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奥氏体不锈钢具有良好的耐蚀性和低温韧性等,被应用于石化管道、核电建设、船舶及机械制造等行业。但其导热系数小、线胀系数大,采用一般电弧焊工艺时易造成较大残余应力、接头热裂纹及晶粒粗化等,厚板件的焊接质量问题尤为突出。因此,有必要对不锈钢中厚板的高效焊接进行深入研究。应变强化能提高奥氏体不锈钢的屈服强度,有节能降耗的特点,在各类低温液化气体的储运容器中有广泛的应用前景。目前,奥氏体不锈钢应变强化的研究主要针对母材,接头强化的报道较少,特别是焊缝、热影响区、母材等不同区域微观强化效应和低温强韧性的分析不足。本文针对如何实现奥氏体不锈钢中厚板的高效焊接及接头应变强化后的低温强韧性等问题进行了研究。采用不同焊接热输入的等离子弧焊和氩弧焊的组合焊方法(PAW+GTAW)对12mm厚304不锈钢板进行直Y坡口对接试验,并对接头进行室温9%预拉伸强化试验。通过组合焊接头组织性能的分析,建立焊接热输入与组织、拉伸、冲击及耐蚀性之间的内在联系;利用预拉伸强化试验探讨应变量对接头组织、强度及-196℃低温冲击韧性的影响,并分析低温冲击后试样的显微组织变化和显微硬度分布。304不锈钢PAW+GTAW组合焊工艺试验表明,焊缝截面呈T字型。焊缝组织是奥氏体与铁素体,存在骨骼状及板条状的δ-铁素体。热影响区由奥氏体和短板状铁素体组成,铁素体沿晶界自熔合区向母材延伸生长。随焊接热输入(20.0～24.2kJ/cm)的增加,焊缝枝晶方向性更明显,枝晶大小及间距变化不大;焊道交界区的羽毛状铁素体消失,析出细长条状的奥氏体;组合焊接头显微硬度从焊缝中心向母材锯齿状递减,22.5kJ/cm热输入时最高;接头室温抗拉强度由700MPa增至709MPa;焊缝室温冲击吸收功由281J降至269J,热影响区表现不同,最小值接近母材205J。GTAW侧焊缝的耐蚀性最优,热影响区最差;PAW侧焊缝的耐蚀性随热输入的增加而略增加。焊接热输入为21.7kJ/cm的组合焊接头经9%预拉伸应变强化试验表明,接头各区域的形变率呈非均质变化,焊缝约4%～5%,热影响区约12%。应变强化接头焊缝晶粒细化,热影响区生成少量形变马氏体。应变强化接头焊缝显微硬度较未强化的降低,热影响区及母材提高,即应变强化使接头显微硬度的分布均匀化。应变强化接头室温抗拉强度是804MPa,比未强化提高1OOMPa;强化接头-196℃低温抗拉强度为1677MPa,是强化接头室温值的两倍多。应变强化接头焊缝-196℃低温冲击吸收功比未强化的降低21J,热影响区降低31J。应变强化不仅能提高组合焊接头的强度,还能保持良好的低温韧性。由应变强化接头20℃室温、-196℃低温冲击和拉伸断口的形貌分析知,焊缝低温冲击断口以大韧窝为主,韧窝较浅,存在二次裂纹,热影响区有台阶及河流花样。即应变强化降低了接头的低温韧性,断裂机制由韧窝向韧窝+解理转变。应变强化接头室温拉伸断口有颈缩现象,低温断口平坦,且随拉伸试验温度的降低,韧窝深度和尺寸均随之减小。304不锈钢母材、组合焊接头及应变强化接头经-196℃低温冲击试验后的组织分析表明,焊缝无明显变化;热影响区和母材的原奥氏体晶界模糊,晶粒被割裂,呈平行或交叉分布。母材低温冲击后,显微硬度最小约提高40HV0.5。组合焊接头低温冲击后,焊缝显微硬度降低,热影响区提高。应变强化接头低温冲击后,焊缝和热影响区的显微硬度与未冲击前的接近。