1Cr12Ni3MoVN不锈钢板材TIG焊接工艺及接头性能

1Cr12Ni3MoVN（S/SJ2）是中国从英国罗尔斯-罗伊斯公司引进的材料。主要用于英国“斯贝”MK202发动机高温部件的制造。该材料拥有良好的强度、韧性和抗氧化性能，已经在多种航空发动机上用于制造高压导向叶片、高压进气匣、压气机盘、压气机叶片、涡轮轴等零部件。

　　马氏体不锈钢在焊后塑性、韧性降低，而强度与硬度增高，残余应力大，加上材料本身的淬硬倾向大，易导致冷裂纹的出现。因此，有必要对这类合金的相关焊接工艺及焊接机理展开深入研究。南昌航空大学航空制造工程学院的研究者们采用TIG焊焊接2.5mm厚1Cr12Ni3MoVN马氏体不锈钢板材，研究不同焊接工艺参数对焊接接头性能的影响规律，优化工艺参数。此项研究将有利于降低该材料构件的制造成本和难度，扩展1Cr12Ni3MoVN合金的应用。

　　试验用材料为1Cr12Ni3MoVN马氏体不锈钢板材，调质状态供货，厚度为2.5mm，尺寸规格为100mm×300mm。为了保证获得均一的马氏体组织，并且在调整成分时不出现δ相，因此必须用奥氏体化元素加以平衡，即应有适量的C、Mn、Ni、N。故选择具有耐高温和抗氧化性能的ER410NiMo焊丝作为填充材料，焊丝直径选择2.0mm。试验保护气体选择纯氩气。

　　试验焊接设备为林肯SQUAREWAVETIG-355，水冷式焊枪。试验采用自动填丝TIG焊，接头形式为对接焊，接头坡口形式为Ⅰ形坡口，单面焊双面成形。为了更好地保护焊缝，该试验焊枪焊前提前5s通保护气，焊后延时5s断气。

　　试验设计主要考虑焊接电流与焊接速度对接头的影响。采用直流正接焊接电流，通过预试验初步确定焊接参数范围：焊接电流80～130A，气体流量8～16L/min，弧长1～3mm，喷嘴与工件的距离为10～12mm，接头对接间隙为0.1～0.5mm。焊接速度分别取0.95mm/s和2.33mm/s。试验结果如下：

　　（1）用ER410NiMo焊丝焊接2.5mm1Cr12Ni3MoVN马氏体不锈钢板材时，采用焊接电流为96A，焊接速度为0.95mm/s，送丝速度为1mm/s工艺参数所获接头力学性能最好，接头抗拉强度达到989MPa，与母材相当。

　　（2）1Cr12Ni3MoVN马氏体不锈钢接头热影响区回火区软化，强度、硬度低于母材和焊缝，拉伸试验时断裂均发生在热影响区的回火区。硬度最高值位于焊缝处，约为611HV；最低硬度处于热影响区的回火区，约为292HV；母材硬度值约为321HV。

　　（3）焊缝组织为铸态的板条马氏体，热影响区中的完全淬火区组织为粗大的板条马氏体组织，不完全淬火区组织为板条马氏体-铁素体组织，回火区组织为高温回火索氏体，母材组织为回火索氏体。