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304奥氏体不锈钢具有优良的耐腐蚀性能,良好的综合力学性和优良的可焊性被广泛应用于压力容器、核电、管道、机械及船舶制造等行业。但随着板厚的增加,特别是中厚板,焊缝一次成型的难度也相应增加,而且焊接质量难以保证。为了提高中厚板304不锈钢等离子弧焊接接头可靠性,本文选取10mm厚304不锈钢,研究不同热输入条件下等离子弧焊焊接接头的显微组织、力学性能、耐蚀性,并研究固溶处理和焊后热处理对焊接接头组织及性能的影响规律。研究了焊接热输入对焊接接头组织、力学性能及耐蚀性的影响,并以抗拉强度为优化目标进行正交试验,对焊接工艺参数进行优化。研究结果表明:随着焊接热输入的增加,焊缝区6铁素体含量逐渐减少,热影响区粒径明显长大,(Fe,Cr)23C6碳化物沿奥氏体晶界析出;随着焊接热输入的升高,抗拉强度逐渐减小。焊缝的冲击韧性高于热影响区,焊接热输入越高,焊缝和热影响区断口均表现出表面变平整,韧窝变小而浅。焊缝区和热影响区硬度升高,焊缝区的硬度始终最高:焊接热输入越高,耐蚀性越差,焊接热输入的增高,焊缝的冷却速率降低;正交试验因子对抗拉强度的影响顺序为焊接电流、等离子气流量、焊接速度,其最优的工艺参数组合为:等离子气流量5.6L/min;焊接电流270A;焊接速度180mm/min。通过回归分析建立试验焊接工艺参数与抗拉强度之间的回归方程。研究了固溶处理温度对接头组织及性能的影响。结果表明:随固溶时间的延长,焊缝和热影响区5铁素体含量减少,热影响区和母材组织粗化,焊缝、热影响区和母材存在的(Fe,Cr)23C6随着固溶时间的延长逐渐溶解,焊缝在950℃、1000℃、1050℃条件下,耐蚀性随着固溶时间的延长逐渐提高,1100℃和1150℃时,耐蚀性随固溶时间的延长呈下降趋势。母材的耐蚀性随固溶时间的延长呈上升趋势。焊缝区、热影响区和母材区的硬度均在下降,焊缝硬度下降趋势为先快后慢;随固溶温度的升高,焊缝及热影响区6铁素体溶解速率增大,热影响区和母材区晶粒生长速率变大,(Fe,Cr)23C6等碳化物溶解速率加快,焊缝耐蚀性呈先上升后下降的趋势,母材耐蚀性逐渐上升,1000℃处理2小时,焊缝耐蚀性最佳。焊缝、热影响区、母材的硬度随着热处理温度的升高呈下降趋势。研究了焊后热处理时间和温度对接头组织及性能的影响规律。结果表明:随着焊后热处理时间的延长,焊缝和热影响区组织中铁素体含量减少,焊缝组织中析出少量的(Fe,Cr)23C6,热处理时间越长,析出相越多,母材组织随时间的增长析出物的数量渐渐增多,焊缝和母材的自腐蚀电位和点蚀电位逐渐降低,耐蚀性下降。500℃和700℃条件下,抗拉强度逐渐递减,900℃抗拉强度随热处理时间的延长基本不变,断裂位置均发生在热影响区,拉伸断口的断裂机制为微空聚集型断裂。焊后900℃热处理后,焊缝和母材耐蚀性最好,700℃的耐蚀性最低,700℃热处理条件下抗拉强度和屈服强度最低。