Inconel625高温合金等离子弧加丝焊接接头组织与性能.pdf

第 卷第期 年月有色金属工程 ，犱 狅 犻：犼 犻 狊 狊 狀 收稿日期：基金项目：甘肃省科技重大专项（）犉 狌 狀 犱：（）作者简介：张忠科（），男，博士，副教授，主要从事搅拌摩擦焊与高温合金焊接研究。引用格式：张忠科，胡炜皓，雍春军 高温合金等离子弧加丝焊接接头组织与性能有色金属工程，（）：，（）：犐 狀 犮 狅 狀 犲 犾 高温合金等离子弧加丝焊接接头组织与性能张忠科，胡炜皓，雍春军（兰州理工大学 材料科学与工程学院，兰州 ；中国石油兰州石化公司，兰州 ）摘要：针对传统方法焊接厚板 合金时存在的未熔透、性能差的问题，采用等离子焊接技术对厚 合金进行焊接，同时采用 焊丝作为填充材料保证成型。通过光学显微镜（）、扫描电子显微镜（）、万能试验机和显微硬度试验机等设备对焊接接头进行显微组织和性能分析。结果表明，在焊接电流为 、焊接速度 、送丝速度 、等离子气流量 下所获得焊接接头成型最好，力学性能最好；焊接接头均呈现出上宽下窄的“”字型形貌，母材区为奥氏体等轴晶，焊缝区基本以细小的胞状晶为主，熔合线区域为垂直于熔合线生长的粗大胞状晶，型碳化物和 相会在焊接过程中析出；接头抗拉强度最高，可以达到 ，焊接接头断裂为韧性断裂；所有参数下焊接接头均是焊缝区硬度最高，随着焊接热输入的增大，焊接接头整体硬度值升高，当电流达到 与 时，焊接接头硬度差别较小。关键词：；等离子焊接；微观组织；力学性能中图分类号：文献标志码：文章编号：（）犕 犻 犮 狉 狅 狊 狋 狉 狌 犮 狋 狌 狉 犲犪 狀 犱犘 狉 狅 狆 犲 狉 狋 犻 犲 狊狅 犳 犐 狀 犮 狅 狀 犲 犾 犛 狌 狆 犲 狉 犪 犾 犾 狅 狔犘 犾 犪 狊 犿 犪犠 犲 犾 犱 犲 犱犑 狅 犻 狀 狋 狊狑 犻 狋 犺犉 犻 犾 犾 犲 狉犕 犲 狋 犪 犾 ，（，；，）犃 犫 狊 狋 狉 犪 犮 狋：，（），（），犓 犲 狔狑 狅 狉 犱 狊：；有 色 金 属 工 程第 卷 合金（）具有优异的力学性能、高温性能、耐腐蚀性能和抗蠕变性能 ，该合金主要是通过（）和（）相的析出来实现合金的强化作用，是当今应用最广泛的一种镍基合金 ，被广泛应用于核电、海洋采油、制造航空发动机零部件，化工设备等领域。国内外有不少学者根据不同的工作要求和使用环境，采用不同的焊接方法对 合金或者相关镍基合金的焊接接头微观组织和焊缝的力学性能进行了研究。等通 过 激光粉末床聚变（）和激光粉末定向能量沉积（）制备了试样，对 和 进行了高温拉伸和疲劳行为的研究，结果表明，随着温度的升高，两种合金的疲劳寿命都会降低，在 的测试温度和应变振幅下均表现出较差的疲劳性能，而在 条件下，两种合金均表现出相当的疲劳性能。等通过激光固体成型和激光粉床熔融的方法对 和 的组织和力学性能进行了研究，结果表明其具有良好的组织结构和较好的力学性能。等利用二氧化碳激光对焊和钨极氩弧焊对 以及异种金属连接进行了研究，结果显示二氧化碳激光对焊 焊缝质量好，变形小，对于钨极氩弧焊异种金属连接而言，一侧的性能要更优异。等在钨极氩弧焊方法上采用工艺研究了 焊缝力学性能，与单纯的 工艺相比，焊缝的拉伸性能和疲劳性能都有所提高。王徐建等利用电子束焊接的方法对 焊接接头进行研究，结果表明 管件接头焊缝中的相主要是圆球形的 基固溶体以及作为基体的 固溶体，使得焊缝具有较好的综合力学性能。郭龙龙等 通过热丝 堆焊 研究了焊缝的成型，获得的焊缝无缺陷、与基体结合良好。国内外有人通过等离子焊及相关焊接技术对不同材料进行焊接。例如 等 用微等离子弧焊对 不锈钢进行焊接，结果显示在已有的条件下达到了材料的最佳焊接性。等 通过锁孔等离子电弧焊对 超双工不锈钢接头的组织演化、力学和腐蚀性能进行研究，结果表明采用该方法实现了 的全穿透和无缺陷焊接接头，无需填充金属。吴晓明等 也 通 过 等 离 子 焊 接 的 方 法对 镁、铝、镍基合金的焊接接头进行了研究，结果表明，采用等离子焊 接 获 得 的 焊 接 接 头 在 整体 性 能 上 较为突出。等离子焊接（）作为高能束焊接的一种，能量密度高，焊缝的深宽比较大，在厚板焊接中可以不用开坡口且工件变形小，非常适合 这类高熔点合金的焊接。同时采用填充焊丝的工艺可以在焊接时为焊缝提供了必要的合金元素，并弥补了焊接过程中的元素燃烧损失，改善了焊缝的微观组 织 和 性 能。本 文 采 用 等 离 子 加 丝 接 技 术 对 合金进行焊接，研究在不同电流下焊接接头的形貌以及接头性能，为实际应用提供数据支撑。试验材料与方法试验设备采用 （）型等离子焊机，送 丝 机 与 其 配 套 供 电 电 源 选 择 松 下 公 司 型 焊 接 设 备。采 用 的 试 验 材 料 为 的 板材，填充材料为直径为 的 国产焊丝，母材以及填充材料的化学成分见表所示。表母材合金化学成分犜 犪 犫 犾 犲犆 犺 犲 犿 犻 犮 犪 犾 犮 狅 犿 狆 狅 狊 犻 狋 犻 狅 狀狅 犳犫 犪 狊 犲犿 犲 狋 犪 犾 犪 犾 犾 狅 狔 焊前需要先用砂纸打磨母材去除表面的氧化膜，再用丙酮擦拭板材对接处去除油污，最后用无水乙醇 清 洁 母 材 表 面。焊 好 的 试 样 切 割 成 尺 寸 为 的金相试样，随后对试样用 目的砂纸逐级打磨，然后用 金刚石抛光剂进行机械抛光至试样表面为没有明显划痕的镜面。将试样先放置于 无水乙醇配成的腐蚀液中化学浸蚀，清水冲洗后用无水乙醇擦拭并吹干，再将试样放置于 配成的王水中浸蚀。使用光学显微镜观察其微观组织，使用维氏硬度计测量其硬度，使用万能试验机对焊接接头的拉伸性能进行测试。试验前对送丝角度、送丝方向、焊接速度、送第期张忠科等：高温合金等离子弧加丝焊接接头组织与性能丝速度以及等离子气流量进行了确定，送丝角度选择为 ，送 丝 方 向 确 定 为 焊 接 方 向 正 前 侧。在合适 的 焊 接 电 流 范 围 内，最 终 选 择 焊 接 速 度 ，送丝速度 ，等离子气流量 ，研究电流变化对焊接接头的 影响，具体参数见表。表焊接工艺参数犜 犪 犫 犾 犲犠 犲 犾 犱 犻 狀 犵狆 狉 狅 犮 犲 狊 狊狆 犪 狉 犪 犿 犲 狋 犲 狉 狊 （）（）（）结果与分析 等离子加丝焊接接头宏观形貌 厚板等离子加丝焊接焊缝表面成形及截面宏观形貌如图所示。其中图（）和（）、（）和（）、（）和（）分别为焊接工艺参数组合、下的焊缝表面成型和焊接接头截面宏观形貌。三种参数组合下的焊缝成型较好，但在不同电流下又有些许不同。从图可以看出，焊接接头已经熔透，焊缝整体呈现为典型的“上宽下窄”的形状，具有典型“”型等离子焊缝特征。由于试验所采取的送丝角度和送丝位置以及其他参数是确定的，所以宏观形貌就取决于焊接电流的大小，不同的焊接电流就体现不同的焊接热输入。从图可以看出，当焊接参数为组合时，焊缝表面较为平整，熔宽较小。当焊接参数为组合时，焊接电流增大到 ，焊接热输入增大，可以明显从图（）看出焊接接头的熔宽有所增加。当焊接参数为组合时，焊接电流继续图不同参数组合下焊缝成型及接头截面形状：（犪）、（犫）参数组合；（犮）、（犱）参数组合；（犲）、（犳）参数组合犉 犻 犵 犠 犲 犾 犱犳 狅 狉 犿 犪 狋 犻 狅 狀犪 狀 犱犼 狅 犻 狀 狋 狊 犲 犮 狋 犻 狅 狀狊 犺 犪 狆 犲 狊狌 狀 犱 犲 狉犱 犻 犳 犳 犲 狉 犲 狀 狋狆 犪 狉 犪 犿 犲 狋 犲 狉犮 狅 犿 犫 犻 狀 犪 狋 犻 狅 狀 狊：（犪），（犫）犘 犪 狉 犪 犿 犲 狋 犲 狉犮 狅 犿 犫 犻 狀 犪 狋 犻 狅 狀；（犮），（犱）犘 犪 狉 犪 犿 犲 狋 犲 狉犮 狅 犿 犫 犻 狀 犪 狋 犻 狅 狀；（犲），（犳）犘 犪 狉 犪 犿 犲 狋 犲 狉犮 狅 犿 犫 犻 狀 犪 狋 犻 狅 狀有 色 金 属 工 程第 卷增加到 ，从图（）可以看出焊缝的熔宽在继续增大。产生这种现象的原因是随着焊接电流的增大，焊接热输入增大，融化的母材金属增多。等离子加丝焊接接头微观组织图为三种参数组合下的 焊接接头的微观组织形貌。其中图（）、（）、（）分别为图（）、（）、（）的局部放大图。从图中可以看出，母材的金相组织为奥氏体等轴晶，在母材的奥氏体晶粒中还存在着一些孪晶晶粒组织。其中的孪晶晶粒形式主要以穿晶孪晶为主，还有少量截止在晶粒内部的不完整孪晶。从图（）、（）、（）可以看出，合金的焊缝组织整体以细小的胞状等轴晶为主，伴随有些许的树枝晶。从图（）、（）可以看出，伴随着焊接参数组合的变化，焊接接头的整体热输入的增大，部 分 细 小 的 胞 状 等 轴 晶 会 逐 渐 变 大，当焊接参数为组合时，有部分的胞状等轴晶会分布的更加均匀且具有与一定能规律性。图（）、（）、（）可以清楚地看出，焊接参数组合下 的接头焊缝微观组织较为均匀，图（）、（）都存在部分 晶 粒 的 长 大 且 依 次 伴 随 有 晶 粒 排 布 的 规律性。图不同参数组合下焊接接头微观组织以及焊缝区放大图：（犪），（犫）焊接参数组合下焊缝区；（犮）焊接参数组合下热影响区；（犱），（犲）焊接参数组合下焊缝区；（犳）焊接参数组合下热影响区；（犵），（犺）焊接参数组合下焊缝区；（犻）焊接参数组合下热影响区犉 犻 犵 犕 犻 犮 狉 狅 狊 狋 狉 狌 犮 狋 狌 狉 犲狅 犳狑 犲 犾 犱 犲 犱犼 狅 犻 狀 狋 狊犪 狀 犱犲 狀 犾 犪 狉 犵 犲 犱狑 犲 犾 犱狕 狅 狀 犲狌 狀 犱 犲 狉犱 犻 犳 犳 犲 狉 犲 狀 狋狆 犪 狉 犪 犿 犲 狋 犲 狉犮 狅 犿 犫 犻 狀 犪 狋 犻 狅 狀 狊：（犪），（犫）犠 犲 犾 犱狕 狅 狀 犲狌 狀 犱 犲 狉狑 犲 犾 犱 犻 狀 犵狆 犪 狉 犪 犿 犲 狋 犲 狉犮 狅 犿 犫 犻 狀 犪 狋 犻 狅 狀；（犮）犎 犲 犪 狋 犪 犳 犳 犲 犮 狋 犲 犱狕 狅 狀 犲狌 狀 犱 犲 狉狑 犲 犾 犱 犻 狀 犵狆 犪 狉 犪 犿 犲 狋 犲 狉犮 狅 犿 犫 犻 狀 犪 狋 犻 狅 狀；（犱），（犲）犠 犲 犾 犱狕 狅 狀 犲狌 狀 犱 犲 狉狑 犲 犾 犱 犻 狀 犵狆 犪 狉 犪 犿 犲 狋 犲 狉犮 狅 犿 犫 犻 狀 犪 狋 犻 狅 狀；（犳）犎 犲 犪 狋 犪 犳 犳 犲 犮 狋 犲 犱狕 狅 狀 犲狌 狀 犱 犲 狉狑 犲 犾 犱 犻 狀 犵狆 犪 狉 犪 犿 犲 狋 犲 狉犮 狅 犿 犫 犻 狀 犪 狋 犻 狅 狀；（犵），（犺）犠 犲 犾 犱狕 狅 狀 犲狌 狀 犱 犲 狉狑 犲 犾 犱 犻 狀 犵狆 犪 狉 犪 犿 犲 狋 犲 狉犮 狅 犿 犫 犻 狀 犪 狋 犻 狅 狀；（犻）犎 犲 犪 狋 犪 犳 犳 犲 犮 狋 犲 犱狕 狅 狀 犲狌 狀 犱 犲 狉狑 犲 犾 犱 犻 狀 犵狆 犪 狉 犪 犿 犲 狋 犲 狉犮 狅 犿 犫 犻 狀 犪 狋 犻 狅 狀第期张忠科等：高温合金等离子弧加丝焊接接头组织与性能产生这种现象的主要原因与金属的焊接热输入与冷却速度有关。根据焊接热输入的计算公式（式）可知，热输入大小与焊接电流、焊接电压以及焊接速度的大小有关。根据公式可知三组参数下焊接接头的热输入分别为 、。由于焊接后都采用空冷的冷却方式，故焊接热输入越大，焊后初始温度越高，过冷度越小，冷却时间越长，晶粒尺寸越大。犙犐犝犞（）晶粒的大小与类型主要取决于冷却时的冷却速度。冷却速度越快，过冷度也大，在一定条件下过冷度越大，金属凝固时晶粒越细小。相比于纯金属，合金的过冷现象不会单一取决于温度的变化，晶粒形成的原因是由合金内成分变化而引起的成分过冷，而成分过冷的合金冷却凝固形成的晶粒主要是胞状晶。焊接时由于填加焊丝，故焊缝区合金元素成分含量增加，为成分过冷创造条件。在所采用的三种参数组合里，参数组合的热输入最小，所以焊后冷却时初始温度更低，更加容易达到较大的成分过冷条件。从图中可以看出，图（）相较于图（）、（）形成的胞状晶晶粒更加均匀细小。细小的晶粒一般会有助于提高焊接接头的力学性能。如图（）、（）所示，焊缝的晶粒有一定程度的长大。一方面由于板厚散热差，另一方面是因为随着热输入的增大冷却速度会减小，成分过冷变相对较小，所以胞状晶的晶粒会增大，一些细小的胞状晶晶粒也会逐渐变成一定尺寸的树枝晶 。图（）、（）、（）为焊接接头的热影响区。从图中可以看出，焊接接头的热影响区并不明显并且晶粒组织并没有明显的长大。焊缝与母材的分界明显，垂直于融合线方向生长的细小胞状晶组成了这一区域的主要微观组织。但是随着热输入的增大，会有部分胞状晶长大，有成为树枝晶的趋势。等离子焊接时，由于焊接速度快，整体焊接热输入相对较小，外加镍高温合金的导热能力相比于其他合金来说较差，致使在热影响区和焊缝中心存在着加大的温度梯度，虽然存在着成分过冷的现象，但是热影响区的晶粒没有足够的时间和温度进行长大，最终所呈现的结果就是垂直于融合线生长的细小胞状晶作为这一区域的主要晶粒组织，并伴随有少量一次枝晶。等离子加丝焊接接头析出相 合金作为一种以 为主要元素的高温合金，等离子焊接形成的焊接接头会有第二相的析出。为了更好的分析第二相的种类和演变过程，对焊接参数组合下形成的焊接接头各区域进行 图像采集和 能谱分析。图和图分别为该参数下焊接接头各区域的 图和析出第二相的 能谱图。从图（）可以看出，合金母材上少量的小颗粒析出，能谱仪对图（）中的灰色颗粒进行检测，其结果如图（）所示。、等元素的含量占据较大比重，合金的母材以相为基础，通过、等元素在凝固时固溶强化形成强化相碳化物提升合金稳定性。通过 分析可知，在母材的凝固过程中，会形成型碳化物 ，从而提高母材的性能。图（）和图（）是焊接接头热影响区和焊缝区的 图像。从图可以看出，无论是融合线区域还是在焊缝中心的胞状晶以及树枝晶上均有白色的析出相，图（）为焊缝区的 局部放大图，可以看出有着不规则析出相和细小的析出相存在。通过 对析出相进行分析，其结果如图（）和（）所示。具有不规则形态的析出相 谱图中、为主要元素，通过对 合金的析出相类型进行对比可以得知其为 相。而细小的析出相 谱图中主要的元素组成为、且伴随有少量的 和，所以形成的细小析出的第二相为以（，）为主的型碳化物。、等元素在 合金中主要起到固溶强化作用，不仅能提高焊接接头抗氧化能力、热稳定性和耐腐蚀能力 ，还可以形成型碳化物 和促进和的形成 。焊接接头处融化的金属在由液态到固态的凝固过程中会发生一系列的相变以及组织转变。根据合金的冷却曲线可以知道，焊缝处的金属和填充材料凝固经历以下过程：初期从液相中析出相（犔）；随着温度的降低，达到成分过冷的要求从而形成胞状晶，因为不同地方的温度梯度有一定差异，故也会存在部分树枝晶。在形成胞状晶或者树枝晶的同时会发生枝晶偏析，即、等合金金元素的偏聚，这个过程的存在使合金元素在胞晶或者枝晶间富集析出 型碳化物，发生犔?的共晶反应；当温度继续降低到 左右时会发生犔?的共晶反应，相主要为网格状共晶 相，还有少量的不规则岛状和细小块状 相。三种焊接参数组合下由于焊接热输入不同，故在焊有 色 金 属 工 程第 卷图参数组合下犐 狀 犮 狅 狀 犲 犾 焊接接头各区域犛 犈犕图像：（犪）母材区；（犫）热影响区；（犮）焊缝区（犱）焊缝区放大图犉 犻 犵 犛 犈犕犻 犿 犪 犵 犲 狊狅 犳 犐 狀 犮 狅 狀 犲 犾 狑 犲 犾 犱 犲 犱犼 狅 犻 狀 狋 狌 狀 犱 犲 狉狆 犪 狉 犪 犿 犲 狋 犲 狉犮 狅 犿 犫 犻 狀 犪 狋 犻 狅 狀：（犪）犅 犪 狊 犲犿 犲 狋 犪 犾；（犫）犎 犲 犪 狋 犪 犳 犳 犲 犮 狋 犲 犱狕 狅 狀 犲；（犮）犠 犲 犾 犱狕 狅 狀 犲；（犱）犠 犲 犾 犱狕 狅 狀 犲 犲 狀 犾 犪 狉 犵 犲 犿 犲 狀 狋犿 犪 狆图不同区域析出第二相犈 犇 犛能谱：（犪）母材析出相；（犫）、（犮）焊缝析出相犉 犻 犵 犈 犇 犛 狊 狆 犲 犮 狋 狉 犪狅 犳 狋 犺 犲 狊 犲 犮 狅 狀 犱狆 犺 犪 狊 犲狆 狉 犲 犮 犻 狆 犻 狋 犪 狋 犲 犱 犻 狀犱 犻 犳 犳 犲 狉 犲 狀 狋 狉 犲 犵 犻 狅 狀 狊：（犪）犅 犪 狊 犲犿 犲 狋 犪 犾 狆 狉 犲 犮 犻 狆 犻 狋 犪 狋 犲 犱狆 犺 犪 狊 犲；（犫）、（犮）犠 犲 犾 犱狆 狉 犲 犮 犻 狆 犻 狋 犪 狋 犲 犱狆 犺 犪 狊 犲第期张忠科等：高温合金等离子弧加丝焊接接头组织与性能接过程中析出的第二相数量也不同。随着焊接热输入的增加，焊接接头中的第二相数量增多。等离子加丝焊接接头力学性能 等离子加丝焊焊接接头拉伸性能为了更好地确定焊接接头的力学性能，对三种参数组合下的 合金等离子焊接接头进行拉伸试验测试，从而反映出不同电流下焊接接头的抗拉强度。试验对象为三种参数组合下的焊接接头，在 的拉伸速率下测试试样的抗拉强度，其结果如图和表所示。图断裂位置图与拉伸曲线：（犪）拉伸断裂位置图；（犫）拉伸应力应变曲线犉 犻 犵 犉 狉 犪 犮 狋 狌 狉 犲 犾 狅 犮 犪 狋 犻 狅 狀犱 犻 犪 犵 狉 犪 犿犪 狀 犱狋 犲 狀 狊 犻 犾 犲犮 狌 狉 狏 犲 狊：（犪）犜 犲 狀 狊 犻 犾 犲 犳 狉 犪 犮 狋 狌 狉 犲 犾 狅 犮 犪 狋 犻 狅 狀犱 犻 犪 犵 狉 犪 犿；（犫）犜 犲 狀 狊 犻 犾 犲 狊 狋 狉 犲 狊 狊 狊 狋 狉 犪 犻 狀犮 狌 狉 狏 犲 狊表焊接接头力学性能与断裂位置犜 犪 犫 犾 犲犕 犲 犮 犺 犪 狀 犻 犮 犪 犾 狆 狉 狅 狆 犲 狉 狋 犻 犲 狊犪 狀 犱犳 狉 犪 犮 狋 狌 狉 犲 犾 狅 犮 犪 狋 犻 狅 狀狅 犳狑 犲 犾 犱 犲 犱犼 狅 犻 狀 狋 狊 犚 （）（）（）如图（）和（）所示分别为不同参数组合下试样 拉 伸 宏 观 断 裂 位 置 图 和 其 对 应 参 数 下 等离子焊接接头的拉伸应力应变曲线。可以看出当热输入还不算大时，焊接参数组合和焊接参数组合在拉伸试验后断裂于试样靠近融合线的母材区，而参数组合断裂在靠近融合线附近的焊缝区。不论在何种条件下发生断裂，试样均发生了不同程度的颈缩现象，并且缩量随着焊接热输入的增大而减小，所有的拉伸断口为杯锥状断口且沿着 方向断裂。之所以会产生这种断裂位置，是因为对于前两种焊接参数组合而言，热输入不是很大，结合焊接接头的金相微观组织可以看出，在这两种焊接条件下焊缝的晶粒组织以细小的胞状晶为主，且融合线附近的晶粒组织为沿着融合线向焊缝垂直生长的条形胞状晶。相对于粗大的奥氏体晶粒，细小的胞状晶具有较好的力学性能，所以断口位置在靠近于融合线区域的母材区。相比于之前两种参数组合，组参数合由于热输入大，故焊缝区的晶粒粗大且有一定方向，焊缝区靠近融合线附近的晶粒出现了粗大的树枝晶主干，有成为树枝晶的趋势。由于在焊接过程填加焊丝，致使焊缝区合金元素含量增多，且随着焊接电流的增大焊缝区热输入增大，焊缝处的脆性第二相 相与 型碳化物析出数量也会增多，这样的晶粒组织力学性能较差，使此区域成为焊接接头的薄弱区，故焊接接头断裂在此位置。表是各焊接接头的拉伸抗拉强度和延伸率具体数值。从表中可以看出，等离子焊接接头的抗拉强度和延伸率随焊接电流的增大而降低，具体影响体现在热输入的大小，其趋势是随着热输入的增大，抗拉强度和延伸率都减小。第一组的焊接 接 头 抗 拉 强 度 和 延 伸 率 最 高，抗 拉 强 度 为 ，达到了母材（）的 ，延伸率为 ，达到母材（）的 。等离 子 弧 焊 与 钨 极 氩 弧 焊 具 有 相 似 性，所 以 在 合金进行钨极氩弧焊时也会出现这种情况。图是不同条件下 合金等离子焊接接头的拉伸断口 图。从图可以看出，在不同的条件下焊接接头断口均存在韧窝，根据不同焊接参数下宏观拉伸断口形貌图上表现出的不同程度有 色 金 属 工 程第 卷的颈缩现象可以看出，断裂的形式是典型的韧性断裂，但是会有明显的撕裂脊分布在韧窝周围。随着焊接参数的变化热输入增大，具有拓扑密排结构（）的 相会在韧窝底部分布且数量会增多，此时就会为断裂提供了条件。产生断裂的原因主要是以下两点：一是脆性的第二相 相会成为接头断裂时的起裂点，导致断裂从这些地方开始从而使力学性能下降。二是 相作为一种富含、等元素的第二相，再析出时会大量消耗合金中的固溶强化的元素，这也会使焊接接头的力学性能下降。在焊接参数（）下的拉伸断口形貌相比于其他两种情况下的断口，韧窝数量更多且分布更深更大更平均，说明在此条件下焊接接头拥有相对优秀的韧性。图不同参数组合下拉伸断口犛 犈犕形貌图：（犪）、（犫）参数组合；（犮）、（犱）参数组合；（犲）、（犳）参数组合犉 犻 犵 犛 犈犕 犿 狅 狉 狆 犺 狅 犾 狅 犵 狔 犻 犿 犪 犵 犲 狊狅 犳 狋 犲 狀 狊 犻 犾 犲 犳 狉 犪 犮 狋 狌 狉 犲狌 狀 犱 犲 狉犱 犻 犳 犳 犲 狉 犲 狀 狋狆 犪 狉 犪 犿 犲 狋 犲 狉犮 狅 犿 犫 犻 狀 犪 狋 犻 狅 狀 狊：（犪），（犫）犘 犪 狉 犪 犿 犲 狋 犲 狉犮 狅 犿 犫 犻 狀 犪 狋 犻 狅 狀；（犮），（犱）犘 犪 狉 犪 犿 犲 狋 犲 狉犮 狅 犿 犫 犻 狀 犪 狋 犻 狅 狀；（犲），（犳）犘 犪 狉 犪 犿 犲 狋 犲 狉犮 狅 犿 犫 犻 狀 犪 狋 犻 狅 狀结合图（）可以看出，焊接接头的断裂位置主要分布在熔合区附近。焊接接头在冷却的过程中发生了犔?的共晶反应和犔?的共晶反应。这两个过程都会在熔合区析出第二相，前者富集析出型碳化物，后者会析出 相。而这两者都是硬脆的第二相，会成为断裂的源头，故拉伸的断裂位置都在熔合线附近。不同的参数组合热输入不同，热输入大焊接接头在冷却时析出的碳化物和 相数量越多，抗拉强度也就越低，力学性能也就越差。等离子加丝焊焊接接头显微硬度为了解不同参数组合下的焊接接头硬度分布情况，对试样进行显微硬度试验。图为 合金等离子焊接接头在三种情况下的显微硬度分布图。图焊接接头显微硬度分布犉 犻 犵 犕 犻 犮 狉 狅犺 犪 狉 犱 狀 犲 狊 狊犱 犻 狊 狋 狉 犻 犫 狌 狋 犻 狅 狀狅 犳狑 犲 犾 犱 犲 犱犼 狅 犻 狀 狋第期张忠科等：高温合金等离子弧加丝焊接接头组织与性能从图可以看出，焊接接头的硬度分布为焊缝区硬度最高，融合线附近次之，母材区最低。随着焊接热输入的增加，焊缝区硬度会先增大，随后会有所下降。这是因为开始硬度提高受到析出第二相的影响，随着热输入继续增大晶粒长大明显，此时硬度变化受到晶粒尺寸的影响。材料的硬度高低和许多因素相关，最主要的是材料的晶粒尺寸和凝固过程中析出的第二相。具体表现为材料的晶粒尺寸越小硬度越高，脆而硬的第二相析出越多硬度越高。结合焊接接头的金相组织显微形貌图可以观察到焊缝组织为晶粒尺寸较小的胞状晶，且在焊缝凝固冷却过程中析出了碳化物 以及脆而硬的第二相 相，故不论什么条件下的焊接接头焊缝区的硬度都是最高。相比焊缝区而言融合线区的晶粒尺寸较大且有较大的一次枝晶产生，再加上第二相的析出，所以整体硬度要比焊缝区低。但是相比于奥氏体晶粒组织的母材要高。结论）焊接电流 时焊接接头的焊缝成型最好，所有的焊接接头均呈现为典型的“上宽下窄”的形状，具有典型“”型等离子焊缝特征，等离子加丝焊接接头的熔宽随着焊接热输入的增大而增加。）等离子加丝焊接接头的微观组织主要由母材的奥氏体等轴晶和焊缝区细小胞状晶以及垂直融合线向焊缝生长的胞状晶组成。随着焊接热输入的增大，一些细小的胞状晶晶粒也会逐渐变成一定尺寸的树枝晶。由于焊接过程中填加焊丝，故焊缝区相较于母材区、等合金元素含量增加，焊接过程会有第二相的析出，焊缝区在凝固时会析出更多以、等元素偏聚而形成的脆性第二相 相和型碳化物。母材则以析出型碳化物为主。由于焊接过程填加了焊丝，焊接接头的整体性能得以提升。）等离子加丝焊接接头的抗拉强度随着热输入的增大而减小，焊接电流为 时接头的抗拉强度最高为 ，达到了母材（）的 ，延伸率为 ，达到母材（）的 。焊接接头断裂方式均为韧性断裂，断裂位置均分布在融合线附近。焊缝区在第二相碳化物颗粒固溶强化作用下硬度最高，随着焊接热输入的增大，焊接接头整体硬度值升高，当电流达到 与 时焊接接头硬度差别较小。参考文献：邵帅，任雪彭，李昊卿，等激光选区熔化与传统加工 合金 的 组 织 与 性 能 比 较 有 色 金 属 工 程，（）：，（）：王会阳，安云岐，李承宇，等镍基高温合金材料的研究进展材料导报，（增刊）：，（）：，：，（）：，：，：，：，：，：，：，：王徐建，王廷，何平，等 电子束焊接接头 组 织 与 性 能 焊 接 学 报，（）：，（）：，有 色 金 属 工 程第 卷 郭龙龙，郑华林，符运豪，等热丝 堆焊 工艺参数优化及组织与性能 研究 热 加工 工 艺，（）：，（）：，：，：吴晓明，陈丽园，景锋，等 镁合金等离子焊接头组织与性能电焊机，（）：，（）：，魏志祥，李国选，汪月勇，等 电弧增材制造 钛合 金 的 组 织 与 性 能 有 色 金 属 工 程，（）：，（）：，：，：耿志杰，王善林，陈玉华，等激光增材制造 高温合金激光焊接头组织及力学性能稀有金属材料与工程，（）：，（）：王浩宇，董建新，张麦仓，等浇注温度对 合金铸态 显 微 组 织 的 影 响 工 程 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