求；弯曲试验未出现开裂，焊接接头具有良好的抗变形能力。

（3）焊缝金属系列温度冲击吸收功随温度变化不大，在-80℃时Akv仍在90J以上，熔合线及熔合线外2mm的冲击韧性良好，满足技术要求。