防腐金屬的磁場(chǎng)輔助電弧增材制造

供稿人：汪新航、王富 供稿單位：西安交通大學(xué)機(jī)械制造系統(tǒng)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室　

目前在石油與天然氣工業(yè)中，需要一種在高溫高壓以及強(qiáng)腐蝕的條件下存儲(chǔ)石油和天然氣的容器。傳統(tǒng)最具成本效益的方案是在碳鋼和低合金鋼上鍍耐腐蝕的合金涂層。然而，工業(yè)實(shí)踐證明由于稀釋和微偏析，會(huì)導(dǎo)致容器金屬過(guò)早的失效。在磁場(chǎng)環(huán)境下的氣體保護(hù)電弧熔融沉積技術(shù)可以有效降低焊接中的微偏析和析出效應(yīng)進(jìn)而增強(qiáng)防腐效果。墨西哥國(guó)立自治大學(xué)F. F. Curiel-López研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究316L不銹鋼在碳鋼基板上的熔融沉積效應(yīng)。

圖1 磁場(chǎng)環(huán)境下熔化極氣體保護(hù)焊實(shí)驗(yàn)原理圖

該實(shí)驗(yàn)研究在98%氬氣和2%氧氣混合氣體保護(hù)的環(huán)境下進(jìn)行，利用有無(wú)磁場(chǎng)作為對(duì)比，以X-60鋼作為基體，316L不銹鋼為涂層金屬，原理如圖1。 通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，在有低強(qiáng)度磁場(chǎng)（3-7.5mT）的條件下，熔覆層的幾何形狀和尺寸沒(méi)有顯著變化變化，然而，相較于無(wú)磁場(chǎng)的情況下，熱影響區(qū)范圍會(huì)減小，圖2表示了四組實(shí)驗(yàn)的俯視圖與剖面圖；無(wú)磁場(chǎng)作用時(shí)熔融線附近的組織為馬氏體和鐵素體；有磁場(chǎng)作用時(shí)熔融線附近的組織為等軸狀鐵素體、鐵素體，珠光體；有磁場(chǎng)作用時(shí)有較好的熔接面，沒(méi)有磁場(chǎng)作用時(shí)熔接面有缺陷，如圖3；磁場(chǎng)作用時(shí)得到的組織平均顯微硬度為214HV，最大顯微硬度為380HV；無(wú)磁場(chǎng)作用時(shí)對(duì)應(yīng)的顯微硬度分別為240HV和420HV。

圖2 沉積在X60鋼板上的316L不銹鋼電極焊珠：（a）無(wú)磁場(chǎng)，（b）有磁場(chǎng)

圖3 （a）有磁場(chǎng)沉積，末端無(wú)熔合缺陷（b）無(wú)磁場(chǎng)沉積，焊縫末端開(kāi)裂

通過(guò)研究證明磁場(chǎng)輔助條件下，利用電弧增材制造技術(shù)將316L不銹鋼熔覆在碳鋼或者輕合金鋼上形成防腐涂層的方法是可行的。在磁場(chǎng)輔助條件下可以使熔融金屬溫度和合金元素的分布更均勻，從而誘使晶粒細(xì)化，減少微偏析，提高材料抗腐蝕性能和壽命，降低成本。
參考文獻(xiàn)：

    BA Pichardo-Álvarez、M. Salazar-Martínez、VH López-Morelos 等。 制造科學(xué)與工程[J]． 磁場(chǎng)在堆焊層中的應(yīng)用以提高其在石油和天然氣行業(yè)的性能，2022 年，144(9)：094501。