揭示A-TIG焊接结合AlCoFeCrNi2.1 EHEA中间层对9Cr-1Mo-V/304L异种钢接头在下一代发电厂中的PWHT（热处理后焊接）性能的影响

《METALLURGICAL AND MATERIALS TRANSACTIONS A-PHYSICAL METALLURGY AND MATERIALS SCIENCE》：Unveiling the Influence of A-TIG Welding with AlCoFeCrNi2.1 EHEA Intermediate Layer on PWHT Performance of 9Cr-1Mo-V/304L Steel Dissimilar Joints for Next-Generation Power Plants

9Cr-1Mo-V/304L异种接头TIG焊接技术对比研究，分析A-TIG与MP-TIG焊接后热处理性能差异，发现EHEA中间层使接头强度提升13.34%且微观结构更优，但热影响区仍存在失效风险。

　　

摘要

本研究针对使用钨极惰性气体（TIG）焊接技术制造的9Cr-1Mo-V/304L异种接头在焊接后热处理（PWHT）性能方面存在的问题进行了探讨。主要目的是研究并比较不同TIG焊接技术对9Cr-1Mo-V/304L异种接头PWHT性能的影响，具体考察了碳扩散、微观组织特征、机械性能和断裂行为。这些接头采用了一种新型的活性焊剂TIG（A-TIG）焊接方法，使用了AlCoFeCrNi_2.1共晶高熵合金（EHEA）作为中间层，以及传统的多道TIG（MP-TIG）焊接方法，填充材料为基于Inconel的ErNiCr-3。随后进行了760°C下2小时的回火处理。结果表明，MP-TIG焊接接头的抗拉强度为575 MPa，延展率为21%，焊缝金属（WM）硬度为190 HV_0.5，这是因为焊缝金属的微观结构为树枝状且完全由奥氏体（γ）组成，其中存在粗大的、相互连接的二次沉淀物，导致焊缝金属提前失效，并表现出混合断裂模式。然而，经过PWHT处理后，焊缝金属中形成了新的、更细小的二次沉淀物，使其韧性提高至90 J。A-TIG焊接接头的抗拉强度为635 MPa，延展率为29.5%，焊缝金属硬度为358 HV_0.5，韧性为102 J，这是因为其微观结构演变为双相回火马氏体（α′_T）和保留的奥氏体（γ_R），且焊缝金属中分布均匀的二次沉淀物更细小。与MP-TIG接头相比，A-TIG接头在抗拉强度、延展率、焊缝金属硬度和韧性方面分别提高了10.43%、40.47%、88.42%和13.34%。A-TIG焊接在PWHT过程中碳扩散较少，使得9Cr-1Mo-V钢侧的焊缝金属界面（WMI）附近硬度降低了16.19%，这归因于较低的净能量输入、高熵效应以及WMI处的功能梯度结构。然而，PWHT处理导致过冷区发生局部拉伸变形和颈缩，从而引发了过早的混合模式拉伸失效。本研究为评估EHEA中间层在提高下一代发电厂用蠕变强度增强马氏体钢和奥氏体不锈钢异种接头PWHT性能方面的适用性提供了新的见解。