注：3H210112供态为退火+酸洗；5H210024供态为固溶+酸洗。

表2　试验用材料的室温力学性能

　　　表3　H00Cr12Ni9Mo2Si化学成分　　　　　　%　

注：焊丝直径=1.2mm。

2　试验过程及结果
2.1　焊接性
　　0Cr15Ni5Cu2Ti属于沉淀硬化型马氏体不锈钢。该钢由于含碳量低，马氏体转变温度接近室温，焊缝及附近热影响区为韧性好的低碳马氏体，焊接过程中产生的焊接应力和变形很小，因而焊接接头无形成热裂纹和冷裂纹的倾向，具有优良的焊接工艺性。该不锈钢采用钨极氩弧焊很容易焊接，无需采用特殊的焊接工艺即可获得无缺陷焊缝，故试验采用普通钨极氩弧焊方法进行。
2.2　焊接工艺参数
　　试验时采用自动钨极脉冲氩弧焊，直流正接。参照一般奥氏体不锈钢的焊接工艺参数，通过多次调整试验，最终选定的焊接工艺参数见表4。

表4　主要焊接工艺参数

表5　焊接接头的力学性能及显微硬度

　　注：(1)表中数值含义为。
(2)热处理制度：淬火—960℃，30min，空冷；时效—450℃，1h，空冷；回火—630℃，3h，空冷；退火—630℃，3h，缓冷(炉冷)。

3　结果分析
　　从试验结果发现，退火板材焊接接头在焊态下横断面各区域的维氏硬度值不均匀，焊缝及热影响区的硬度值明显高于基体。因为0Cr15Ni5Cu2Ti不锈钢在空气中冷却即可淬火，焊缝及热影响区在焊后冷却过程中产生了马氏体转变而形成马氏体组织的结果，而此时母材组织仍是珠光体组织。
　　退火板材焊接接头经空冷淬火热处理后焊缝区和热影响区的硬度值显著降低。这是因为该钢含5%左右的Ni，且含碳量低，因而钢中不含铁素体相，马氏体转变温度低。在焊接条件下快速加热与冷却时，焊缝及热影响区基本上是马氏体组织，硬度值较高。接头再经淬火热处理，在空冷条件下钢中增加了残余奥氏体量，使钢软化，导致焊缝及热影响区硬度值明显降低。对于淬火板材，由于焊前已是马氏体加残余奥氏体组织，因而焊后再经淬火热处理，软化程度亦没有退火板材焊接接头剧烈。
　　焊接接头经淬火时效热处理后，金相组织为板条马氏体加二次碳化物析出相(见图1，2)。经淬火时效热处理后，焊接接头被强化，焊缝区硬度略有上升，热影响区和母材硬度显著升高，整个接头横截面各区域的硬度值趋于均匀，接头力学性能显著提高。但同时发现经淬火时效热处理后的材料表面出现了氧化层，证明该钢在400～500℃区间回火确实存在选择性氧化现象。

图1　退火板材焊接接头淬火时效
热处理的金相组织(×500)
Fig.1　Metallurgical structure of quench_aging
heat treatment for welding joint
of annealed sheet (×500)

图2　淬火板材焊接接头淬火时效
热处理的金相组织(×500)
Fig.2　Metallurgical structure of quench_aging
heat treatment for welding joint
of quenched sheet (×500)

　　接头焊后经淬火回火热处理以及退火热处理，接头硬度值及拉伸强度显著下降。这是因为钢在630℃保温3h后，逆变奥氏体量大为增加，它们在空冷至室温时仍然是稳定的，因而导致接头硬度急剧下降，拉伸强度显著降低。在两种热处理状态下接头硬度值存在差异，主要与组织中残留奥氏体量的多少有关。
　　一般，焊接接头在淬火时效状态下的强度极限为母材技术条件规定*保证强度值1?230?MPa的92%～96%。根据试验结果，国产0Cr15Ni5Cu2Ti板材，不论焊前是退火状态还是淬火状态，焊接接头在淬火热处理及淬火时效热处理状态下的强度值均达到了母材技术条件规定的*保证强度值的95%，并且达到了本炉号母材复验值的90%以上。可见，国产材料焊接接头强度不低于俄罗斯材料的水平，是令人满意的。
　　从试验结果还发现，无论是退火板材还是淬火板材，焊接接头焊后经淬火热处理，延伸率均明显下降，未达到母材技术条件规定下限值的要求。为提高国产材料的焊接接头在淬火状态下的延伸率指标，还有待于进一步完善现有的淬火热处理工艺。某型号发动机的焊接件，均不在淬火状态下使用。另外还发现，该钢的力学性能范围较宽，焊后经不同的热处理可获得不同的性能组合，以满足不同使用目的的需要。
　　焊前热处理状态对焊接接头的性能确有影响。从试验结果可见，焊前为退火状态时，焊后接头横截面硬度值不均匀，抗拉强度比焊前为淬火状态的接头强度要低而延伸率要高出许多。但是不管焊前是退火还是淬火状态，焊后进行不同的热处理均可改变焊接接头的性能。
　　依据上述试验结果，采用表4的焊接工艺参数，焊接了首批3台份某型号发动机的燃烧室机匣壳体。经检测，其零件变形小，X射线检验无内部焊接缺陷，焊缝质量符合有关验收技术条件的要求，并通过了发动机试车考核。

4　结束语
　　(1)0Cr15Ni5Cu2Ti不锈钢的焊接工艺性能良好，焊接接头无裂纹倾向，且焊件变形小，无需采用特殊的焊接工艺即可获得优质焊缝。
　　(2)0Cr15Ni5Cu2Ti不锈钢材料在退火、淬火或淬火时效状态下均容易焊接，焊后进行适当的热处理便可获得满意的力学性能。
　　(3)0Cr15Ni5Cu2Ti不锈钢板材用试验确定的焊接工艺参数进行焊接，焊缝成形好，没有裂纹、气孔、未焊透、咬边等缺陷，焊件变形小，且对该型号发动机的燃烧室机匣等零件的焊接通过了试车考核，证实了该工艺是可行的。该焊接工艺不但满足了该型号发动机研制的需要，也为今后该材料的推广应用提供了依据。
　　根据0Cr15Ni5Cu2Ti不锈钢焊接工艺试验的结果，在该型号发动机零件的实际生产中，材料的焊前热处理状态为淬火状态，组合焊接后需进行回火(退火)热处理。

作者单位：南方航空动力机械公司　高级工程师