单道次K-TIG焊接改善347H不锈钢热影响区微观结构与力学性能的机制研究

针对高温熔盐储罐焊缝液化开裂问题，研究人员通过对比单道次K-TIG与多道次TIG焊接工艺，发现K-TIG能形成均匀细小的NbC析出相并避免Cr偏析，显著降低液化裂纹倾向，为第三代光热发电系统关键部件制造提供新方案。

　　

在塔式光热发电系统中，高温熔盐储罐是热能存储的核心部件，但其焊缝开裂问题长期困扰行业。例如Crescent Dunes和Gemasolar电站曾因储罐泄漏损失数千万欧元并导致长期停机。347H奥氏体不锈钢虽具有优异的高温性能，但其焊接热影响区(HAZ)易因NbC析出相液化形成裂纹，传统多道次TIG焊接的反复热循环更会加剧这一缺陷。

为解决这一难题，国内某研究团队在《Materials Science and Engineering: A》发表研究，系统比较了单道次深熔氩弧焊(K-TIG)与多道次常规TIG焊接对347H不锈钢HAZ的影响。通过显微组织分析、原位热循环实验和力学性能测试，发现K-TIG焊接能形成均匀分散的细粒NbC析出相，避免Cr元素带状偏析；而TIG焊接则产生链状/层状NbC形态并伴随Cr富集，在热循环中更易液化形成低熔点共晶相。

关键技术包括：采用K-TIG和TIG设备进行对比焊接实验，通过SEM观察析出相形貌，EDS分析元素分布，原位热台显微镜追踪NbC液化行为，以及室温拉伸测试评估力学性能。

【研究结果】

1. 微观结构表征：K-TIG单道次焊接实现8mm厚板全熔透，HAZ晶粒粗化但NbC呈细小弥散分布；TIG焊缝则出现沿散热方向排列的链状NbC和Cr偏析带。
2. 原位热循环观察：TIG焊缝中链状NbC在1340°C开始液化，形成γ-NbC共晶相；K-TIG焊缝的离散NbC直至1400°C仍保持稳定。
3. 裂纹分析：TIG焊缝HAZ存在沿奥氏体晶界的液化裂纹，裂纹率约18%；K-TIG焊缝观察区域未发现裂纹。
4. 力学性能：K-TIG接头延伸率达35%，显著高于TIG接头的22%，断裂发生在母材而非焊缝区。

【结论与意义】
该研究首次阐明K-TIG焊接通过单次热循环调控NbC析出行为，有效抑制347H不锈钢HAZ液化裂纹的机制。相比传统TIG工艺，K-TIG能提升焊接效率300%以上，同时保证接头高温服役可靠性。这项成果为第三代光热发电系统熔盐储罐等关键部件的制造提供了革新性解决方案，对推动可再生能源装备国产化具有重要工程价值。研究还建议未来可进一步优化K-TIG参数以控制HAZ晶粒粗化程度。