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-羅伊斯公司引進的材料。主要用于英國“斯貝”MK202發動機高溫部件的制造。該材料擁有良好的強度、韌性和抗氧化性能，已經在多種航空發動機上用于制造高壓導向葉片、高壓進氣匣、壓氣機盤、壓氣機葉片、渦輪軸等零部件。

　　馬氏體不銹鋼在焊后塑性、韌性降低，而強度與硬度增高，殘余應力大，加上材料本身的淬硬傾向大，易導致冷裂紋的出現。因此，有必要對這類合金的相關焊接工藝及焊接機理展開深入研究。南昌航空大學航空制造工程學院的研究者們采用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對焊接接頭性能的影響規律，優化工藝參數。此項研究將有利于降低該材料構件的制造成本和難度，擴展1Cr12Ni3MoVN合金的應用。

　　試驗用材料為1Cr12Ni3MoVN馬氏體不銹鋼板材，調質狀態供貨，厚度為2.5mm，尺寸規格為100mm×300mm。為了保證獲得均一的馬氏體組織，并且在調整成分時不出現δ相，因此必須用奧氏體化元素加以平衡，即應有適量的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。試驗保護氣體選擇純氬氣。

　　試驗焊接設備為林肯SQUAREWAVETIG-355，水冷式焊槍。試驗采用自動填絲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。為了更好地保護焊縫，該試驗焊槍焊前提前5s通保護氣，焊后延時5s斷氣。

　　試驗設計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，通過預試驗初步確定焊接參數范圍：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。試驗結果如下：

　　（1）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工藝參數所獲接頭力學性能最好，接頭抗拉強度達到989MPa，與母材相當。

　　（2）1Cr12Ni3MoVN馬氏體不銹鋼接頭熱影響區回火區軟化，強度、硬度低于母材和焊縫，拉伸試驗時斷裂均發生在熱影響區的回火區。硬度最高值位于焊縫處，約為611HV；最低硬度處于熱影響區的回火區，約為292HV；母材硬度值約為321HV。

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