钨极惰性气体保护焊焊接接头的力学特性



钨极惰性气体保护焊焊接接头的力学特性

不锈钢具有一定的耐腐蚀特性，但对点蚀、应力腐蚀开裂等局部腐蚀的耐腐蚀特性较差。应力腐蚀开裂是限制奥氏体不锈钢使用寿命的最常见原因。含有质量分数为3%Cu的超级304H奥氏体不锈钢具有良好的抗蠕变强度和耐腐蚀特性，因而可用于如经常处于高温、高腐蚀环境中的汽车发动机、船舶等上。然而，在这些材料的使用过程中，不可避免地需要进行焊接处理。焊接可能会恶化材料的腐蚀开裂特性，通过试验对超级奥氏体不锈钢接头的应力腐蚀开裂行为进行研究，焊接采用了钨极惰性气体保护焊。

制造试验样品时，所采用的超级304H奥氏体不锈钢管管外径为57.1mm，壁厚3.5mm。钨级惰性气体保护焊的平均热输入为0.68kJ/mm，选择惰性气体为氩气。之后对试样基材和焊接接头进行恒定载荷下的应力腐蚀开裂试验。整个试验过程按照ASTM G36应力腐蚀开裂测试标准，恒定载荷的值分别设定为基材屈服极限（284.2MPa）和焊接接头屈服极限（349.6MPa）的100%、80%、60%和40%，误差小于±10N。采用线性可变差动变压器测量应变，误差小于1mm。一般情况，材料应力腐蚀开裂行为的发生需要经历较长时间。为了加快试验进程，整个试验在沸腾的、质量分数45%的氯化镁溶液中进行，温度约为155℃。为了观察试验样品的微观结构变化，采用电火花线切割方式对焊接接头进行切割。将切割后的试验样品先在草酸溶液中浸蚀，之后采用超声波对侵蚀试验样品的断裂面进行清洗。利用扫描电子显微镜观察断裂面处的失效形式，利用能量色谱仪分析断裂面处的元素组成。试验结果显示，使用钨极惰性气体保护焊焊接会恶化超级304H奥氏体不锈钢的抗应力腐蚀开裂特性。恶化的主要原因在于，焊接时焊接处热影响区的微观结构发生变化。此外，焊接热循环使基材产生了残余应力，而这一残余应力的值可能超过基材自身的拉伸应力，这也将恶化焊接后材料的应力腐蚀开裂特性。下一步研究将通过在超级304H奥氏体不锈钢中添加少量的Nb和Mo来提高其焊接后的应力腐蚀开裂特性。

刊名：Defence Technology（英）

刊期：2015年第11期

作者：M.Vinoth Kumar

编译：陈丁跃