两种焊接工艺下304L奥氏体不锈钢力学性能的比较(3)

　　3.6焊缝的冲击性能

　　考虑到焊缝的厚度，制作了3.3mm的小尺寸试样，在室温下进行夏比V型缺口冲击试验。根据试样缺口的加工方向，试样分别命名为BM、L-F(Laser-FZ)、L-H(Laser HAZ)、T-F(TIG-FZ)和T-H(TIG-HAZ)。

　　图6表示在室温冲击试验的冲击吸收功。可见冲击吸收功分布因缺口加工位置而略有不同。在材料的力学性能上，为了提高评价精度，采用概率统计方法，冲击吸收功代表统计变动值，而不是确定值。采用双参数和威布尔分布进行参数估计。

　　不同缺口加工位置的冲击吸收功，以威布尔概率值表示。在概率值上，冲击吸收功可以以直线表示，因此完全符合威布尔概率分布。表4表示威布尔分布中估计的形状参数和尺度参数，以及算术统计得出的标准偏差(Std)、平均值(Mean)和波动系数(COV)。激光和TIG焊接的熔合区和热影响区的几何参数都低于BM的形状参数(40.9)，分散程度大于BM。值得一提的是，T-F和T-H的形状参数分别为16.9和22.7，分散程度严重。

　　尺度参数表示63.2%的特征寿命。对于尺度参数，激光焊接在L-F中出现高于BM的值，而在L-H中则显示较低的值。激光焊接熔合区的冲击吸收能提高，主要归因于快速冷却使得晶粒细化，加之凝固过程中生成的δ-铁素体引起晶界复杂化。

　　激光焊接的热影响区在很窄的范围内生成，使得缺口贯穿相界加工而成。相界作为应力集中区，从而使得L-H具有较低的冲击韧性。TIG焊接时，T-F和T-H都出现了低于BM的尺度参数。TIG焊接的熔合区具有比BM更细微的组织，但还包括由多层焊道产生的粗大晶粒。粗大晶粒发挥了应力集中作用，在T-F中表现低冲击吸收功。TIG焊接热影响区冲击吸收功降低归因于热输入量过大导致晶粒粗大化。如果考虑冲击吸收功，激光焊接比TIG焊接更为有利。

　　为了考察断口形貌，利用扫描电镜观察了冲击断口。图7(a)表示在BM上加工缺口的试样的冲击断口，在断裂部位的中心出现了包含韧窝的延性断口。图7(b)和(c)分别表示在激光和TIG焊接的熔合区上引入缺口的试样的冲击断裂部位。两个断口相比图7(a)更为细微，呈现出密集形状的韧窝，这是因为晶粒细化，具备了韧性相对较高的基体组织。图7(c)中，发现了相对偏深、密集度较低的区域，这是因为TIG焊接的熔合区内存在延性相对不足的粗大化组织。

　　图7(d)和(e)分别表示将缺口引入激光和TIG焊接热影响区的试样断口。两种断口都在断裂部位的边缘出现了典型的剪切唇，并表现出具有细小韧窝的延性断口。与之相反，在断裂部位的中心，呈现出与BM相似的断口，延性相比边缘有相对下降的趋势。

　　4 结论

　　对激光和TIG焊接304L不锈钢的焊缝的显微组织和力学性能进行了评价和比较，得出如下结论：

　　1)激光焊接因钥匙孔机制出现焊透，TIG焊接因传导机制出现焊透。

　　2)激光和TIG焊接的熔合区出现急冷组织，与TIG不同，激光焊接几乎没有出现热影响区。

　　3)激光和TIG焊接的熔合区硬度值高于母材。TIG焊接时，存在硬度低于母材的区域。

　　4)激光焊接时焊缝的抗拉强度和延伸率与母材几乎相似，但TIG焊接时焊缝则低于母材。

　　5)弯曲试验时，激光焊接的焊缝出现1mm以下的小裂纹。

　　6)对冲击功的威布尔分析结果显示，BM出现最小的散布。激光焊接的熔合区在特征寿命方面具有最佳值。

　　在弯曲试验中，激光焊接的焊缝出现裂纹，但在ASME第九卷中提及的3.2mm的允许值以内。除了弯曲性能以外，在拉伸和冲击性能方面，激光焊接均优于TIG焊接。

文章来源：《力学季刊》 网址: http://www.lxjkzz.cn/zonghexinwen/2021/0326/455.html