搅拌摩擦焊(Friction Stir Welding,FSW)技术是二十世纪九十年代初发明的有别于传统熔化焊技术的新型固态连接技术,该技术具有设备简单、低能耗、固态连接焊接接头焊接缺陷(如缩孔、气孔、脆化和裂纹)产生的概率明显低于常规焊接方法的特点;由于焊接温度低于材料的熔点,因此产生的接头变形小、残余应力低,接头的力学性能优良;基于上述优点,为不锈钢作等工程结构材料在制造领域的广泛应用开辟了一条新的途径。本文以特超级双相不锈钢2707为试验材料,对其进行焊接速度为100mm/min,搅拌工具旋转速度分别为200 rpm、300 rpm、400 rpm和500 rpm的搅拌摩擦焊试验,系统研究了不同焊接工艺参数下2707双相不锈钢搅拌摩擦焊焊接接头的组织、力学性能及耐蚀性,主要结论如下:(1)研究了四种焊接工艺参数下2707双相不锈钢微观组织转变及其对力学性能和耐蚀性能的影响,总结出2707双相不锈钢的最佳焊接工艺参数为400 rpm,焊接接头的综合性能优于母材。(2)分析了四种转速下2707双相不锈钢搅拌摩擦焊焊接接头焊缝宏观表面形貌,结果表明转速为200 rpm时得到的焊接接接头表面粗糙;转速为300 rpm~500 rpm时,焊接接头的表面平整光滑,表面成型性良好。(3)转速为200 rpm和300 rpm的试样,由于转速较低导致热输入较低,焊缝表面达到的峰值温度对应为978℃和1018℃,均处于σ相析出的敏感温度区间,焊缝中析出了大量的σ相。转速达到400 rpm和500 rpm时,可抑制焊接接头中σ相的析出。σ析出相有两种析出机制,一是正常的通过共析反应δ→σ+γ2;另一种是由大变形引起的通过γ→σ转变而来。(4)四种转速下形成的焊接接头拉伸试验结果表明,焊接接头的强度均高于母材。200 rpm和300 rpm时焊接接头拉伸试样的断裂位置分别位于母材和热影响区,焊接接头横截面组织观察发现转速为200rpm时由于热输入较低导致产生未焊透;同时这两种焊接速度下接头中均出现的脆性σ析出相,使得焊接接头成为拉伸变形过程中的薄弱位置;转速为400 rpm和500rpm时,焊接接头未发现缩孔、气孔和裂纹等焊接缺陷,且焊缝组织中没有形成σ相,焊接接头拉伸试验的断裂位置发生于母材。(5)搅拌摩擦焊焊接技术避免了传统熔化焊易使双相不锈钢焊接接头焊缝区组织粗大和热影响区铁素体含量高等问题。转速为400 rpm时焊接接头不同区域铁素体含量含量均在50~54%之间变化,与母材铁素体含量相当。焊缝区再结晶组织的研究表明,转速300 rpm~500 rpm时焊缝区的铁素体相和奥氏体相均发生了动态再结晶,随着转速的升高,晶粒尺寸逐渐变大;三种焊接参数下焊缝区的晶粒尺寸都小于母材,得到的焊接接头的显微硬度和强度均高于母材。(6)通过动电位极化曲线测试和阻抗谱测试结果来看,转速为200 rpm和300 rpm时,在3.5%NaCl溶液试验条件下焊缝区域耐蚀性弱于母材,主要是由于大量σ相析出引起的;而400 rpm时,焊缝的整体耐蚀性优于母材,主要是由于动态再结晶形成了细小的等轴晶粒的结果。