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本文采用TIG填絲的焊接方法，實(shí)現(xiàn)了316L奧氏體不銹鋼的焊接，系統(tǒng)研究了316L奧氏體不銹鋼焊接接頭離子輻照后微觀結(jié)構(gòu)、表面形貌及顯微硬度的變化規(guī)律，并對(duì)輻照過程中焊接接頭的微觀結(jié)構(gòu)演化機(jī)理及輻照硬化機(jī)理進(jìn)行了分析，得出的主要結(jié)論如下：

（1）焊接熱輸入分別為3 KJ/cm、2.5 KJ/cm、2 KJ/cm的焊接接頭經(jīng)劑量為2×10 17n/cm2的He+輻照后，其微觀結(jié)構(gòu)和表面形貌變化：

經(jīng)2×10 17 n/cm 2劑量的He+輻照后的焊縫產(chǎn)生了大量的位錯(cuò)環(huán)、黑點(diǎn)和氦泡等微觀結(jié)構(gòu)。結(jié)合以往的研究可知，大尺寸的位錯(cuò)環(huán)是間隙型的，而小黑點(diǎn)主要由小尺寸間隙位錯(cuò)環(huán)和小尺寸空位型位錯(cuò)環(huán)組成。由于輻照在常溫下進(jìn)行，較低的溫度限制了氦泡的長(zhǎng)大，其平均尺寸在1 nm左右。

隨著焊接熱輸入的減小，焊縫拉殘余應(yīng)力也隨之增大，316L不銹鋼殘余拉應(yīng)力促進(jìn)了間隙原子的聚集，使得焊縫位錯(cuò)環(huán)密度和尺寸也隨之增大，三組樣品的位錯(cuò)環(huán)平均尺寸分別為7.64108 nm、11.82726 nm、13.20321 nm。繪制位錯(cuò)環(huán)尺寸和焊縫殘余應(yīng)力的關(guān)系曲線發(fā)現(xiàn)，位錯(cuò)環(huán)尺寸隨著殘余應(yīng)力增大而增大。

輻照后的焊縫表面出現(xiàn)了納米尺寸的浮凸和四面體小孔洞，且表面浮凸和四面體小孔洞的尺寸和密度隨著焊接熱輸入的減小略有增大。表面浮凸是由He-V團(tuán)聚集形成，四面體小孔洞則是由層錯(cuò)四面體（SFT）和其他空位型缺陷在表面聚集而形成。焊接熱輸入減小導(dǎo)致空位型位錯(cuò)環(huán)的密度增大，則向表面聚集的He-V團(tuán)和空位缺陷越多，進(jìn)而導(dǎo)致表面浮凸和四面體孔洞尺寸和密度增大。

（2）焊接熱輸入為2.5 KJ/cm的焊接接頭經(jīng)4×10 16 n/cm 2、2×1017 n/cm 2、1×10 18n/cm 2三個(gè)劑量的He+輻照后，其微觀結(jié)構(gòu)和表面形貌變化：

隨著輻照劑量的增加，焊接接頭位錯(cuò)環(huán)尺寸和密度也隨之增大，并且在高劑量下發(fā)現(xiàn)了較大尺寸的層錯(cuò)四面體（SFT）和位錯(cuò)纏結(jié)結(jié)構(gòu)。在4×10 16 n/cm 2劑量下，焊接接頭表面形貌幾乎無變化；2×10 17 n/cm 2劑量下，焊縫表面開始出現(xiàn)SFT和空位聚集形成的四面體孔洞和He-V團(tuán)聚集形成的小尺寸浮凸；1×10 18 n/cm 2劑量下，焊縫表面出現(xiàn)了明顯的剝落和密集的氣泡，熱影響區(qū)則無明顯的氣泡形成，但剝落區(qū)域尺寸較焊縫區(qū)更大。隨著輻照劑量增大，氦濃度和空位缺陷也隨之增大，氦泡的聚集與合并導(dǎo)致了表面的納米尺寸浮凸向氣泡的轉(zhuǎn)變。熱影響區(qū)的損壞程度低于焊縫區(qū)，是由于焊縫具有更高密度的晶界和亞晶界，促進(jìn)了大尺寸氦泡的形核和聚集。

（3） 焊接熱輸入和輻照劑量對(duì)輻照硬化增量的影響規(guī)律和影響機(jī)制：

焊接熱輸入為2.5 KJ/cm的焊接接頭經(jīng)4×10 16 n/cm 2、2×1017 n/cm 2、1×10 18 n/cm 2三個(gè)不同劑量輻照后，其顯微硬度隨著輻照劑量的增大而增大。這是由于隨著輻照劑量的增大，氦泡濃度和尺寸、位錯(cuò)環(huán)密度和尺寸也隨之增大，對(duì)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻礙作用增強(qiáng)，進(jìn)而使得輻照硬化增量增大。

焊接熱輸入分別為3 KJ/cm、2.5 KJ/cm、2 KJ/cm的焊接接頭經(jīng)2×10 17 n/cm 2的He+輻照后，其顯微硬度的增量隨著焊接熱輸入的減小而增大。引起這種現(xiàn)象的原因有三個(gè)，即熱輸入減小會(huì)導(dǎo)致焊縫晶粒尺寸減小、殘余拉應(yīng)力增大、晶界密度增大。晶粒尺寸越小，輻照后的樣品發(fā)生塑性變形時(shí)形成的位錯(cuò)通道密度越高，則位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)過程中更易于形成位錯(cuò)纏結(jié)，導(dǎo)致硬化增量增大。殘余拉應(yīng)力促進(jìn)間隙原子聚集，使位錯(cuò)環(huán)尺寸和密度升高，導(dǎo)致硬化增量增大。高密度晶界促進(jìn)氦泡的聚集，位錯(cuò)密度越高則大尺寸氦泡的密度越高，導(dǎo)致輻照硬化增量增大。

焊接熱影響區(qū)的硬化增量低于焊縫區(qū)，是由于熱影響區(qū)晶粒粗大以及殘余應(yīng)力低于焊縫區(qū)所致。此外，焊縫的高密度晶界及亞晶界能促進(jìn)大尺寸的氦泡的形核和長(zhǎng)大，對(duì)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)阻礙作用增強(qiáng)，也會(huì)導(dǎo)致焊縫區(qū)硬化增量高于熱影響區(qū)。