浙江至德鋼業有限公司采用不同的焊接熱輸入對φ48.26mm×10.16mm的304不銹鋼焊管進行焊接。通過抗拉試驗、沖擊試驗、金相分析等方法，研究了不同焊接熱輸入對304不銹鋼焊管組織和力學性能的影響。結果表明：隨著焊接熱輸入的增大，304不銹鋼焊管的抗拉強度和低溫沖擊性能先增大后減小，在焊接熱輸入18.09kJ/cm和22.90kJ/cm下焊接接頭具有最優的綜合性能，焊接接頭組織主要為鐵素體和珠光體，隨著焊接熱輸入增大，鐵素體逐漸減少而珠光體逐漸增多。隨著石油天然氣工業的不斷發展，市場對天然氣壓縮機的排氣壓力要求越來越高，除了對壓縮機的主機部件有較高的質量要求外，對工藝管線的強度、韌性和焊接性提出了愈來愈高的要求。鋼管在焊接過程中，焊材和鋼管會被強電流瞬間加熱到高溫熔化，然后迅速由液體結晶凝固成固體，此過程伴隨著組織形態、類別、分布等的改變，因此在不同熱輸入下焊接的SA106C鋼表現出不同的綜合力學性能。在實際生產中，焊接熱輸入的大小與生產效率往往是矛盾的，為了兼顧效率和質量，有必要通過試驗，確定最佳焊接熱輸入區間值，指導實際現場焊接。

一、試驗材料與方法

 1. 試驗材料

  本試驗母材為φ48.26mm×10.16mm的304不銹鋼焊管，供貨狀態為正火，組織為鐵素體加珠光體，其化學成分和力學性能分別如表所示。

 2. 試驗方法

  將φ48.26mm×10.16mm的304不銹鋼焊管，切割成長度為150mm的若干管段，在車床上將鋼管管段一端按圖進行加工，然后打磨坡口及內外兩側30mm范圍內的銹跡、油污等雜質，直至露出金屬光澤。采用GTAW焊接方法，焊絲為φ2.4mm的ER50-G，氬氣流量為12L/min，分別在不同熱輸入下14.40kJ/cm、18.09kJ/cm、22.90kJ/cm、25.10kJ/cm對304不銹鋼焊管進行焊接。

 3. 檢驗方法

 依據GB/T 228-2010《金屬材料拉伸試驗》，室溫拉伸試驗在SHT4605型60t微機控制電液伺服萬能試驗機上進行；依據GB/T 229-2007《金屬材料夏比擺錘沖擊試驗方法》，沖擊試驗在ZBC2302-C擺錘式沖擊試驗機上進行，沖擊試驗溫度為-30℃，試樣尺寸為7.5mm×10mm×55mm；依據GB/T 13298-2015《金屬顯微組織檢驗方法》，焊接接頭焊縫金屬顯微組織在OLYMPUS GX-71F金相顯微鏡上觀察。

二、試驗結果及討論

 1. 焊接熱輸入對力學性能的影響

  不同焊接熱輸入對304不銹鋼焊管焊接接頭的抗拉強度、屈服強度和低溫沖擊功見表所示，從表可以看出，隨著焊接熱輸入的增大，抗拉強度、屈服強度和焊縫沖擊性能都有先增大后減小的趨勢。四種熱輸入下的性能測試說明，焊接過程中，焊接熱輸入過小和過大對力學性能都有不利的影響。可以預測，在焊接熱輸入18.09kJ/cm~22.90kJ/cm下304不銹鋼焊管焊接接頭力學性能具有最優值。

  2. 顯微組織分析

  不同焊接熱輸入下304不銹鋼焊管焊接接頭焊縫金屬顯微組織如圖所示，從圖可以看出，隨著焊接熱輸入的增加，焊縫金屬顯微組織的類型、形態和分布各不相同。圖焊縫組織為大量條狀鐵素體和珠光體；圖的組織主要為大量條狀、塊狀鐵素體和珠光體、少量細針狀的鐵素體、鐵素體并不是貫穿于珠光體之間，而是成塊狀或條狀連續分布。圖為塊狀鐵素體和珠光體、且有魏式組織存在。從圖可以看出，隨著焊接熱輸入的增加，鐵素體的含量逐漸減少，珠光體逐漸增多。焊縫金屬中針狀鐵素體組織時，焊縫金屬在保證強度的同時，具備較好低溫沖擊韌性，針狀鐵素體在奧氏體晶內形核、長大，具有細化奧氏體晶粒、提高多道焊焊縫金屬和焊接熱影響區韌性的作用。針狀鐵素體中具有細小的亞晶結構和高密度的可移動位錯，易于實現多滑移，有益于性能的提高，這與表中力學性能變化趨勢相一致。

 不同焊接熱輸入下304不銹鋼焊管焊接接頭熱影響區顯微組織如圖所示，從圖可以看出，隨著焊接熱輸入的增加，晶粒大小不一致。隨著焊接熱輸入的增加，熱影響區的粗晶區處在以上，在高溫區停留時間長，奧氏體晶粒迅速長大，粗化嚴重，韌性下降，與表中的數據相一致。

三、結論

 1. 隨著焊接熱輸入的增加，304不銹鋼焊管焊接接頭抗拉強度、屈服強度和低溫沖擊功有先增大后減小的趨勢。

 2. 采用GTAW焊接方法焊接φ48.26mm×10.16mm的304不銹鋼焊管，隨著焊接熱輸入的增加，焊接接頭熱影響區晶粒尺寸有逐漸增大的趨勢。

 3. 在焊接熱輸入18.09kJ/cm和22.90kJ/cm下焊接φ48.26mm×10.16mm的304不銹鋼焊管，焊接接頭具有較優的綜合力學性能。