镍基合金焊缝异常组织分析

夏从鑫 曹萍 王莹 谭静波

摘 要 镍基焊条对接金相试样焊缝区域存在异常组织，但取自同一焊接试料的化学成分分析。采用扫描电镜及能谱检验等方式对异常区域进行分析，最终确定异常组织为金属夹杂。

关键词 镍基合金;焊缝;金属

在母材牌号为16MnR，焊材牌号为INCONEL Welding Electrode 152M的手工氩弧焊焊条对接试板上取化学成分分析试样、弯曲试样、拉伸试样和金相微观试样，但化学成分分析、弯曲试验、拉伸试验均满足技术条件的要求，唯有金相微观试验焊缝局部区域存在异常组织。对存在异常组织的试样进行分析，1#试样取自焊态试板，2#试样取自热处理态试板。

1 理化检验

金相微观试样经磨制、抛光后，焊缝区使用10%铬酸水溶液电解浸蚀， 1#、2#试样在焊缝区存在局部组织异常的现象，如图1、2所示。将1#和2#试样异常组织的心部区域进行能谱分析，化学成分（重量百分比）结果见表1。

2 分析与讨论

（1）由图1和图2可以看出，1#、2#试样的异常组织存在于焊缝的不同位置，且一个取自于焊态。另一个取自于热处理状态的试板，均存在异常组织，由此可见，热处理对异常组织的存在无影响。

（2）由表1可以看出，1#、2#试样焊缝区异常组织心部的Cr含量远远超过焊材自身的Cr含量，接近于纯Cr。而焊条是由焊芯和药皮组成。在药皮焊条焊接过程中，存在着合金过渡，过渡的目的是补偿焊接过程中由于蒸发、氧化等原因造成焊缝中合金元素的损失;消除焊接缺陷，改善焊缝组织于性能;获得具有特殊性能的对焊金属。当合金元素向焊缝金属中过渡时，常因蒸发和氧化而损失一部分、在熔渣中可能残留一部分，而没有全部过渡到熔敷金属中去[1]。对比表1中异常组织心部的化学成分可以看出，其成分接近于纯铬，结合手工氩弧焊接过程的焊材溶解-凝固过程及焊条中药皮的组成，推断该异常组织应为原焊条的药皮中未能及时溶解于焊缝的金属铬，属于一种金属夹杂物。夹杂物的存在不仅降低了焊缝金属的塑性，增大低温脆性，降低韧性和疲劳强度，还会增加热裂纹倾向。因此在焊接生产中必须限制夹杂物的数量、大小和形状[2]。

（3）铬在钢中的主要作用为提高氧化性和耐腐蚀性能;镍能提高耐腐蚀性能不仅能耐酸和，而且還能抗碱和大气腐蚀[3]。由表1可以看出，由于异常组织为纯铬的金属夹杂，导致其邻近区域组织成分出现异常，邻近区域Cr、Ni含量降低，Fe含量升高。当此金属夹杂存在与焊缝中时，对焊缝的抗氧化性和耐腐蚀性能无影响，但如若此夹杂物存在与焊缝表面，当与一些介质接触时，极有可能导致氧化和腐蚀的产生。此外，此夹杂物的成分与邻近区域存在极大的区别，导致存在电极电位差，极容易形成电化学腐蚀。

3 结束语

（1）焊缝中的异常组织为铬的金属夹杂物，基本上不影响焊缝的常规力学性能，但如若此类夹杂存在于焊缝表面，会影响焊缝的抗氧化性和耐腐蚀性。

（2）焊后热处理对此类夹杂物无影响，只能通过改变焊接参数来消除。

参考文献

[1] 杨松.锅炉压力容器焊接技术培训教材机械[M].北京：工业出版社，2005：109.

[2] 邹增大.焊接手册第2卷材料的焊接第3版[M].北京：机械工业出版社，2007：27.

[3] 万军.镍及镍基合金的焊接[J].锅炉制造，2004，（3）：32-34.