TIG焊接电流对生物医用高氮奥氏体不锈钢接头组织与力学性能的影响

摘要

针对高氮奥氏体不锈钢焊接过程中组织稳定性与力学性能匹配问题，采用非熔化极惰性气体钨极保护焊TIG自熔对接焊工艺，在焊接速度和保护气体条件保持恒定的前提下，以焊接电流为主要变量，系统研究其对焊接接头组织分区特征、Cr₂N氮化物析出行为及力学性能演化规律的影响。结果表明，焊接接头均形成焊缝区、粗晶热影响区和细晶热影响区的典型组织结构，焊接电流显著影响各区域的晶粒特征与组织均匀性。X射线衍射分析显示，在160～200 A条件下焊缝中可检测到Cr₂N析出，而当焊接电流提高至220 A及以上时，Cr₂N衍射峰明显减弱直至消失。结合焊接热循环特征分析认为，较高焊接电流通过改变焊缝区域在Cr₂N析出敏感温区的有效停留时间，对氮化物析出过程形成动力学抑制。力学性能测试结果表明，焊接接头的抗拉强度和冲击韧性随焊接电流变化呈现先降低、后升高再降低的非单调规律，其中在220 A条件下接头获得较优的强韧性匹配。研究表明，焊接电流通过调控Cr₂N析出行为及组织梯度特征，对高氮奥氏体不锈钢焊接接头的组织稳定性与力学性能具有关键影响。

关键词

高氮钢 / TIG焊 / 微观组织 / 力学性能 / 接骨钉 / 医用材料