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在这篇学术论文中，研究涉及的主题为“cmt/gtaw 工艺堆焊 Inconel 625 合金的晶间腐蚀行为”。以下是对这篇论文的详细报告：

作者与研究出版背景

此研究由天津大学材料科学与工程学院硕士研究生邵春盛完成，并在2022年5月15日通过答辩，导师为徐连勇教授。答辩委员会成员包括天津大学和河北工业大学的数名教授，研究方向为“材料加工工程”。论文研究领域属于“材料科学与工程”一级学科，聚焦于新型焊接工艺在合金堆焊中的应用。

研究背景与科学意义

Inconel 625合金是一种镍基耐腐蚀合金，广泛应用于海洋油气开采中因其在酸性和还原环境下的高抗腐蚀能力。在油气运输管道中，双金属复合管通常由内层耐腐蚀合金和外部低成本钢铁基材组成。然而，传统的钨极氩弧焊（GTAW，Gas Tungsten Arc Welding）堆焊工艺由于其高焊缝稀释率，容易导致耐蚀层元素分布和微观组织的不均匀，甚至影响晶间腐蚀（Intergranular Corrosion, IGC）性能，这威胁了油气管道的服役安全。

研究瞄准更先进、更有效的焊接工艺，即冷金属过渡焊（CMT，Cold Metal Transfer），这种工艺通过降低热输入和焊缝稀释率，有望改善耐蚀层微观组织和腐蚀性能。因此，探明CMT工艺下Inconel 625焊缝耐晶间腐蚀性能，并与传统GTAW工艺进行对比具有重要的科学及工程意义。

研究方法与实验流程

研究利用CMT和GTAW两种工艺分别在普通X65管线钢基体上堆焊Inconel 625合金层，通过优化焊接参数和腐蚀试验评估两者晶间腐蚀行为。主要步骤包括：

1. 焊接参数优化：

   • 通过全因子焊接试验，研究得到优化CMT焊接参数：送丝速度为9.0 m/min，焊接速度为50 cm/min，焊枪摆动幅度为1.5 mm，多道焊接的道间距设为5.0 mm。这一参数组合显著降低了焊缝高度并增加了焊缝宽度，得到成型良好的堆焊层。

2. 实验材料分析：

   • 使用普通X65管线钢作为基材，并采用ERNiCrMo-3填充金属（Inconel 625焊丝）。
   • 两种焊接方法成型后，利用显微镜、电子背散射衍射（EBSD）技术以及透射电镜对堆焊层的微观结构进行表征。

3. 晶间腐蚀测试：

   • 双环电化学动电位再活化实验（DL-EPR）： 通过测量峰值电流密度判断焊缝敏化程度及抗晶间腐蚀性能，用敏化度（DOS，Degree of Sensitization）将两者量化。
   • 化学浸泡失重法： 将试样放入50%硫酸铁和50%硫酸混合物中腐蚀，并每隔24小时称重测失重量以计算腐蚀速率。
   • 模拟工况腐蚀测试： 模拟海洋油气运输中的酸性腐蚀环境（175℃，H2S/CO2分压为3.5 MPa，Cl浓度为220 g/L），验证测试与真实服役条件的一致性。

4. 对比分析：

   • 通过上述实验手段比较距离母材不同距离（0.5mm到2.0mm）处GTAW与CMT堆焊层的腐蚀性能。

实验主要结果

研究结果综述如下：

1. CMT焊接性能优于GTAW：

   • 在距母材0.5 mm范围内，CMT焊缝的稀释率远低于GTAW焊缝。CMT焊缝中的Fe含量（小于2%）低于GTAW焊缝，且低角度晶界（LAGBs）的比例显著高于GTAW（CMT为15.33%，GTAW为10.80%）。
   • 结果表明，CMT焊接显著提高了合金堆焊层的抗晶间腐蚀能力。

2. 晶间腐蚀的演变机理：

   • 堆焊层表现出典型的树枝晶结构，由于枝晶间隙中成分偏析以及第二相析出物的存在，IGC倾向沿间隙扩展。当靠近母材时，晶粒内细小颗粒和高Fe含量进一步加剧了腐蚀。

3. 腐蚀速率变化：

   • 距母材不同位置的焊接层IGC性能差异明显。
   • GTAW堆焊层在0.5 mm处的腐蚀速率达1.69 mm/y，而CMT仅为0.51 mm/y，这表明CMT焊接更适合制造耐蚀油气管道。

论文总结及学术价值

1. 技术意义： 本文证明了CMT工艺在制造高耐晶间腐蚀性能的Inconel 625堆焊层中的潜力。CMT工艺能有效减少母材中Fe元素的扩散，使其晶间腐蚀性能远优于传统GTAW工艺。

2. 理论价值： 论文揭示了镍基合金堆焊层中晶间腐蚀行为的机理，包括元素分布、特征晶界的影响，以及母材Fe元素的作用。这为油气管道在腐蚀环境中的长期服役性能分析提供了理论基础。

论文亮点

1. CMT工艺的优势： CMT工艺通过降低焊接稀释率和热输入，极大改善了堆焊层性能，适于复杂腐蚀环境。

2. 研究系统性强： 研究综合了微观表征、电化学试验和浸泡腐蚀试验，成果具有显著的理论性和应用性。

3. 对行业的推广价值： 本研究结果可为腐蚀敏感领域（如石油、天然气和深海工程）提供可靠的内衬制造工艺方案，也为探索耐晶间腐蚀机制提供了重要参考。

总结而言，该研究揭示了CMT相比于传统GTAW工艺的显著优势，为制造抗晶间腐蚀材料开辟了新思路，同时也为油气管道在严峻服役条件下的安全提供了新的保障技术路径。这一研究在材料加工工程领域具有广泛的实际意义和应用潜力。