焊接工艺对304不锈钢焊接管耐晶间腐蚀性能的影响

采用草酸电解侵蚀法和HNO 3-HF法研究了焊接电流对304不锈钢焊接管耐晶间腐蚀性能的影响。研究结果表明：对于填充焊丝308L的焊接接头，耐晶间腐蚀性能随着焊接电流的增大而增强；对于自熔合的焊接接头，耐晶间腐蚀性能随着焊接电流的增大而减弱。

304不锈钢焊接管存在的主要问题是晶间腐蚀，在500~800℃范围内长时间停留，晶界处将析出碳化铬，引起晶界贫铬，使焊接接头耐蚀性能减弱。Azar PMajidi，Kasparova O V，罗辉等利用不同的试验方法研究了奥氏体不锈钢及其焊接接头的耐晶间腐蚀性能。文献报道了奥氏体不锈钢焊接接头的耐晶间腐蚀性能随着焊接热输入的增加而减弱。本文采用草酸电解侵蚀法和HNO 3-HF法研究了焊接电流对304不锈钢焊接管耐晶间腐蚀性能的影响。

1实验材料和实验方法

母材为304不锈钢板，成分见表1。试样尺寸为50mm×20 mm；填充焊丝为308L，成分见表2。将尺寸50 mm×20 mm的2个304试片对接，采用氩弧焊在4种不同的工艺参数下对试样进行焊接。第1组：填充焊丝为308L，焊接电流为50A；第2组：填充焊丝为308L，焊接电流为75A；第3组：自熔合，焊接电流为85A；第4组：自熔合，焊接电流为100A。

采用10%HNO 3+3%HF溶液测试试样的晶间腐蚀失重速率。采用MR-5000型金相显微镜观察经过10%草酸电解侵蚀后试样的金相组织。

2实验结果与讨论

2.1填充焊丝焊接接头的晶间腐蚀实验

表3为填充焊接接头的晶间腐蚀失重结果。结果表明：焊接电流75A试样的腐蚀速率比焊接电流50A试样的腐蚀速率慢，填充焊丝焊接接头的晶间腐蚀速率随着焊接电流的增大而减小。罗辉等研究的结果表明焊接电流增大，焊接的热输入也随之增加，试样热影响区的敏化程度加剧，从而导致焊接接头的耐晶间腐蚀性能减弱。研究的结果不相符，表明对于不同填充焊丝的焊接接头，其耐晶间腐蚀性能与焊接电流的关系也不同。图1为填充焊丝焊接接头热影响区的金相组织。结果表明，2组试样热影响区的组织均为奥氏体，未见有明显的晶间敏化。由于填充焊丝308L的含Cr量高于母材304不锈钢，而含C量低于母材，在焊接过程中Cr向母材扩散，且随着焊接电流的增加，扩散到母材中的Cr含量也随之增加，使得晶界碳化铬析出而产生的贫铬区得到更多Cr的补充，抗腐蚀能力增强。因此，焊接电流75A试样的耐晶间腐蚀的性能更好。

2.2自熔合焊接接头的晶间腐蚀实验

表4为自熔合焊接接头晶间腐蚀失重结果。可见：焊接电流100A试样的腐蚀速率比焊接电流80A试样的腐蚀速率快，表明自熔合焊接接头的晶间腐蚀速率随焊接电流的增大而加快。与文献的结果相符合。图2为自熔合焊接接头热影响区的金相组织。可以看出，2组试样热影响区的组织均为奥氏体，未见有明显的晶间敏化。自熔合试样在焊接过程中，热影响区没有多余Cr的补充，因此随着焊接电流的增大，焊接热输入增加，晶界碳化铬析出加快，晶界贫铬加剧，从而导致焊接接头的耐晶间腐蚀性能减弱。

3结论

（1）对于填充焊丝的焊接接头，随着焊接电流的增加，扩散至母材的Cr含量也增加，晶界碳化铬析出导致的晶界贫铬得到缓解。因此，填充焊丝焊接接头的耐晶间腐蚀性能随着电流的增大而增强。

（2）对于自熔合的焊接接头，耐晶间腐蚀性能随着焊接电流增大而减弱。