鎳基合金焊縫異常組織分析

夏從鑫 曹萍 王瑩 譚靜波

摘 要 鎳基焊條對接金相試樣焊縫區(qū)域存在異常組織，但取自同一焊接試料的化學成分分析。采用掃描電鏡及能譜檢驗等方式對異常區(qū)域進行分析，最終確定異常組織為金屬夾雜。

關鍵詞 鎳基合金;焊縫;金屬

在母材牌號為16MnR，焊材牌號為INCONEL Welding Electrode 152M的手工氬弧焊焊條對接試板上取化學成分分析試樣、彎曲試樣、拉伸試樣和金相微觀試樣，但化學成分分析、彎曲試驗、拉伸試驗均滿足技術條件的要求，唯有金相微觀試驗焊縫局部區(qū)域存在異常組織。對存在異常組織的試樣進行分析，1#試樣取自焊態(tài)試板，2#試樣取自熱處理態(tài)試板。

1 理化檢驗

金相微觀試樣經(jīng)磨制、拋光后，焊縫區(qū)使用10%鉻酸水溶液電解浸蝕， 1#、2#試樣在焊縫區(qū)存在局部組織異常的現(xiàn)象，如圖1、2所示。將1#和2#試樣異常組織的心部區(qū)域進行能譜分析，化學成分（重量百分比）結果見表1。

2 分析與討論

（1）由圖1和圖2可以看出，1#、2#試樣的異常組織存在于焊縫的不同位置，且一個取自于焊態(tài)。另一個取自于熱處理狀態(tài)的試板，均存在異常組織，由此可見，熱處理對異常組織的存在無影響。

（2）由表1可以看出，1#、2#試樣焊縫區(qū)異常組織心部的Cr含量遠遠超過焊材自身的Cr含量，接近于純Cr。而焊條是由焊芯和藥皮組成。在藥皮焊條焊接過程中，存在著合金過渡，過渡的目的是補償焊接過程中由于蒸發(fā)、氧化等原因造成焊縫中合金元素的損失;消除焊接缺陷，改善焊縫組織于性能;獲得具有特殊性能的對焊金屬。當合金元素向焊縫金屬中過渡時，常因蒸發(fā)和氧化而損失一部分、在熔渣中可能殘留一部分，而沒有全部過渡到熔敷金屬中去[1]。對比表1中異常組織心部的化學成分可以看出，其成分接近于純鉻，結合手工氬弧焊接過程的焊材溶解-凝固過程及焊條中藥皮的組成，推斷該異常組織應為原焊條的藥皮中未能及時溶解于焊縫的金屬鉻，屬于一種金屬夾雜物。夾雜物的存在不僅降低了焊縫金屬的塑性，增大低溫脆性，降低韌性和疲勞強度，還會增加熱裂紋傾向。因此在焊接生產(chǎn)中必須限制夾雜物的數(shù)量、大小和形狀[2]。

（3）鉻在鋼中的主要作用為提高氧化性和耐腐蝕性能;鎳能提高耐腐蝕性能不僅能耐酸和，而且還能抗堿和大氣腐蝕[3]。由表1可以看出，由于異常組織為純鉻的金屬夾雜，導致其鄰近區(qū)域組織成分出現(xiàn)異常，鄰近區(qū)域Cr、Ni含量降低，F(xiàn)e含量升高。當此金屬夾雜存在與焊縫中時，對焊縫的抗氧化性和耐腐蝕性能無影響，但如若此夾雜物存在與焊縫表面，當與一些介質接觸時，極有可能導致氧化和腐蝕的產(chǎn)生。此外，此夾雜物的成分與鄰近區(qū)域存在極大的區(qū)別，導致存在電極電位差，極容易形成電化學腐蝕。

3 結束語

（1）焊縫中的異常組織為鉻的金屬夾雜物，基本上不影響焊縫的常規(guī)力學性能，但如若此類夾雜存在于焊縫表面，會影響焊縫的抗氧化性和耐腐蝕性。

（2）焊后熱處理對此類夾雜物無影響，只能通過改變焊接參數(shù)來消除。

參考文獻

[1] 楊松.鍋爐壓力容器焊接技術培訓教材機械[M].北京：工業(yè)出版社，2005：109.

[2] 鄒增大.焊接手冊第2卷材料的焊接第3版[M].北京：機械工業(yè)出版社，2007：27.

[3] 萬軍.鎳及鎳基合金的焊接[J].鍋爐制造，2004，（3）：32-34.