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鎢極惰性氣體保護焊焊接接頭的力學(xué)特性

不銹鋼具有一定的耐腐蝕特性，但對點蝕、應(yīng)力腐蝕開裂等局部腐蝕的耐腐蝕特性較差。應(yīng)力腐蝕開裂是限制奧氏體不銹鋼使用壽命的最常見原因。含有質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%Cu的超級304H奧氏體不銹鋼具有良好的抗蠕變強度和耐腐蝕特性，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)動機、船舶等上。然而，在這些材料的使用過程中，不可避免地需要進行焊接處理。焊接可能會惡化材料的腐蝕開裂特性，通過試驗對超級奧氏體不銹鋼接頭的應(yīng)力腐蝕開裂行為進行研究，焊接采用了鎢極惰性氣體保護焊。

制造試驗樣品時，所采用的超級304H奧氏體不銹鋼管管外徑為57.1mm，壁厚3.5mm。鎢級惰性氣體保護焊的平均熱輸入為0.68kJ/mm，選擇惰性氣體為氬氣。之后對試樣基材和焊接接頭進行恒定載荷下的應(yīng)力腐蝕開裂試驗。整個試驗過程按照ASTM G36應(yīng)力腐蝕開裂測試標(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。采用線性可變差動變壓器測量應(yīng)變，誤差小于1mm。一般情況，材料應(yīng)力腐蝕開裂行為的發(fā)生需要經(jīng)歷較長時間。為了加快試驗進程，整個試驗在沸騰的、質(zhì)量分?jǐn)?shù)45%的氯化鎂溶液中進行，溫度約為155℃。為了觀察試驗樣品的微觀結(jié)構(gòu)變化，采用電火花線切割方式對焊接接頭進行切割。將切割后的試驗樣品先在草酸溶液中浸蝕，之后采用超聲波對侵蝕試驗樣品的斷裂面進行清洗。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。試驗結(jié)果顯示，使用鎢極惰性氣體保護焊焊接會惡化超級304H奧氏體不銹鋼的抗應(yīng)力腐蝕開裂特性。惡化的主要原因在于，焊接時焊接處熱影響區(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)力腐蝕開裂特性。下一步研究將通過在超級304H奧氏體不銹鋼中添加少量的Nb和Mo來提高其焊接后的應(yīng)力腐蝕開裂特性。

刊名：Defence Technology（英）

刊期：2015年第11期

作者：M.Vinoth Kumar

編譯：陳丁躍