超声振动辅助GMAW技术提升308不锈钢熔覆层性能研究：微观结构、力学性能与腐蚀行为机制

《Materials Today Communications》：Ultrasonic Vibration-Assisted Gas Metal Arc Welding for 308 Stainless Steel Cladding Layers: Microstructure, Mechanical Properties, and Corrosion Resistance

本文系统探讨超声振动辅助气体保护焊（GMAW-UVT）对308不锈钢熔覆层性能的增强机制。研究表明，超声波空化效应与声流效应协同促进熔池扰动，显著减少气孔缺陷；通过增加形核位点实现晶粒细化，提升力学性能；更高腐蚀电位（Ecorr）与更低腐蚀电流（Icorr）表明钝化膜稳定性增强，这归因于晶界密度优化与铬元素分布改善的协同作用。

　　

Highlight

超声空化与声流效应的协同作用如同给熔池安装了"微观搅拌器"，不仅帮助气泡逃逸减少缺陷，更像一位精准的"晶体建筑师"通过增加形核位点实现晶粒细化。这种双重机制使熔覆层获得更致密的微观结构，就像给不锈钢穿上了一件"纳米级防护甲"。

材料

实验采用300mm×150mm×10mm的Q235碳钢基板，经机械抛光和无水乙醇清洗后，使用直径1.2mm的CHM-308型308不锈钢焊丝进行熔覆。表1展示了两种材料的化学成分，为后续性能对比奠定基础。

微观结构分析

图3显示传统GMAW与GMAW-UVT样品的中层和顶层XRD图谱。两组样品的主要衍射峰均对应γ-Fe相，证明超声处理未引发相变。有趣的是，超声处理后衍射峰出现明显右移，这暗示晶格常数发生变化，就像晶体结构经历了"紧凑化改造"。

超声波对微观结构的影响机制

当高频超声波作用于308不锈钢熔池时，空化效应就像在熔体中引爆无数"微米级炸弹"——气泡的剧烈溃灭产生冲击波，促使枝晶断裂形成新的形核点。同时声流效应如同无形的"熔体传送带"，加速元素扩散与温度均匀化。这种动态过程使晶粒尺寸从62.5μm降至34.2μm，堪比将粗晶粒"精雕细琢"成细晶组织。

结论

通过超声辅助GMAW工艺成功制备的308不锈钢熔覆层展现出三重优势：空化与声流效应协同降低缺陷；晶粒细化提升力学性能；优化的铬分布与晶界密度共同增强钝化膜稳定性。这为压力容器等关键部件的寿命延长提供了新策略。