采用镍基和奥氏体焊材焊接Cr13钢焊接接头性能

　　使用TIG焊焊接Cr13高纯度铁素体不锈钢，可防止在焊接过程中熔融金属吸氮、碳，焊接接头性能降低，且焊接电流较小，可减小Cr13钢热影响区脆化的倾向[7-9].采用不同焊接材料对Cr13钢进行TIG焊接，通过无损检测、显微组织、力学性能和耐腐蚀性能试验，比较ER309L氩弧焊丝和ERNi-CrFe-3镍基焊丝对焊接接头组织和性能的影响，为Cr13钢焊接材料的选择提供理论依据.

　　图1焊接接头坡口示意图(mm)

　　如图2所示，利用线切割方法对焊接接头进行非标准取样，在垂直焊缝方向留2mm作微观金相和对应位置的断口分析.选用三氯化铁盐酸水溶液和苦味酸溶液对接头试样进行腐蚀，采用OlympusPMG3型金相显微镜和FEIQuanta200型扫描电镜观察试样的显微组织，并观察试样断口的微观形貌；采用HXS-1000A型显微硬度仪测试接头的显微硬度，沿垂直熔合线方向每隔200m进行测试；用电化学分析仪，测定焊接接头在6%(质量分数)的氯化铁溶液中的极化曲线，得到自腐蚀电位Ecoor和自腐蚀电流Icoor，电极采用常规的三电极体系，参比电极为标准饱和甘汞电极，辅助电极为铂电极，焊接接头试样作为研究电极，试验在室温下进行测量，用三电极动电位扫描，扫描速度为0.05mV/s.

　　Table1Chemicalcompositionsofbasemetalandweldingmaterials

　　表2焊接工艺参数

　　工艺焊接电流I/A焊接电压U/V焊接速度v/(mmmm-1)保护气体流量q/(Lmin-1)焊层厚度d/mm平均焊接热输入E/(Jmm-1)直流正接纯氩保护气体(≥99.95%)115～1209～1270～90151.5～2.012.34

　　Fig.2Sketchmapofmicrometallographicandfracturesampling

　　A试样焊缝由奥氏体组织和铁素体组织组成，铁素体均匀分布在奥氏体基体中，枝晶形态主要为骨架状和板条状.从显微组织看，TIG焊缝组织的凝固模式为FA模式，即铁素体为凝固初始相，奥氏体在初始铁素体枝晶间形成，奥氏体-铁素体晶界凹凸不平，可抑制裂纹的扩展，且细小均匀的骨架状、板条状铁素体组织在焊缝中可起弥散强化作用.

　　图4为两组焊材的TIG焊缝组织的SEM形貌图，A试样中可清晰观察到骨架状铁素体枝晶在奥氏体基体上均匀分布，B试样中无铁素体组织，有少量的白色析出物在奥氏体基体弥散上分布，与光学显微镜的观察结果相对应.

　　Fig.3Microstructureofweldedjoints

　　Fig.4SEMresultsofweldingmetal

　　图5焊接接头显微硬度分布

　　表3为两组试样的拉伸、弯曲试验结果，两种焊材的焊接接头抗拉强度值基本相等，均断裂于母材，说明焊材的强度级别比母材要高，焊接接头属于高强匹配，说明TIG焊接方法和两种焊接材料均能满足实际需要.在室温下对各试件焊接接头取样进行横向面弯试验，对焊接接头进行宏观观察，并对试样的弯曲面用放大镜仔细观察，均未发现裂纹和裂口，以及其他形式的缺陷，说明焊接接头有足够的塑性，面弯性能合格.

　　表3拉伸和弯曲试验结果

　　试件焊接材料抗拉强度Rm/MPa断口状况面弯AER309L464.5母材断，有分层合格BERNiCrFe-3465母材断，有分层合格

　　图6冲击试验结果

　　图7为A，B试样焊缝的断口扫描电镜形貌，呈等轴韧窝，属于穿晶韧性断裂，表明焊缝的塑性较好；热影响区断口呈河流花样，属于解理脆性断裂.B试样焊缝断口韧窝呈现方向性排列，韧窝呈条状，各条状韧窝之间距离大概为10m，与显微组织中呈方向性排列的树枝状晶尺寸对应.由图7c和7f可看出，B试样的焊缝断口韧窝比A韧窝浅，且各韧窝边缘形成条状尖棱，故韧性比奥氏体焊材的A焊缝韧性差，与冲击韧性试验结果对应.两个试样焊缝韧窝底部均未发现明显的第二相粒子.

　　图7焊接试样SEM断口形貌

　　对A，B试样的焊缝以及Cr13母材在6%FeCl3溶液中进行耐电化学腐蚀试验，用Origin软件作的极化曲线如图8所示，对应的自腐蚀电位Ecoor和自腐蚀电流Icoor如表4所示.

　　Fig.8Polarizationcurvesofbasemetalandweldmetalin6%FeCl3solution

　　Table4Electrochemicalcorrosioneigenvalueofbasemetalandweldmetal

　　自腐蚀电位Ecorr越负，自腐蚀电流Icorr越大，材料发生电化学腐蚀的倾向越大[10].各试样自腐蚀电位Ecorr大小依次为B焊缝、A焊缝、Cr13母材；各试样自腐蚀电流Icorr大小依次为Cr13母材、A焊缝、B焊缝.因此各测试试样耐电化学腐蚀性能优劣依为B焊缝、A焊缝、Cr13母材.

　　各焊接试样的焊缝金属的耐电化学腐蚀性能均好于母材，一方面，从成分来看，两种焊材的焊缝金属均含有较高的Cr，Ni元素含量；另一方面，309L焊材的焊缝组织为铁素体均匀分布在奥氏体基体中，ERNiCrFe-3焊材的焊缝组织为近似于单相的奥氏体组织，而母材的组织为成轧制方向分布的马氏体组织存在于铁素体晶粒周围，相对于焊缝晶粒较粗大且不均匀.所以试样的成分和显微组织决定了焊缝的抗腐蚀性能好于母材.

　　(1)采用奥氏体焊材和镍基焊材的TIG焊Cr13铁素体不锈钢焊接接头未发现明显的焊接缺陷，焊接接头属于高强匹配，弯曲性能合格，说明两种焊接材料均能满足实际需要.

　　周石平表示，下一步市场监管部门将持续推进特殊食品审评审批改革，进一步清晰界定保健食品范围，突出食品定位，聚焦产品安全性审查，加大原料和功能目录制定力度，逐步扩大产品备案范围。同时，将加快推进特殊医学用途配方食品注册工作，力争在年底前实现1岁以下特殊医学用途配方食品产品类别全覆盖的目标。

　　(3)镍基焊材试样在热影响区附近显微硬度波动比奥氏体焊材小，焊缝硬度比奥氏体焊材高90～110HV；两种焊接接头的HAZ冲击吸收功相近，奥氏体焊材焊缝冲击吸收吸收功接近镍基焊材的2倍，韧性较好.

　　(5)采用ERNiCrFe-3镍基焊材的焊缝在6%FeCl3溶液的耐电化学腐蚀性能要高于奥氏体焊材的焊缝.

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