【摘 要】
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奥氏体不锈钢焊缝是氢能储输系统中重要的连接结构,其长期服役在临氢环境中会出现塑性损减、疲劳裂纹扩展速率加快等氢脆现象,严重危害氢能储输系统的运行安全。因此,为保障氢能储输系统的安全运行,研究奥氏体不锈钢焊缝的氢脆行为十分必要。本文以304奥氏体不锈钢熔化极钨极氩弧焊（MIG）焊缝与钨极氩弧焊（TIG）焊缝为研究对象,采用宏观力学性能评价、电化学充氢、微观表征等方法研究焊接工艺对304不锈钢焊缝微观
【基金项目】
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国家自然科学基金项目（No.51705157,No.52075183）; 广东省重点领域研发计划项目（No.2020B0404020004）; 广东省基础与应用基础研究基金项目（No.2019A1515011157）; 广州市科技计划项目（No.202002030275）
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奥氏体不锈钢焊缝是氢能储输系统中重要的连接结构,其长期服役在临氢环境中会出现塑性损减、疲劳裂纹扩展速率加快等氢脆现象,严重危害氢能储输系统的运行安全。因此,为保障氢能储输系统的安全运行,研究奥氏体不锈钢焊缝的氢脆行为十分必要。本文以304奥氏体不锈钢熔化极钨极氩弧焊（MIG）焊缝与钨极氩弧焊（TIG）焊缝为研究对象,采用宏观力学性能评价、电化学充氢、微观表征等方法研究焊接工艺对304不锈钢焊缝微观组织及氢脆敏感性的影响。本文主要的研究工作如下:（1）研究了焊接热输入对焊缝组织及性能的影响。结果表明,MIG焊缝的铁素体组织主要以板条状和树枝状存在,而铁素体在TIG焊缝中主要呈现树枝状、长条状和网状结构;MIG与TIG焊缝的强度及塑性均随焊接热输入的增加而先增大后减小,其中MIG焊缝的力学性能在热输入为8.6k J/cm时性能较好,TIG焊缝的力学性能在热输入为14.96k J/cm时性能较好;空气环境下,MIG焊缝主要以撕裂和微孔融合的方式断裂,TIG焊缝除撕裂和微孔融合外,还存在少量穿晶断裂。（2）分析了MIG焊缝与TIG焊缝的氢分布特性及氢致组织演变。结果表明,MIG焊缝与TIG焊缝中的铁素体在充氢过程中先达到饱和,随后氢原子向奥氏体中扩散,但由于奥氏体扩散系数较低,氢原子在铁素体-奥氏体界面富集;304不锈钢经焊接加工后,MIG焊缝的晶粒粗化明显,TIG焊缝柱状晶方向性更强且晶粒粗化程度较低;充氢后,MIG焊缝与TIG焊缝的晶粒尺寸均有略微增加。（3）探究了不同焊接工艺下MIG焊缝与TIG焊缝的氢脆敏感性。结果表明,氢作用下的304不锈钢MIG焊缝及TIG焊缝均有明显的塑性损减,而焊缝的抗氢脆性能随焊接热输入的增大而先增大后减小;TIG焊缝的抗氢脆性能优于MIG焊缝,且具有树枝状铁素体组织的焊缝抗氢脆性能较强,而主要为板条状铁素体的焊缝抗氢脆性能较弱;氢作用后,MIG焊缝的断裂模式为少量沿晶断裂、解理/准解理和微孔融合,TIG焊缝的断裂模式为沿晶断裂、解理/准解理断裂和微孔融合。
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