鎢極惰性氣體保護(hù)焊焊接接頭的力學(xué)特性

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鎢極惰性氣體保護(hù)焊焊接接頭的力學(xué)特性

不銹鋼具有一定的耐腐蝕特性，但對(duì)點(diǎn)蝕、應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂等局部腐蝕的耐腐蝕特性較差。應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂是限制奧氏體不銹鋼使用壽命的最常見(jiàn)原因。含有質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%Cu的超級(jí)304H奧氏體不銹鋼具有良好的抗蠕變強(qiáng)度和耐腐蝕特性，因而可用于如經(jīng)常處于高溫、高腐蝕環(huán)境中的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)、船舶等上。然而，在這些材料的使用過(guò)程中，不可避免地需要進(jìn)行焊接處理。焊接可能會(huì)惡化材料的腐蝕開(kāi)裂特性，通過(guò)試驗(yàn)對(duì)超級(jí)奧氏體不銹鋼接頭的應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂行為進(jìn)行研究，焊接采用了鎢極惰性氣體保護(hù)焊。

制造試驗(yàn)樣品時(shí)，所采用的超級(jí)304H奧氏體不銹鋼管管外徑為57.1mm，壁厚3.5mm。鎢級(jí)惰性氣體保護(hù)焊的平均熱輸入為0.68kJ/mm，選擇惰性氣體為氬氣。之后對(duì)試樣基材和焊接接頭進(jìn)行恒定載荷下的應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂試驗(yàn)。整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程按照ASTM G36應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，恒定載荷的值分別設(shè)定為基材屈服極限（284.2MPa）和焊接接頭屈服極限（349.6MPa）的100%、80%、60%和40%，誤差小于±10N。采用線性可變差動(dòng)變壓器測(cè)量應(yīng)變，誤差小于1mm。一般情況，材料應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂行為的發(fā)生需要經(jīng)歷較長(zhǎng)時(shí)間。為了加快試驗(yàn)進(jìn)程，整個(gè)試驗(yàn)在沸騰的、質(zhì)量分?jǐn)?shù)45%的氯化鎂溶液中進(jìn)行，溫度約為155℃。為了觀察試驗(yàn)樣品的微觀結(jié)構(gòu)變化，采用電火花線切割方式對(duì)焊接接頭進(jìn)行切割。將切割后的試驗(yàn)樣品先在草酸溶液中浸蝕，之后采用超聲波對(duì)侵蝕試驗(yàn)樣品的斷裂面進(jìn)行清洗。利用掃描電子顯微鏡觀察斷裂面處的失效形式，利用能量色譜儀分析斷裂面處的元素組成。試驗(yàn)結(jié)果顯示，使用鎢極惰性氣體保護(hù)焊焊接會(huì)惡化超級(jí)304H奧氏體不銹鋼的抗應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂特性。惡化的主要原因在于，焊接時(shí)焊接處熱影響區(qū)的微觀結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。此外，焊接熱循環(huán)使基材產(chǎn)生了殘余應(yīng)力，而這一殘余應(yīng)力的值可能超過(guò)基材自身的拉伸應(yīng)力，這也將惡化焊接后材料的應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂特性。下一步研究將通過(guò)在超級(jí)304H奧氏體不銹鋼中添加少量的Nb和Mo來(lái)提高其焊接后的應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂特性。

刊名：Defence Technology（英）

刊期：2015年第11期

作者：M.Vinoth Kumar

編譯：陳丁躍