Page 14 - 理化检验-物理分册2025年第五期

卢亚东，等：不同焊接位置对9Ni钢焊缝组织和低温冲击韧性的影响

式进行双面焊接。试样厚度为33.7 mm，坡口角度为 表1所示。将母材和焊缝金属提前预热，采用横焊和
60°，组对间隙为3 mm。母材及焊缝金属化学成分如 立焊两种焊接位置，具体焊接参数如表2所示。
表1 母材及焊缝金属化学成分 %

质量分数
项目
C Si Mn Cr Mo Cu Ni
母材实测值 0.04 0.21 0.65 0.04 0.02 0.02 9.06
焊缝实测值 0.05 0.42 3.04 13.12 6.43 0.07 67.00
取标准夏比V型冲击试样，试样的缺口位于焊缝中
表2 不同焊接方向焊接参数
焊接位置 电压/V 电流/A 层间温度/℃ 心，试样的尺寸为10 mm×10 mm×55 mm（长度×
横焊 20~29 120~155 100 宽度×高度），并对冲击断口进行SEM分析。
立焊 20~28 102~136 100 2 试验结果

焊接完成后，对焊接接头进行金相检验和低温 2.1 接头组织
冲击韧性测试。金相试样经机械磨抛后，采用体积分 横焊位置及立焊位置焊接接头宏观形貌如图1
数为10%的草酸溶液对试样进行电解腐蚀，电压为 所示。横焊位置热输入能量较低 ，其焊接道次明
[7]
6 V，时间为30 s。随后采用光学显微镜和扫描电子 显高于立焊位置。由图1可知：横焊位置接头焊缝
显微镜（SEM）观察试样。根据GB/T 2650—2022 金属存在较为明显的柱晶区和层间再热区，而立焊
《金属材料焊缝破坏性试验 冲击试验》，加工焊缝冲 位置接头焊缝金属没有较为明显的层间再热区，仅
击试样。按照GB/T 229—2020《金属材料 夏比摆 能看出其柱状晶凝固方向为熔池的竖直方向。受重
锤冲击试验方法》，采用冲击试验机进行低温冲击试 力、浮力等差异的影响 ，横焊接头柱晶区结晶方向
[8]
验，测试温度为-196 ℃，每种位置取3组试样。截 与熔池竖直方向存在一定的倾斜角。

图 1 不同焊接位置焊接接头宏观形貌
两种焊接位置焊缝的微观形貌如图2所示。由 2.2 接头低温冲击吸收能量
图2可知：横焊位置柱状晶晶界几乎与焊缝竖直方向 对焊接接头进行-196 ℃低温冲击测试，结果如
呈45°，且存在一定宽度的层间再热区，晶粒较为细 表3所示。由表3可知：横焊位置接头-196 ℃冲击吸
小；对于立焊位置焊缝金属，其柱状晶晶界几乎平行 收能量约为110 J，且各个测点的冲击吸收能量差异
于焊缝竖直方向，两道交叠地方的柱状晶取向较为 较小；立焊位置接头-196 ℃冲击吸收能量约为74 J，

复杂，基本没有发现层间再热区。 各个测点的冲击吸收能量差异略大。
对两个位置的焊缝组织进行SEM分析，结果如 2.3 断口SEM形貌
图3所示。由图3可知：两种焊缝材料都由奥氏体基 对横焊位置和立焊位置接头的低温冲击断口进
体+析出相组成，但是枝晶臂宽度略有差异；横焊 行SEM分析，结果如图5所示。由图5可知：横焊位
位置焊缝枝晶臂宽度仅为立焊位置的一半。对析出 置接头低温冲击断口塑性变形较大，断口表面凹凸
相进行能谱分析，结果如图4所示，推测析出相为富 不平，为韧窝型韧性断口形貌；断口中存在两种形貌
Nb碳化物。 的韧窝，一种是以柱状晶形貌分布的、较深的韧窝，

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