30408不銹鋼焊縫高溫下力學性能研究

采用氬弧焊（GTAM）打底、手工電弧焊（SMAW）填充及蓋面的焊接方法，對接焊接30408不銹鋼板，以測試母材和帶焊縫材料的拉伸性能。結果表明，兩種拉伸試樣在500℃和600℃溫度下均為延性斷裂，而在700℃時帶有焊縫的試樣發生脆性斷裂。此外，兩種試樣溫度越高，強度和塑性越低。在500℃時，母材和帶焊縫試樣的拉伸強度和拉伸應變分別約為405MPa和380MPa以及0.42和0.34；在700℃時，母材和帶焊縫試樣的拉伸強度和拉伸應變分別約為220MPa和180MPa以及0.26和0.11。

30408不銹鋼的焊接性能和延展性能良好，常用于高溫壓力容器和壓力管道，且廣泛應用于化工機械和電器等行業。高溫拉伸試驗主要用來檢測金屬材料不同溫度下的力學性能，且測試時要保證將試樣加熱到所需溫度。國內外學者已經對材料的高溫力學性能進行了研究。例如：Brnic J等研究了304不銹鋼在高溫下力學性能對蠕變的影響，并證明304不銹鋼可以作為耐蠕變的材料；王殊尋等人研究發現，在一定范圍內升高溫度能改善30408不銹鋼的塑性，但溫度升高到600℃時，材料晶界明顯出現弱化現象。本文以30408不銹鋼材料作為研究對象，測試母材和帶焊縫兩種試樣的拉伸性能，對比分析兩種不同試樣在不同高溫下的屈服強度和抗拉強度等力學性能。

1焊接工藝設計

本文采用的材料為固溶處理后的30408不銹鋼板，尺寸為16mm（厚）×100mm（長）×200mm（寬），并采用金屬分析光譜儀測試得到其化學成分含量，如表1所示。取試樣前的母材和帶焊縫材料，如圖1所示。

圖1（b）試板采用GTAM打底且SMAW填充及蓋面的焊接方法，按照表2中的焊接工藝參數對接焊接給定的試板。焊接前，采用機械方法及有機溶劑清理焊絲和焊接部位表面的鐵銹、油漬以及其他污物。

2試樣的制備及試驗裝置

2.1試樣的制備

母材和帶焊縫材料的拉伸試樣取樣位置，如圖2所示，位于厚度中間位置。兩種試樣按照《金屬材料拉伸實驗-高溫實驗方法》GB/T 228.2—2015進行設計和加工，且試樣尺寸為Φ8mm×160mm×M15mm，設計圖紙及試樣加工后的實物分別如圖3和圖4所示。

2.2試驗裝置及試驗方法

高溫拉伸試驗采用MTS 647高溫拉伸材料試驗機，測定兩種不同試樣在500℃、600℃和700℃下的力學性能。

3試驗結果分析

3.1高溫下斷裂方式分析

無焊縫試樣和帶焊縫試樣分別在500℃、600℃以及700℃溫度下拉伸的斷裂宏觀照片如圖7所示。

由圖7（a）可得：母材試樣在高溫拉伸過程中為延性斷裂；斷口為杯錐狀斷口，由纖維區、放射區和表面光滑的剪切唇構成，且溫度越高，斷面收縮率越大[9]。由圖7（b）可知：帶焊縫試樣在500℃和600℃下拉伸的斷口為典型的延性斷裂，而700℃下拉伸的斷裂接近于脆性斷裂,斷口較齊整且位于焊縫處。

3.2高溫下試件的拉伸強度和拉伸應變分析

母材試樣和帶焊縫試樣分別在500℃、600℃以及700℃溫度下拉伸的強度和應變，如圖8所示。

由圖8可知，母材試樣在3個溫度下的拉伸強度分別為405MPa、360MPa和220MPa，拉伸應變分別約為0.42、0.33和0.26；帶焊縫試樣拉伸強度在3個溫度下分別為380MPa、320MPa和180MPa，拉伸應變分別為0.34、0.27和0.11。

通過數據對比，在相同的高溫環境下，母材試樣的拉伸強度和拉伸應變都大于帶焊縫試樣。但是，隨著試驗溫度的升高，兩種試樣的拉伸強度和拉伸應變都將降低。

4結論

本文進行了30408不銹鋼母材試樣和帶焊縫試樣分別在500℃、600℃和700℃溫度下的高溫拉伸試驗，可得出如下結論：

（1）30408不銹鋼母材試樣和帶焊縫試樣在500℃和600℃溫度下的斷裂為延性斷裂，而在700℃溫度下的斷口較平整；

（2）通過數據對比，在相同的高溫環境下，母材試樣的拉伸強度和拉伸應力都大于帶焊縫試樣；

（3）隨著試驗溫度的升高，兩種試樣的拉伸強度和拉伸應力均降低。