随着天然气工业的不断发展,高含H2S/CO2酸性气田逐渐步入全面开发阶段,在这类气田开采过程中,若选材或防腐工艺不当,腐蚀介质会造成金属材料的严重腐蚀。Inconel 625合金具有良好的综合性能,其耐腐蚀性能满足API 6A、NACE MR0175/ISO 15156等标准所推荐的用于酸性气田恶劣腐蚀环境的材料要求。然而Inconel 625合金的价格约为普通抗硫钢的10-15倍,材料成本严重地制约了其单独大量使用。因此开展Inconel 625合金的堆焊表面改性研究,具有重要的理论意义和工程应用前景。本文针对热丝脉冲 TIG(Hot-wire pulsed tungsten inert gas,HPTIG)堆焊 Inconel 625合金所涉及的焊缝成形质量控制、微观组织与残余应力调控、微观组织与耐腐蚀性能的关联性以及焊后热处理工艺等关键问题进行了系统地研究,并提出了合理的堆焊工艺和热处理工艺。研究所得的焊件具有较好的力学性能,而且堆焊层具有良好的耐H2S/CO2腐蚀性能。针对HPTIG工艺焊缝成形质量不易控制的问题,采用中心复合试验设计(Central composite design,CCD)法进行堆焊试验,结合响应面法(Response surface method,RSM)建立了工艺参数与焊缝成形质量之间的回归模型,并对模型进行了显著性检验、拟合度检验、残差分析和试验验证。结果表明:所建立的模型能够反映工艺参数与焊缝成形质量之间的关系,能够用于焊缝成形质量的预测。同时揭示了工艺参数对焊缝成形质量的影响规律,主效应对焊缝高度的影响大小依次为:Vs>δ>f>Ip>Ib,主效应对焊缝宽度和稀释率的影响大小依次为:δ>Vs>f>Ip>Ib;交互效应对焊缝高度的影响大小依次为:Ipδ>Ibδ>IpI邱;对于稀释率,Ibδ的交互影响较大,而Ipδ的交互影响则较弱。基于所建立的回归模型,以焊缝的高度、宽度和稀释率为优化目标,对工艺参数进行了优化,优化后焊缝的稀释率明显降低。采用优化所得的工艺参数进行多道焊试验,以建立焊件的几何模型;在此基础上以Abaqus软件为平台,结合Fortran和Python编程软件,采用生死单元法模拟焊缝单元的逐步填充,建立了堆焊温度场和应力场的三维耦合有限元模型,并对模型进行了有效性验证。结果表明:所建立的模型是可靠的,能够准确地反映堆焊温度和应力的分布与变化。为了改善堆焊层的微观组织,并降低焊件的残余应力,分析了焊缝间隔时间和堆焊路径对冷却速率、温度梯度和残余应力的影响规律。研究表明:合理地控制间隔时间和优选堆焊路径,能够提高堆焊层微观组织的均匀性,并降低残余应力。根据优化得到的工艺参数和仿真得到的堆焊方案,进行多焊缝单层和两层堆焊。采用扫描电子显微镜(Scanning electron microscope,SEM)、X 射线衍射(X-ray diffraction,XRD)和能谱分析(Energy dispersive spectrometer,EDS)等方法研究了所得堆焊层的微观组织演变和析出相分布规律,结果表明:自熔合界面至堆焊层表面的微观组织演变依次为平面晶、胞状晶、柱状晶和等轴晶;堆焊层主要由γ-Ni固溶体、分布在晶间的Laves相和MC相组成,而且晶体形态对Laves相的分布特征有显著影响。利用电化学阻抗谱(Electrochemical impedance spectroscopy,EIS)、动电位扫描技术和浸泡试验,并结合腐蚀微观形貌,研究了堆焊层的耐点蚀性能和耐晶间腐蚀性能。结果表明:单层Inconel 625堆焊层受母材稀释的影响,其耐腐蚀性能明显低于第二层堆焊层;由于第二层堆焊层的微观组织与成分存在梯度,其不同厚度处的耐点蚀性能和耐晶间腐蚀性能存在差异,大的晶粒尺寸、少的析出相对堆焊层的耐点蚀性能和耐晶间腐蚀有利。为了改善堆焊层的耐腐蚀性能和焊件的力学性能,在考虑母材与堆焊层异种材料的基础上,研究了相同保温时间条件下,热处理温度对堆焊层微观组织、耐腐蚀性能和力学性能的影响规律。结果表明:经750℃热处理后,有部分Laves发生了溶解,并在晶界处析出了 δ相;随着热处理温度的升高,δ相含量增多、尺寸增大。采用电化学测试、浸泡试验和挂片试验,结合腐蚀微观形貌与腐蚀产物,揭示了热处理温度对耐腐蚀性能的影响规律,即随着δ相的增多,堆焊层的耐晶间腐蚀性能和耐H2S/CO2腐蚀性能显著恶化。结合拉伸试验和断口形貌,揭示了热处理温度对堆焊层力学性能的影响规律。发现少量的δ相对堆焊层的屈服强度和抗拉强度有利,然而随着δ相的增多,堆焊层的屈服强度和抗拉强度明显降低。综合热处理对耐腐蚀性能、力学性能的影响,得到了合理的热处理工艺。