C-22哈氏合金是一種抗腐蝕性能良好的鎳基合金。該材料作為電鍍鋅導電輥外部包覆層材料時，其焊接以及焊縫區(qū)域的抗腐蝕性問題成為影響導電輥工作壽命的關(guān)鍵因素。一般導電輥制造中C-22哈氏合金焊接的主要方式仍然是TIG焊，焊縫區(qū)域非常容易產(chǎn)生缺陷，造成表面耐磨性能與抗腐蝕性能的下降，嚴重影響了哈氏合金覆層的使用壽命。

1?試驗材料、設(shè)備及工藝

試驗材料為C-22哈氏合金，板厚10.5 mm,其成分如表1所示。

圖1為激光焊焊接哈氏合金的單面焊雙面成形焊縫形貌，由圖可見，在優(yōu)化的參數(shù)下焊縫成形良好，未見氣孔、未焊透和未熔合等缺陷。

2?金相組織分析

比較TIG焊焊縫金相組織(圖2)與激光焊焊縫金相組織(圖3)可以發(fā)現(xiàn)兩者焊縫區(qū)域主要由大量的柱狀晶組成，由于激光焊的冷卻速度更快，其焊縫的柱狀晶晶粒更小，排列也更為緊密，晶間的黑色析出相也比TIG焊要少。

針對10.5 mm厚的C-22哈氏合金，采用了1125℃×70 min的規(guī)范進行固溶處理，焊縫金屬為奧氏體+孿晶奧氏體組織，焊縫金屬柱狀晶完全消失，其金相組織如圖4所示。

3焊縫抗腐蝕性能測定

3.1?電化學試驗

用線切割分別從TIG焊的焊縫和母材區(qū)域取出φ12mm的圓作為試樣；對于焊縫區(qū)域較小的激光焊焊接部分，則切取面積約106mm2的不完整圓作為試樣。在測試面的背面焊上導線，并將測試面以外的區(qū)域，用按比例配制的環(huán)氧樹脂和固化劑進行密封。

考慮到導電輥的工作環(huán)境，因此將試樣置于與工作環(huán)境近似的溶液體系中，進行極化曲線的測試，便于分析研究各個試樣在通有外部電流狀態(tài)下的電化學性能與抗腐蝕性能。測得的電極電位和極化曲線分別見圖5a和5b。

由圖5a電極電位可見，C-22哈氏合金填絲TIG焊的電極電位和母材非常接近，激光焊的電極電位高于填絲TIG焊焊縫和母材，這說明，激光焊焊縫抗腐蝕能力優(yōu)于填絲TIG焊焊縫和母材，其原因是激光焊時高功率激光束對焊縫金屬起凈化作用。

由圖5b極化曲線可見，在外部電流相同時，電極電位從高到低排列順序是：焊態(tài)激光焊縫>固溶處理后激光焊縫>母材>填絲TIG焊焊縫，即在實際工作環(huán)境中，其耐腐蝕性也按順序排列。

3.2?化學腐蝕

用線切割從激光焊試板中取焊縫中心的區(qū)域為試樣，并從母材也取相同尺寸的區(qū)域作為試樣。從試驗獲得數(shù)據(jù)，根據(jù)失重計算腐蝕速率，如圖6所示。

將暴露面積基本一致的激光焊焊縫與TIG焊焊縫做比較(見圖6a),發(fā)現(xiàn)在整個試驗中，激光焊焊縫的腐蝕速率都要低于TIG焊焊縫的腐蝕速率。

圖6b為熱處理后的焊縫與母材的比較。試驗中熱處理焊縫為激光焊焊縫，分別置于大氣與氮氣保護環(huán)境中，在1125℃處理70 min后，大氣中熱處理的焊縫直接空冷，氮氣保護熱處理的焊縫在氮氣保護中，爐冷卻至250℃后，取出后再空冷。從上圖可以發(fā)現(xiàn)，激光焊焊縫(大氣環(huán)境熱處理)的抗晶間腐蝕性能要略優(yōu)于激光焊焊縫(氮氣保護熱處理),整體上與母材相接近。同時，激光焊焊縫(未熱處理)的腐蝕速率要略低于熱處理過的焊縫。

4試驗結(jié)果分析

4.1電化學試驗結(jié)果分析

腐蝕電位的高低決定著電化學腐蝕的傾向，一般腐蝕電位越低，腐蝕傾向越大。開路電壓測得自然腐蝕電位、電極電位的順序與極化曲線得到的腐蝕電位順序基本一致。激光焊焊后熱處理過的焊縫腐蝕電位最高，TIG焊焊縫最低，母材的腐蝕電位介于兩者之間。這說明激光焊后形成的致密組織有很好的抗腐蝕性能，而TIG焊焊縫的抗腐蝕性能則相對來說要低很多。

腐蝕電流的大小與組織均勻性有關(guān)，組織相對均勻的母材與熱處理后的焊縫試樣腐蝕電流較小，而激光焊和填絲TIG焊后的焊縫組織，由于組織不均勻，腐蝕電流較大。

4.2化學腐蝕結(jié)果分析

填絲TIG焊的焊縫試樣，其焊縫以及熱影響區(qū)在腐蝕介質(zhì)中會有明顯的晶間腐蝕現(xiàn)象，產(chǎn)生大量宏觀的晶間腐蝕的裂紋和凹坑，這些宏觀缺陷可作為應(yīng)力腐蝕的裂紋裂源，嚴重影響在該環(huán)境下工作的產(chǎn)品的壽命。

大氣環(huán)境熱處理的激光焊縫，抗晶間腐蝕性能要略優(yōu)于氮氣保護熱處理的激光焊縫。氮氣保護中的試樣，為防止表面氧化而隨爐冷卻，隨爐冷卻的冷卻速度慢，因此試樣停留在敏化溫度的時間也要長許多，大量富Mo相在焊縫和母材區(qū)域析出，造成了其抗腐蝕性能迅速下降。而空冷的冷卻速度要快得多，可以使焊縫在得到近似母材組織的同時，抑制富Mo相的析出，達到組織內(nèi)應(yīng)力與抗腐蝕性能間的平衡。

未經(jīng)固溶處理的激光焊焊縫，擁有很好的抗腐蝕性能，與極化曲線試驗結(jié)果一致，這證明激光焊的冷卻速度快、熱影響區(qū)小、激光純化作用等特點形成的焊縫組織、抗腐蝕性能很強。激光焊冷卻的溫度梯度一般遠高于固溶熱處理后冷卻的溫度梯度，因此形成的致密組織擁有比母材更好的抗腐蝕性能。但未經(jīng)熱處理的試樣由于其組織的均勻性不佳，母材與焊縫間存在組織和硬度梯度的突變，造成了一定內(nèi)應(yīng)力的存在，在實際使用中，仍然會對產(chǎn)品的壽命產(chǎn)生影響。

5?結(jié) 論

(1)電極電位測定結(jié)果表明，C-22哈氏合金填絲

TIG焊的電極電位和母材非常接近，激光焊的電極電位高于填絲TIG焊焊縫和母材的電極電位，激光焊焊縫抗腐蝕能力優(yōu)于填絲TIG焊焊縫和母材。

(2)由極化曲線可見，在外部電流相同時，電極電位從高到低排列順序是：焊態(tài)激光焊焊縫>固溶處理后激光焊焊縫>母材>填絲TIG焊焊縫，即在實際工作環(huán)境中，其耐腐蝕性也按其順序排列。

(3)化學腐蝕結(jié)果表明，激光焊焊縫的腐蝕速率低于TIG焊焊縫的腐蝕速率，這說明激光焊焊縫的抗腐蝕性能高于TIG焊焊縫，再次證明激光焊對于提高接頭的抗腐蝕性能是有利的。